Biotecnología para el desarrollo de nuevas variedades vegetales: más allá de la transgenia

Transcripción

1 Biotecnología para el desarrollo de nuevas variedades vegetales: más allá de la transgenia Miguel Angel Sánchez Biólogo, Doctor en Ciencias Biológicas (PhD) Director Ejecutivo

2 EL ORIGEN DE LOS ALIMENTOS ACTUALES Nuevos cultivos, variedades y genes se han movido alrededor del mundo constantemente a poblacionesque nunca anteslo habíanconsumido Dubock Nutrition Reviews 67(1):17-20

3 MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL = GENERAR VARIABILIDAD GENÉTICA

4 SELECCIÓN DE MUTACIONES NATURALES Phil Simon, ARS

5 EVOLUCIÓN DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL Cruzamientos

6 MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL CRUCESDIRIGIDOS Y SELECCIÓN ARTIFICIAL * TODAS LAS TÉCNICAS DE MEJORAMIENTO VEGETAL IMPLICAN MODIFICACIONES GENÉTICAS Solanum pimpinellifolium Solanum lycopersicum Solanum lycopersicum

7 EVOLUCIÓN DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL Cruzamientos Mutagénesis (mutaciones inducidas)

8 MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL MUTAGÉNESIS *3217 variedades registradas obtenidas por mutagénesis -FAO/IAEA ( Mandarina KinnowLS (rayos gamma) Campo de irradiación de rayos gamma Cobalto 60 Lino (Etilmetanosulfonato) Lechuga mini green (Etilmetanosulfonato)

9 EVOLUCIÓN DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL Cruzamientos Mutagénesis (mutaciones inducidas) Selección asistida por marcadores moleculares

10 EVOLUCIÓN DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL OGMs Cruzamientos Mutagénesis (mutaciones inducidas) Selección asistida por marcadores moleculares Transgenia

11 CULTIVOS TRANSGÉNICOS DISPONIBLES COMERCIALMENTE (AQUELLOS QUE SE PRODUCEN Y LUEGO SE OBTIENEN ALIMENTOS O SUBPRODUCTOS QUE LLEGAN A LOS CONSUMIDORES) DISTRIBUCIÓN POR CULTIVOS 100% = 179,7 MILLONES DE HECTÁREAS OTROS

12 EL CONCENSO CIENTÍFICO SOBRE LAS TRANSGÉNICOS SOCIEDAD ARGENTINA DE NUTRICIÓN (2012) DECLARACIÓN FIRMADA POR >3.400 CIENTÍFICOS Y 25 PREMIOS NOBEL (2011) ACADEMIA CHILENA DE CIENCIAS AGRONÓMICAS (2011) SOCIEDAD DE BIOQUÍMICA DEL REINO UNIDO (2011) COMISIÓN EUROPEA (2010) ACADEMIA NACIONAL DE CIENCIAS DE EEUU (2010) ROYAL SOCIETY (2009) ACADEMIA PONTIFICIA DE CIENCIAS SOCIEDAD AMERICANA DE BIÓLOGOS (2009) SOCIEDAD ASOCIACIÓN UNIÓN DE ACADEMIAS ALEMANAS INTERNATIONAL VEGETALES MÁS DE 50 DECLARACIONES OFICIALES AMERICANA DE AMERICANA DE DE CIENCIAS Y HUMANIDADES (8 COUNCIL FOR SCIENCE (2008) BIOLOGÍA CELULAR DIETÉTICA ACADEMIAS) (2003) INVOLUCRANDO MÁS DE 270 ORGANIZACIONES CIENTÍFICAS A (2008) (2006) (2006) NIVEL GLOBAL ACADEMIA CHILENA DE CIENCIAS (2002) OMS (2002) OECD (2001) ACADEMIA PONTIFICIA DE CIENCIAS (2001) FAO (2000) DECLARACIÓN CONJUNTA 7 ACADEMIAS (2000) ROYAL SOCIETY OF LONDON USA NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES BRAZILIAN ACADEMY OF SCIENCES CHINESE ACADEMY OF SCIENCES INDIAN NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES MEXICAN ACADEMY OF SCIENCES THIRD WORLD ACADEMY OF SCIENCES

13 EVOLUCIÓN DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL TÉCNICAS TRADICIONALES OGMs OGMs? Cruzamientos Mutagénesis [mutaciones inducidas] Selección asistida por marcadores moleculares Transgenia New breeding techniques (NBTs) [edición de genes, apagado de genes, transferir ADN]

14 Se obtienen OGMs con las NBTs? cromosoma ADN gen OGM Incorporar un gen proveniente de un organismo de otra especie Editar un gen Modificar proteína Producir una proteína que antes no producía OGM? MEJORAR UNA CARÁCTERÍSTICA DE LA PLANTA

15 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) Grupo de técnicas que permiten: ü ü Generar cambios en sitios específicos del genoma (edición del genoma); Silenciar la expresión de genes (apagado de genes); 1. ODM 2. SDN (-1,-2, -3) 3. Cisgenia 4. Portainjertos GM 5. Agro-infiltration 6. RdDM 7. Breeding Reverso ü Transferir ADN entre individuos sexualmente compatibles o no. *En la mayoría de los casos, con el uso de NBTs, los productos resultantes son similares/indistinguibles de productos obtenidos por técnicas tradicionales de mejoramiento genético Costo Tiempo Desarrollo Conocimiento Especificidad Eficiencia Breeding

16 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) CATEGORIZACIÓN EN BASE AL NIVEL DE INTEGRACIÓN DEL ADN CATEGORÍA 1: Introducción transiente (temporal no estable) del ADN durante un paso intermedio del desarrollo. El producto final no contiene genes o ADN de otros organismos y no se distingue de los productos del mejoramiento convencional. Ej: ODM, SDN-1, SDN-2 (SDN = ZFN,TALEN, CRISPR) CATEGORÍA 2: Introducción estable del ADN (transgénico) durante un paso intermedio del desarrollo del producto final. El producto final no contiene genes o ADN de otros organismos y no se distingue de los productos del mejoramiento convencional. Ej: Breeding reverso, RdDM CATEGORÍA 3: Introducción estable del ADN (similar a transgénico). El producto final contiene genes o ADN de otros organismos Ej: Cisgenia, Intragenia, portainjertos GM, SDN-3(SDN = ZFN,TALEN, CRISPR)

17 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) Mutagénesis dirigida por oligonucleotidos (ODM) RTDS Rapid Trait Development System GRON Gene Repair Oligonucleotide CATEGORÍA 1: Introducción transiente del ADN durante un paso intermedio del desarrollo del producto final. El producto final no se distingue de los productos del mejoramiento convencional.

18 SU CANOLA TM : DESARROLLADA POR ODM *SU Canola (Sulfonylurea Tolerant) has received Plant Novel Trait (PNT) approval by the Canadian Food Inspection Agency (CFIA) and Health Canada (HC). *RTDS has been recognized by the USDA as a mutagenesis technique, and is therefore not subject to the regulations applied to transgenic (or GM) crops.

19 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) SDN: Site-Directed Nuclease TALEN ZINC FINGER CRISPR DOMINIO DE UNIÓN AL ADN NHEJ NO ADN FORÁNEO 1 CORTE DE DOBLE HEBRA 2 HR ADN FORÁNEO 3 HR DISRUPCIÓN DEL GEN EDICIÓN DEL GEN INSERCIÓN DEL GEN CATEGORÍA 1: (SDN-1 Y SDN-2) Introducción transiente del ADN durante un paso intermedio del desarrollo del producto final. El producto final no se distingue de los productos del mejoramiento convencional. CATEGORÍA 3: (SDN-3) Introducción estable del ADN en el producto final

20 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) SDN: Site-Directed Nuclease Chen & Gao Plant Cell Rep. 33(4):

21 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) SEGREGANTES NEGATIVOS BREEDING REVERSO -FENOTIPO DE INTERÉS -GENOTIPO DESCONOCIDO -INHIBICIÓN DE LA RECOMBINACIÓN HOMÓLOGA CATEGORÍA 2: Introducción estable del ADN durante un paso intermedio del desarrollo del producto final. El producto final no se distingue de los productos del mejoramiento convencional.

22 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) SEGREGANTES NEGATIVOS METILACIÓN DEL ADN MEDIADA POR ARN ü La metilación del DNA permite el silenciamiento de genes bloqueando la transcripción ü Es heredable (epigenética) CATEGORÍA 2: Introducción estable del ADN durante un paso intermedio del desarrollo del producto final. El producto final no se distingue de los productos del mejoramiento convencional.

23 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) CISGENIA Promotor Gen Terminador INGENIERÍA GENÉTICA Promotor Gen Terminador CATEGORÍA 3: Introducción estable del ADN en el producto final. ***El producto final no se distingue de los productos del mejoramiento convencional.

24 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) CISGENIA

25 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) INTRAGENIA Promotor Gen Terminador Promotor Gen Terminador Promotor Gen Terminador INGENIERÍA GENÉTICA (Vector Agrobacterium) CATEGORÍA 3: Introducción estable del ADN en el producto final. Promotor Gen Terminador

26 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) INTRAGENIA

27 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) PORTAINJERTOS GM CATEGORÍA 3: Introducción estable del ADN en el producto final. ***Las características modificadas no son heredables ya que están sólo en el portainjertos.

28 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) PIPELINE

29 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) DETECCIÓN de una modificación genética significa que es posible determinar la existencia de un cambio en el material genético de un organismo (por ejemplo al nivel de ADN a través de la presencia de una nueva secuencia de ADN) por referencia a un comparador apropiado. IDENTIFICACIÓN de una modificación genética significa que es posible no sólo detectar la existencia de un cambio en el material genético de un organismo, sino también que es posible identificar la modificación genética intencionalmente introducida por una nueva técnica. DETECCIÓN DETECCIÓN DETECCIÓN SDN-3 INTRAGENIA PORTAINJERTOS GM SDN-1, 2 CISGENIA ODM RdDM BREEDING REVERSO VÁSTAGOS NO GM IDENTIFICACIÓN IDENTIFICACIÓN IDENTIFICACIÓN

30 PARA CONSIDERAR SOBRE LAS NBTs Se debe regular el desarrollo y uso de variedades vegetales en las cuales a) no hay ninguna nueva combinación de material genético? no hay genes o ADN foráneo en el producto final: ODM, SDN-1 y 2 [CRISPR, TALEN, ZINC FINGER], RdDM, BR, etc. b) hay una inserción estable de genes provenientes de una especie sexualmente compatible? cisgenia c) la variación genética es el resultado de mutagénesis (espontánea, inducida o dirigida)? ODM, SDN-1 y 2 [CRISPR, TALEN, ZINC FINGER]

31 NEW BREEDING TECHNIQUES (NBTs) CONCLUSIONES Las NBT permiten: 1. Fomentar la innovaciónen mejoramiento vegetal; 2. Acelerar la velocidad en la obtención de nuevas variedades vegetales; 3. Desarrollar variedades con características que serían muy costosas o no podían ser logradas mediante mejoramiento convencional; 4. Desarrollar variedades que únicamente podían ser logradas mediante transgenia; 5. Incrementar la precisión del mejoramiento vegetal; 6. Incrementar la variabilidad genética Además: 7. Están en rápida y permanente evolución. 8. (Algunas) dan como resultado plantas que no contienen material transgénico y no es posible diferenciarlas de los obtenidas por técnicas de mejoramiento convencionales. 9. Están siendo utilizadas por diversas compañías e instituciones públicas y los productos derivados de las mismas ya están en condiciones de entrar al mercado.

32 Biotecnología para el desarrollo de nuevas variedades vegetales: más allá de la transgenia Miguel Angel Sánchez Biólogo, Doctor en Ciencias Biológicas (PhD) Director Ejecutivo