Herramientas biotecnológicas para el sector agro-industrial del café

Transcripción

1 Herramientas biotecnológicas para el sector agro-industrial del café M.C. Roberto Gamboa Becerra* Dr. Martin Heil Dr. Jorge Ibarra Rendón M.C. Josaphat Montero Vargas Dra. Gabriela Olmedo Alvarez Dra. June Simpson Dr. Robert Winkler*

2 CINVESTAV Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Centro público de investigación) Excelencia en Investigación y Posgrado Unidad Irapuato: Desde 1981 Enfoque en Agro-biotecnología

3 50 Investigadores titulares 110 Estudiantes de Doctorado 100 Estudiantes de Maestría > 40 Graduados/ año Asistentes técnicos, auxiliares, posdocs, etc.

4 Infraestructura de vanguardia Genómica, Proteómica, Metabolómica Análisis químico Transformación Invernaderos para transgénicos Insectario y colección de cepas microbianas

5 Desarrollo de tecnología (patentes internacionales)

6 Fito-sanidad

7 Transformación genética de Coffea arabica para resistencia a broca (Hypothenemus hampei) 15 días 30 días

8 Detección y control de Hemileia vastatrix (Roya)

9 Búsqueda de marcadores moleculares para Hemileia vastatrix (Roya) Pruebas de oligonucleótidos de microsatélites (16 pares) Detección rápida de infecciones con alta sensibilidad

10 Detección de microrganismos asociados a la roya del café Metagenomas de suelo y planta No infectada 1 Mes 2 Meses 4 Meses Cultivo de microorganismos y extracción DNA Hoja Suelo Microbiota de la hoja: Al menos 6 géneros de hongos y 8 de bacterias i.e. Simplicillium, Dreshlera, Cladosporium, Acremonium, Verticillium, Fusarium Detección de H. vastatrix por qpcr (Hv00099, 40S, Rib, -tubulin) Detección de Lecanicillium lecanii (ITS1ITS2, quitinasa)

11 Resistencia causada por 'perfumes vegetales' 1) Identificación de los compuestos antimicrobianos o inductores de resistencia 2) Uso para tratamiento de plantas

12 Inhibición de un hongo fitopatógeno con volátiles naturales Inhibición de la germinación de esporas Inhibición de la producción de esporas

13 Volátiles emitidos por plantas de café inoculadas con Hemileia vastratix Compuesto 24hpi 3dpi 8dpi 12 dpi 17dpi CONTROL E-2-NONENAL DECEN-1-OL COPAENO CARIOFILENO GERMACRENO Tr L-PINOCARVEOL Tr TR TR CIS-HEPTEN-2-AL CUBENO TR Z-7-HEXADECANAL E-3(10)CAREN-4-OL 2.52E+04 CITRAL TR LIIMONENO TR OCIMENO

14 Inhibición de germinación de esporas en la superficie de hojas del cafeto expuestas a cariofileno 2 días post inoculación 3 días post inoculación 9 días post inoculación Compuestos volátiles naturales como el cariofileno inhiben la germinación de las esporas

15 Mejoramiento asistido por metabolómica

16 Retos en México para C. canephora Aumentar productividad de C. canephora. Aumentar calidad general Aumentar el consumo interno Acortar tiempo de Selección de variedades: heredabilidad (selección temprana)

17 Problemática F2 P1 Año P2 F3 F4 F5 F Caturra Rojo 19/1 X Híbrido de Timor UFV F6 Carácter fijado 1981 CIFC Caracterización y selección Propagación Ensayos de adaptación Es posible reducir el tiempo para seleccionar una variedad deseable? 1995 ORO AZTECA Resistente a Roya

18 Pregunta? Es posible predecir características sensoriales de la bebida a partir de perfiles metabólicos de plantas de café en etapas tempranas de su crecimiento?

19 Heredabiidad Diseño: medios hermanos maternos Compuestos altamente heredables Calidad en taza UPLC-MS/MS Evaluación Sensorial Metabolitos marcadores de calidad en taza Marcadores de selección temprana de plantas de C. canephora de alta calidad en taza

20 HEREDABILIDAD METABÓLICA EN HOJAS NÚMERO DE METABOLITOS Heredabilidad baja (151) H eredabilidad Moderada (52) Heredabilidad alta (96)

21 Ejemplos de compuestos de heredabilidad moderada y alta Heredabilidad moderada: Heredabilidad alta: Ácido málico Cafeína Ácido feruloilquínico Ácido cafeico Ácido dicafeoilquínico Derivado de ácido coumárico Cianidin-3-5 diglucósido Ácido cafeoilquínico Delfinidina-3 glucósido Clrorofila A Trigonelina Clorofila B Ácido Coumaril quínico

22 Evaluación sensorial de la bebida C. arabica C. canephora

23 Intensidad aromática Sabor Preferencia Calidad aromática Cuerpo Acidez Resabio Agrio Amargor Astringencia Correlación entre características sensoriales de la bebida Cuerpo Resabio Astringencia Sabor Cal. Aromática Amargor Astringencia Preferencia Amargor Agrio Cuerpo Acidez Resabio Int. Aromática Agrio Acidez Calidad aromática Preferencia Sabor Intensidad aromática Conlusión: Existe correlación negativa: Amargor vs Acidez Agrio vs Cal. Aromática, Preferencia Existe correlación positiva: Cal. aromática vs Preferencia, sabor Preferencia vs sabor

24 MARCADOR IDEAL Acidez Agrio m/z m/z Resabio Preferencia Cuerpo Amargor Sabor Calidad aromática Int. Aromática Astringencia

25 Selección temprana de plantas con características de interés Screening de plantas parentales Plantas preseleccionadas Reproducción clonal

26 Predicción de perfiles químicos del producto final Bebida con Caracteres sensoriales deseables

27 Conclusiones La metabolómica puede agilizar el mejoramiento mediante la selección temprana de plantas. Metabolitos volátiles naturales muestran potencial para controlar la Roya (Hemileia vastatrix). El estudio integral (meta-genómica, fisiología, ecología, estadística) del sistema biológico contribuye a soluciones agro-biotecnológicas. El CINVESTAV Irapuato ofrece una plataforma tecnológica avanzada que puede utilizarse para proyectos del desarrollo tecnológico del café. Esperamos sus problemas y proyectos!

28 Finca Badenia Gracias! Dr. Óscar González Ríos M.C. Ma. Cecilia Hernández H M.C. Roberto Gamboa Becerra rgamboa@ira.cinvestav.mx Dr. Robert Winkler robert.winkler@ira.cinvestav.mx