Universidad de Costa Rica

Universidad de Costa Rica Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular Escuela de Biología Edición del genoma de arroz: alternativa para contribuir a la mitigación del cambio climático y una contribución al logro de la seguridad alimentaria 801-B7-294 Foro de Avances de Investigación proyectos UCREA 8 y 9 de agosto del 2018 Dr. Andrés M. Gatica Arias andres.gatica@ucr.ac.cr

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 2 Importancia y situación del cultivo de arroz El arroz es el principal cereal de consumo para 3 500 millones de personas alrededor del mundo. El consumo global de arroz pasará de 676 millones de toneladas en el 2010 a 763 millones de toneladas en el 2020 con un incremento de 852 millones de toneladas para el 2035 (Khush 2013). En Costa Rica para el periodo 2013/2014 el consumo nacional de arroz pilado fue de 227 756 toneladas métricas de arroz (CONARROZ 2015) con un consumo per cápita que ronda los 50 kg, valores que revelan la importancia de este cereal en la dieta de los costarricense convirtiéndolo en un elemento fundamental de la seguridad alimentaria y el cual puede recibir los efectos adversos del cambio climático.

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 3 Cuál es la problemática? La productividad de los cultivos (entre ellos el arroz) se ve afectada por alta salinidad, sequía, frío y altas temperaturas. Afectan la supervivencia, la biomasa, la producción y el rendimiento de los cultivos alimentarios básicos y constituyen una amenaza a la seguridad alimentaria. En el mundo más de 80 millones de hectáreas de las tierras irrigadas (que representan el 40% del total del área terrestre) han sido afectadas por la sal (Xiong y Zhu 2001). El área bajo estrés salino aumenta debido factores como el cambio climático, el aumento del nivel del mar y el riego excesivo sin drenaje adecuado. Cómo conferir tolerancia/resistencia a la salinidad y sequía al arroz?

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Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 5 Cuál es la estrategia? La trehalosa, es un azúcar que protege a las proteínas y las membranas celulares de la desnaturalización causada por una variedad de condiciones de estrés biótico (sequía, salinidad). La falta de acumulación de trehalosa en la mayoría de las especies vegetales se ha atribuido en parte a la presencia de una trehalasa activa (cataliza la degradación de trehalosa en glucosa). Cómo lograr la acumulación de trehalosa en las plantas? Sobreexpresión de los genes T6P y TPS Inhibición de la enzima trehalasa En arroz GM: el aumento de la acumulación de trehalosa mostró un mayor nivel de tolerancia a la salinidad, sequía y a baja temperatura, en comparación con las plantas no transformadas genéticamente (Garg et al. 2002).

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 6 Nuevas tecnologías de mejoramiento genético (NBT) Sistema CRISPR/Cas9 La edición de genoma con CRISPR/Cas9 se ha utilizado eficientemente en arroz (Xu et al. 2014 ; Zhou et al. 2015; Wang et al. 2016; Li et al. 2016; Sun et al. 2016; Sun et al. 2017).

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 7 Hipótesis de investigación La modificación del sitio activo de enzima trehalasa mediante de edición de genomas, específicamente CRISPR/Cas9, podría generar nuevos alelos que afecten la conformación de la misma y por ende alterar la actividad catalítica y conferir tolerancia/resistencia a la salinidad en arroz. Edición de genomas en arroz La información que recibe la sociedad costarricense a través de los medios de comunicación colectiva influye en la conformación de una percepción determinada hacia las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas.

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 8 Objetivos de investigación Escuela de Biología, UCR Escuela de Agronomía; UCR CIBCM, UCR CINVESTAV, México Instituto Fraunhofer, Alemania ITCR Analizar si la modificación del sitio activo de enzima trehalasa mediante edición de genomas, específicamente CRISPR/Cas 9, afecta la tolerancia/resistencia a salinidad en arroz, un cultivo de importancia económica, social y alimenticia para los países latinoamericanos Investigar el papel de la comunicación colectiva en la conformación de una percepción determinada hacia las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas en Costa Rica Escuela de Biología, UCR Escuela de Comunicación Colecticva, UCR CICOM-UCR Escuela de Biología, UCR Escuela de Estadística, UCR CIEM, UCR Analizar la percepción y actitud de la sociedad costarricense a las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas Analizar el marco regulatorio en algunos países latinoamericanos, específicamente Argentina, Brasil, Bolivia, Chile, Colombia, Costa Rica, Honduras, Nicaragua, Panamá, Cuba, México, Paraguay, Uruguay, en torno a las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas Escuela de Biología, UCR Proesionales en Derecho

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 9 Objetivo específico 1 Analizar si la modificación del sitio activo de enzima trehalasa mediante de edición de genomas, específicamente CRISPR/Cas 9, afecta la tolerancia/resistencia a salinidad en arroz, un cultivo de importancia económica, social y alimenticia para los países latinoamericanos

Objetivo específico 1 Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 10

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 12 Objetivo específico 1 (38%) 1 2 3

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 13 Objetivo específico 1 4 Inducción de mutaciones dirigidas mediante CRISPR/Cas9 Formación de brotes y plantas bajo condiciones de selección in vitro 5 6 Contenido de trehalosa

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 14 Objetivo específico 2 (50%) Investigar el papel de la comunicación colectiva en la conformación de una percepción determinada hacia las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas en Costa Rica Existe un debate polarizado en la sociedad civil con respecto a las tecnologías de mejoramiento genético moderno. Estas preocupaciones pueden tener un gran impacto sobre políticas nacionales e internacionales y sobre el avance de la ciencia y la tecnología en Costa Rica.

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 17 Noticias periodo 2013-2017: 665 60 61 36 Palabras clave genética, genes, modificación genética, transgénicos, manipulación genética, CRISPR

Noticias periodo 2013-2017 Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 18

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 19 Análisis de contenidos Nube de palabras: CR Hoy, 2013, 60 noticias

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 20 Análisis de contenidos Nube de palabras: La Nación, 2017, 36 noticias

Nube de palabras: EL Tiempo, 2017, 61 noticias 20

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 21 Objetivo específico 3 (83%) Analizar la percepción y actitud de la sociedad costarricense a las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 22 Objetivo específico 3 Encuestas: población del GAM (1000) y estudiantes universitarios Sede Central UCR (1100) Acceso a la información Actitud hacia la ciencia y la tecnología Actitud hacia la edición de genomas Conocimiento Confianza Beneficios y riesgos percibidos Actitud hacia el consumo Promoción Etiquetado

Algunos resultados Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 23

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 33 Objetivo específico 4 (62.5%) Analizar el marco regulatorio en algunos países latinoamericanos, específicamente Argentina, Brasil, Bolivia, Chile, Colombia, Costa Rica, Honduras, Nicaragua, Panamá, Cuba, México, Paraguay, Uruguay, en torno a las nuevas estrategias de edición de genomas en plantas

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 35 Objetivo específico 4 Con respecto a estas nuevas estrategias de mejoramiento genético, los gobiernos deben de considerar su estado regulatorio y establecer regulaciones apropiadas si es necesario. Consulta; 2018 Sí? Sí Sí Consulta; 2018 Sí; 2015?

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 37 Objetivo específico 5 (35%) Realizar actividades de intercambio sobre los resultados de la investigación, experiencias, lecciones aprendidas y orientaciones prioritarias sobre la edición de genomas en plantas, en particular, en arroz

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 40 Foro Edición de Genomas en Cultivos Tropicales: perspectivas para países en desarrollo (julio 2017). Foro «Biotecnología y su importancia para Costa Rica» (marzo, 2018) Foro Nuevas biotecnologías (CRISPR/Cas9): perspectivas para la agricultura y la salud en Costa Rica (julio, 2018) Curso teórico: «Introducción a la edición de genomas mediante la tecnología CRISPR/Cas9» (julio, 2018)

Divulgación Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 41

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 42 Participación congresos CRISPRcon: Science, Society, and the Future of Gene Editing Curso Edición de Genomas Universidad de California en Berkeley, Estados Unidos de Norteamérica 15 al 18 de agosto del 2017 Seminario sobre Edición de Genomas para Reguladores de Biotecnología de las Américas CIAT, en Cali, Colombia 4 y 5 de abril de 2018 CIAT, en Cali, Colombia 13 al 16 de marzo del 2018 Congreso Internacional de la Asociación de Biotecnología de Plantas Irlanda 19 al 24 de agosto del 2018

Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 43 Artículos en preparación Randall Rojas Vásquez and Andrés Gatica-Arias. (2018) General aspects of the CRISPR/Cas9 and its application in crops of tropical origin. Revista Agronomía Mesoamericana. En preparación. Andrés Gatica-Arias, Johnny Madrigal, Federico Albertazzi-Castro, Marta Valdez-Melara and Griselda Arrieta-Espinoza. (2018) Public perception of genome editing in Costa Rica. Trends in Plant Science. En preparación Andrés Gatica-Arias, Johnny Madrigal, and Alejandra Arias-Salazar. (2018). University students' knowledge and attitudes regarding genome editing in Costa Rica. Trends in Plant Science. En preparación.

Participación estudiantil Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 44

Presupuesto Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 45

Presupuesto Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 46

Equipo de trabajo (parte) Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 47

MUCHAS GRACIAS Dr. Andrés M. Gatica Arias andres.gatica@ucr.ac.cr (506) 2511-8656 Foro: Avances de Investigación proyectos UCREA, 2018 47