URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA y edición ...

URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA y edición génica

Dra. Victoria BonnecarrereUnidad de Biotecnología, INIA Las Brujas

Taller Regional:Edición génica en cultivos y ganadería para América

Latina y el Caribe. Fondo semilla – Fontagro

• Aprox. 25 % presupuesto de INIA es para Mejoramiento Genético Vegetal.

• Mejoramiento en: • Soja

• Arroz

• Trigo

• Cebada

• Citrus

• Fruticultura

• Forestal

• Horticultura

• Forraje

URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA

• Aprox. 25 % del presupuesto de INIA es para Mejoramiento Genético Vegetal.

• Mejoramiento en: • Soja

• Arroz

• Trigo

• Cebada

• Citrus

• Fruticultura

• Forestal

• Horticultura

• Forraje

URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA

URUGUAY: Mejoramiento genético de soja en INIA

• Alta variabilidad de precipitaciones


• Alta variabilidad interanual del rendimiento de grano


Objetivos de mejoramiento 2017 - 2021

GM soybean(Glypfhosate

Resistant)

• Yield-Adaptation-Stability

• Diseases resistance

• Drought Tol; FloodTol

Non GMO soybean

• +

• Grain Quality (Prot)

• Food Grade Soybean

“Commodity” Market

“Specialty” Market


3 Localidades (La Estanzuela, Mercedes, Young)

15 Has. Field Experiments

2 Fechas de siembra/Localidad


Crossing Block (INIA LE): 120-150 parental combinactions/year F1 – Winter Generación (INIA LE)

F3 –Winter Generation (INIA SG)Progeny Rows F4:5 – RR /conv (INIA LE) . 8000-10000 rows/year

Crossing Block

Generationadvance

SSD/SPD

Plant selectioon.

Progeny rows

Field evaluation

Developmentof comercial

varieties

PMGSRed Nacional de

BiotecnologiaAgropecuaria (RNBA)

Biotic and abioticstresses

High thoughputphenotyping. Genomic

tools.

INNOVAGROBiotic and abiotic

stressesHigh thoughput

phenotyping. Genomic tools

JIRCAS (JAPON)

Soybean Rustmarker assitedbackgrossing

program

PROCISURBiotic and

abioticstresses

High thoughput

phenotyping.

Gene introgressionagreements

for agronomictraits

INIA-Fcien-JKI (Germany) GenomicEdition

INIA-CAASGenetic

variability, breding methods

Food grade soybeans

Transformationevents

Agreements withU. MissouriU. Arkansas

U. TennesseePrivate breeding

comp.Germplasm

OTHERS

Fenotipado estrés abiótico

Transformación

de soja

Genes de respuesta a

enfermedadesEdición génica

Desarrollo de poblaciones

Genotipado y mejoramiento

molecular

MEJORAMIENTO GENÉTICO DE SOJA

El propósito de la Red Nacional de Biotecnología Agrícola es contribuir al incrementode la productividad y adaptabilidad de la soja. Para ello se implementaron plataformasque incorporaron herramientas modernas de mejoramiento genético enfocadas a lamejora de la tolerancia a estrés abiótico y biótico.

Colección de

Germoplasma de

interésGenotipo

Programa

mejoramiento de soja

MarcadoresMapeo

genético

QTL

Genes candidatos

SNPs Transgénesis

Edición

genica

Predicción de

cruzas

Mejoramiento

AsistidoSelección

genómica

Expresión diferencial de

genes en genotipos

contrastantes

Fenotipo

Rendimiento

Resistencia a

enfermedades

Tolerancia a

sequía

Modelos de

predicción

de respuesta

BioinformáticaCalidad del grano

Edición génica en el contexto del mejoramiento genético de soja

Colección de

Germoplasma de

interésGenotipo

Programa


MarcadoresMapeo

genético

QTL

Genes candidatos

SNPs Transgénesis

Edición de

genoma

Predicción de

cruzas

Mejoramiento

Asistido


genes en genotipos

contrastantes

Fenotipo

Rendimiento

Resistencia a

enfermedades

Tolerancia a

sequía

Modelos de

predicción

de respuesta



Selección

genómica

Colección de

Germoplasma de

interésGenotipo

Programa


MarcadoresMapeo

genético

QTL

Genes candidatos

SNPs Transgénesis

Edición de

genoma

Predicción de

cruzas

Mejoramiento

Asistido

Selección

genómica


genes en genotipos

contrastantes

Fenotipo

Rendimiento

Resistencia a

enfermedades

Tolerancia a

sequía

Modelos de

predicción

de respuesta



Desarrollo de un protocolo de transformación genética de soja.

Plataformas de ingeniería genética

Aislamiento de genes

de tolerancia a sequía

a partir de líneas de

soja tolerantes Gen de

línea

tolerante

ADN +

partículas

de oro

Transformación de

soja con bombardeo

de partículas

Fenotipado

de planta

“intragénica”

Transgénesis/tolerancia a sequía

Incremento de la tolerancia a sequía en plantas de soja intragénicas

Se identificaron genes asociados a

tolerancia a sequía en variedades de

soja contrastantes para este fenotipo

Tolerante Sensible


Producción de plantas de Arabidopsis

transgénicas conteniendo diferentes

genes de soja asociados a tolerancia

a sequía.

Control

Transg.

Transg.

Dos de los genes evaluados

incrementaron significativamente la

tolerancia a la deshidratación en

plantas de Arabidopsis transgénicas.

Riego

permanente

Riego

interrumpido

Se estudió la función de los genes

identificados mediante su intro-

ducción en plantas modelo.


Fenotipado de líneas de soja transgénicas (intragénicas).

Parámetros evaluados:

Biomasa vegetativo

Biomasa reproductivo

Número de granos

Peso de granos

Area y peso foliar

Area y peso radicular

Conductancia estomática

Fotosíntesis

Interrupción del riego

Interrupción del riego


La introducción de una copia adicional de uno de los genes

identificados estimula el desarrollo radicular en sequía.

Sin

riego

Con

riego

Co: Variedad convencional

Tr-1: Línea transgénica 1



CoTr-1 Tr-2 Tr-3


PCT application number PCT/EP2018/086228

METHODS FOR IMPROVING PLANT ABIOTIC

STRESS TOLERANCE AND YIELD

Bolivia

SP-000274-2018 MÉTODOS PARA MEJORAR LA

TOLERANCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO EN

PLANTAS Y EL RENDIMIENTO DE LAS MISMAS

Paraguay

Nº 18111986 – MÉTODOS PARA MEJORAR LA

TOLERANCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO EN

PLANTAS Y EL RENDIMIENTO DE LAS MISMAS

USA Patent application: WO2019122146

METHODS FOR IMPROVING PLANT ABIOTIC

STRESS TOLERANCE AND YIELD

Patentamiento de genes para

incrementar tolerancia a sequía

Uruguay y Argentina

Adaptación e implementación de la tecnología CRISPR/Cas9 en soja

Mutagénesis dirigida en el genoma de soja

mediante edición genómica (EG)

https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.11.007

Edición genómica de soja: CRISPR/Cas9

Transgénesis para introducir

los componentes del sistema

a las células vegetales

Edición genómica

libre de ADNA B

https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.11.007

DiseñoProducción de

Cas9 recombinanteIntroducción Genotipado

Estrategia: Edición genómica libre de ADNB

ARN guía

Blanco

Evaluación

in vitro

Cas9

Secuencia

guía

ARNg


Secuencia

guía

ARNg

E E E

Diseño de 2 ARNg para cada gen y

producción mediante transcripción in vitro



Evaluación

in vitro




Evaluación

in vitro

MBP

SpCas9

IMAC IEX

SEC

+TEV

Proteína pura

IEX SEC

Cromatografía

de afinidad a

iones metálicos

Cromatografía

de intercambio

iónico

Cromatografía

de exclusión

molecular




Evaluación

in vitro

+

- +

Ensamblado de la

Ribonucleoproteína

(RNP)

Ensayo de corte in

vitro sobre

fragmento de gen

blanco

Determinación de la eficiencia

de corte


Producción de

Cas9 recombinanteGenotipado

Evaluación

in vitroIntroducciónDiseño

Transformación

de protoplastos

(PEG) con RNP o

ARNm/ARNg

Transformación de embriones

somáticos (biolística) con RNP

o ARNm/ARNg

Transformación de flores con

RNP o ARNm/ARNg


Transformación

de protoplastos

(PEG) con RNP o

ARNm/ARNg

Transformación de embriones

somáticos (biolística) con RNP

o ARNm/ARNg

Transformación de flores con

RNP o ARNm/ARNg

Edición genómica / Líneas de trabajo

Tolerancia a sequía: mutagénesis

dirigida para anular genes de

senescencia inducida por estrés.

El déficit hídrico

provoca senescencia

prematuraSEQUÍA

La senescencia es un

proceso activo

activación de un gen que

actúa en la degradación

de los cloroplastos

célula

vegetal

Identificación de líneas mutantes mediante genotipado

Obtención de líneas de soja editadas

PRODUCIR SOJA NO TRANSGÉNICA PARA

CONSUMO HUMANO, EDITADA PARA

CARACTERES DE CALIDAD:

OBJETIVOS:

Eliminar genes de factores anti

nutricionales (aglutinina)

Mejorar el perfil de carbohidratos

Mejorar perfil de proteínas y aminoácidos

(Metionina y Cisteína)

Edición genómica / Calidad de grano


Mutagénesis dirigida para anular genes

de proteínas anti nutricionales

Generación de mutaciones KO en

el gen SBA (soybean agglutinnin).

SBA:

• Lectina, de unión a oligosacáridos

(N-acetil galactosamina).

• Resistente a la degradación.

• SBA se une a las células epiteliales

del intestino de animales

monogástricos causando

inflamación y otros efectos.

• Principal factor antinutricional de

soja.

Soja

SBA no degradada

Interferencia con flora intestinal

Unión a células epiteliales

Inhibición del sistema inmune

Daño estructural de las células epiteliales

Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 554; doi:10.3390/ijms19020554


Proteína Sacarosa

aceite

Rendimiento

Ácido oleico

Refinosa Estaquiosa

Cisteína

Alta BajaTemperatura

Correlaciones entre

rendimiento y distintos

componentes de la

semilla. Theor Appl Genet

(2017) 130:1975–1991

DOI 10.1007/s00122-017-

2955-8

Mutagénesis dirigida para:

Mejorar la composición

de carbohidratos en grano

(aumentar sacarosa, dismi-

nuir rafinosa y estaquiosa).

Aumentar la proporción

de proteínas con mayor

contenido de amino ácidos

azufrados (metionina y

cisteína)

(glicinina/conglicinina)

1

2

• Mejoramiento genético de soja

• Mejoramiento genético de citrus

• Mejoramiento genético de hortalizas

URUGUAY: Edición génica en plantas

Tipo de NBT Cultivo Rasgo Nivel de desarrollo

Cisgenia Soja Tolerancia a sequía Confirmación a nivel de fenotipo

Edición mediante CRISPR

Soja Componentes antrinutricionales del grano

Inicio del proyecto (julio, 2017)


Soja Tamaño del grano Inicio del proyecto (julio, 2017)


Tomate Contenido de licopeno en frutos



Mandarina Contenido de licopeno en frutos


Tabla 1: Estado del arte y nivel de desarrollo de NBT’s en INIA Uruguay con el Laboratorio de Biología Molecular Vegetal de la UdelaR. Grupo de trabajo: Sabina Vidal, Victoria Bonnecarrere, Ana Arruabarrena, Sergio Ceretta, Luciana Fleitas, Juan Pablo Gallino.

GRACIAS

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