Disertante: Dr. Atilio Pedro Castagnaro
Perspectivas sobre el uso de
caña transgénica en las
agroindustrias azucareras
XX Congreso de Técnicos Azucareros de Centro AméricaXIII Congreso de Técnicos Azucareros de Guatemala
Antigua de Guatemala, 10-14 de Agosto de 2015.
Contenido
La EEAOC y el ITANOA
Caña de azúcar en Argentina y Tucumán
Caña de azúcar en la EEAOC
Cultivos transgénicos
Proyecto: transgénesis de caña de la EEAOC
Nuestra visión del futuro de la caña de azúcar
Nuevos desarrollos transgénicos de caña
Conclusiones
La EEAOC
Instituto Agroindustrial de la Provincia de Tucumán 106 años de actividad Cultivos principales: caña de azúcar y sorgo (Programa CA), soja, poroto y garbanzo (Programa Granos), limonero (Programa Citrus)
Organización EEAOC
Directorio
Constituido por 10 miembros ad honorem designados por el PE.
Representantes de las actividades: azucarera, citrícola, oleaginosa ycerealera, hortícola, tabacalera y ganadera de la Provincia.
Autoridades Técnicas
Director Técnico
4 Directores AsistentesTecnología Agropecuaria (DATA)Tecnología Industrial (DATI)Disciplinas Especiales (DDE)Administración y Servicios (DAS)
Personal
Investigadores y técnicos 121Becarios y Capacitantes 90Pasantes ad honorem 26Personal de apoyo 188
425
Programas de investigación
EEAOC
Organización detipo matricial
• Biorrefineria
• Biocombustibles
• Transferencia de genes por ingeniería genética y nuevas técnicas de
mejoramiento genético en cultivos de importancia regional
• Genética y genómica en cultivos de importancia regional
•Desarrollo de bio-insumos para incrementar la sostenibilidad de las
agroindustrias de importancia en noroeste argentino
• Bases ecológicas y genéticas de las interacciones planta-plagas para el manejo
fitosanitario sostenible de los principales cultivos del noroeste argentino
Proyectos de desarrollo tecnológico y social:
Instituto de tecnología agroindustrial del noroeste argentino (ITANOA)
Instituto de doble dependencia EEAOC-CONICET constituido en 2013
• 34 investigadores, 18 becarios, 7 técnicos
La estructura laboral de la caña de azúcar constituye el sector agroindustrial que genera la mayor cantidad de puestos de
trabajo en el Noroeste Argentino.
La producción de caña de azúcar enArgentina se concentra en el noroestedel país (Tucumán, Salta y Jujuy) y enel litoral (Misiones y Santa Fé).
Argentina tiene 375.000 ha con cañade azúcar ------------ 1,8 millones de tnde azúcar
Tucumán tiene 265.000 ha con cañade azúcar-------------- 1,4 millones detn de azúcar
Caña de azúcar en Argentina
La caña de azúcar en
Tucumán
15 fábricas azucareras.
66% producción argentina de azúcar.
265.000 ha plantadas: el 75% del área con caña de azúcar del NOA.
Más de 5.500 cañeros (4.500 con menos de 50 ha) representando el 99% de los cañeros del NOA.
10% de las plantaciones integradas con ingenios.
Alrededor del 33% del producto geográfico bruto (PGB) provincial.
Caña de azúcar: 40% del Sector Agrícola.
Agroindustria azucarera: 37,2% del Sector Industria Manufacturera.
Generación de nuevos cultivares: el Programa de Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar de la EEAOC y el Proyecto Biotecnología.
Mejoramiento del manejo del cultivo: el Programa Agronomía de la Caña de Azúcar de la EEAOC.
Producción de caña semilla saneada de alta calidad: el Proyecto Vitroplantas.
Mejoramiento de la capacidad industrial para la producción de azúcar, de alcohol y de electricidad: Programas Industrialización y Bioenergía.
Manejo y aprovechamiento de residuos industriales: Proyecto Medioambiente.
Caña de azúcar:
INVESTIGACIÓN – INNOVACIÓN - MEJORAS TECNOLÓGICAS
Colección de germoplasma
Selección de progenitores, inducción de floración y cruzamientos.
Siembra de semilla botánica y crianza de poblaciones de plantines iniciales.
Plantines Individuales (genotipos distintos). Etapas de selección clonal intermedias. Ensayos Variedades Internos y Regionales.
Difusión comercial de variedades
Programa de Mejoramiento Genético de
la Caña de Azúcar (EEAOC)
Multiplicación de semilla saneada de nuevas variedades (Proyecto Vitroplantas)
Selección a campo de
clones superiores
Tiem
po
: 11 a 15 año
s
Área de cámaras e
invernaderos
Generación, multiplicación y difusión
acelerada de cultivares de caña de
azúcar. El Programa de Mejoramiento
Genético produce germoplasma
comercial, que es saneado, multiplicado
masivamente y distribuido
aceleradamente a través del Proyecto
Vitroplantas, asegurando sanidad, vigor
e identidad genética, lo que impacta
directamente en la productividad.
Implantación de meristemas
Enraizamiento
Multiplicación masiva
Aclimatación en invernadero
Campos semilleros
Semilleros en la provincia
1
2
3
4
5
6
Proyecto Vitroplantas de la EEAOC
Sistema de micropropagación optimizado + método de evaluación de la variación somaclonal y epigenética
Garantiza pureza y calidad genética
Estudios genéticos mediante AFLP, SSRs,
MSAPs y TRAPs
• Achaparramiento RSD (Leifsonia xyli subsp. xyli)
• Escaldadura LS (Xanthomonas albilineans)
•Estría roja (Acidovorax avenae)
• Mosaico de la Caña de Azúcar (SCMV y SrMV)
•Amarillamiento de la hoja (SYLV)
•Roya marrón (Puccinia melanocephala)
•Roya naranja (Puccinia kuenhii).
RSD LS SCMV
Roya marrónSCYLV
Diagnóstico molecular de los siguientes patógenos:
64,869,3
69,2
81,7
8,1
7,0
7,8
6,355
60
65
70
75
80
85
World
average
Tucuman 10 major
producers
10 Most
productive
producers
6
6,5
7
7,5
8
8,5Sugarcane (t/ha) Sugar (t/ha)
Análisis comparativo de la
productividad de la caña de la azúcar:
3942 43
46
52 51 52 53
63 63 6562 61
3940
54
5251
69
5152
0
10
20
30
40
50
60
70
80
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
t/ha
Tucumán: rendimientos culturales
(1990-2010)
Incremento de la productividad
Datos: CAA
Mejoramiento convencional de cañade azúcar:
El mejoramiento clásico en caña de azúcar es una tarea de Sísifo:
La gran cantidad de los logros anteriores se pierden cada vez que se buscan introducir nuevos caracteres.
Lleva mucho tiempo obtener una nueva variedad (11-15 años).
Es un cultivo con una genética extremamente compleja, con varias copias de cada gen (5-14) y con una herencia asimétrica.
Saccharum officinarum2n=80
Saccharum spontaneum2n=40-128
BC2 > Transmisión cromosómica simétrica
F12n=100-144
BC1 2n=130-152
2n=80 n=20-64
2n=80 n=50-72
2n=80
BC2
Cultivares modernos
Transmisión cromosómica asimétrica
NOBILIZACIÓN
S. o.
S. o.
La transgénesis en caña de azúcar:
Ventajas:Aproximación enfocada a mejorar uno o pocos caracteres sin cambiar el progreso genético (chasis) conseguido por mejoramiento clásico.
Rápido: 1-2 años para obtener un prototipo (tiempos)
Se necesita analizar entre mil y 10 mil veces menos individuos (costos).
Obtención de variedades elite instantáneamente.
Solamente se desregula donde se cultiva.
Desventajas:Opinión pública (información engañosa, aceptación del azúcar)
Desregulación comercial (trabajo arduo y costoso)
Pocos caracteres (tolerancia a herbicidas y resistencia a plagas)
Evolución del área global cultivada con OGMTotal 181,5 millones de hectáreas
Objetivo:
Contribuir con el crecimiento económico de Tucumán
desarrollando una producción sucro-alcoholera
ambientalmente más sostenible y con equidad social,
posibilitando la producción en áreas convencionalmente
marginales y optimizando nichos productivos
agroecológicamente diferenciados para alimento y
bioenergía.
El Proyecto Transgénesis de la Caña de
Azúcar de la EEAOC
Los pasos para comercializar un evento transgénico en Argentina
Desarrollo del vector propio
Desarrollo del sistema de transformación genética
Definir característica de interés:
• Tolerancia a glifosato• Resistencia a Diatraea• Tolerancia a sequía
Estudio de la PI
Generar líneas transformadas• 50-100 eventos• Seleccionar candidatos
Verificación molecular
Ensayos de invernáculo
Ensayos de campo
Estudios químicos
Estudios agronómicos
Estudios impacto medio ambiente
Estudios impacto salud humana y
animal
Estudios sobre efectos económicos
FASE I FASE II FASE III
SENASACONABIACONABIA
La Dirección Nacional de Mercados Agroalimentarios
Propagación variedad Comercialización
A
B
C
Prueba de concepto
• Expresión de la enzima 5-enolpiruvil-shikimato-3-fosfato sintasa(EPSPS) proveniente de Agrobacterium tumefaciens en variedades de caña de azúcar de la EEAOC.
• En una primera etapa se liberará comercialmente una variedad elite RA 87-3.
• Propósitos y desafíos: • Mejorar el rendimiento (cultivo monocotiledónea y semiperenne)• Bajar costos de producción (extender producción 1 año)• Bajar uso de herbicidas convencionales• Prueba de concepto para el proceso de desregulación
¿Por qué una caña de azúcar tolerante
a glifosato?
Transformación genética:
Etapa de Laboratorio
Multiplicación y prueba de concepto en invernadero
RA 87-3
SusceptibleToleranteCONABIA resolución Nº 200/2008
43 sobrevivieron el proceso in vitro17 alta tolerancia a glifosato 5 tolerancia moderada21 susceptibles
30 días posteriores a la aplicación
Multiplicación y prueba de
concepto a campo
Antes tratamiento de glifosato
CONABIA Resolución Nº 114/2009
17 tolerantes a glifosato6 mostraron fenotipo y modo de crecimiento parecido a la variedadparental RA 87-3 (líneas 15; 18; 22; 27; 28 y 37)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
23
36
29
6
27
15
TUC 95-24
LCP 85-384
18
22
28
37
RA 87-3*
RA 87-3
TUC 97-7
Figure: Genotypic evaluation of transformed lines using molecular markers: a) TRAP fragments generated using SuPS2 + Arbi 2
primers. 1: LCP85-384; 2: TUC97-7; 3: TUC95-24; 4: RA87-3 micropropagated control; 5-10 transgenic lines(15; 18; 22; 27; 28 and 37
respectively); 11: RA87-3 conventional propagated control; 12-15 transformed lines (6; 29; 36 and 23 respectively) with a distinct growth
phenotype. b) Dendrogram of the four sugarcane genotypes and the transgenic lines of RA87-3 based on 339 allele analysis from 9
TRAP primer combinations when using Jaccard coefficient and UPGMA clustering method with InfoStat, presented as distance (1-S, S:
similarity). Lines represented similarity of 0.99; 0.78 and 0.68.
Caracterización genética
con marcadores TRAP
Ensayos de campo Fase II
2011-2014
Ambiente 1 La Chacra
Exp. S01:0190521/2011
Planta 2012
Planta 2012
Soca 1 2013
Soca 1 2013
Ambiente 2 EEAOC
2006 2008 2009 2010 2011 2012 20132007
Optimización del proceso y obtención de
plantas transgénicas
Multiplicación en semillero a
campo (Res.114/2009)
Ensayo campo : aplic.
Glifosato (Res.114/2009)
Aclimatación y multiplicación
de líneas transgénicas en
invernadero (Res.200/2008)
51 líneas transgénicas
EEAOC
Chacra
Ensayos en dos localidades (Res.
621/2011)
6 líneas transgénicas2012: EEAOC representación en CONABIA (Comisión Nacional Asesora de Biotecnología Agropecuaria)
2014 2015
Selección de un evento
para comercializaci
ón
Presentación fase II en
CONABIA y SENASA (Servicio
Nacional de Sanidad y
Calidad Agroalimentar
ia)
2012: Inicio etapa desregulatoria con presentación de consulta previa
El camino para la desregulación:
2012: La Chacra y EEAOC miembros de CONABIA.
2012: Primera consulta previa en CONABIA para liberar un evento transgénico.
2013: Reunión de la CONABIA en Salta y Tucumán (EEAOC). Primera reunión
de CONABIA fuera de Buenos Aires.
2013: Resolución 318. Sistema simplificado para la evaluación de nuevas
variedades en un cultivo, que contengan construcciones genéticas
esencialmente equivalentes a las incorporadas en eventos ya liberados.
2013: Resolución 661. Permiso para multiplicar agámicamente caña de azúcar
OVGM en proceso de desregulación para la producción de caña bajo
condiciones reguladas (no liberada todavía).
2015: Resolución 97. Definición de criterios para priorizar entre eventos
transgénicos en desregulación comercial en Argentina.
2015: Presentación de la documentación de Fase II (CONABIA y SENASA).
Cambios en la legislación para la
desregulación de eventos
transgénicos:
Para poder utilizar en caña de azúcar esta poderosa herramienta de la transgénesis por sus beneficios en costos, tiempos y sustentabilidad ambiental (sostenibilidad económica, ambiental y social), es necesario cambiar la legislación y la manera de evaluar las variedades obtenidas con esta tecnología.
¿Por qué la transgénesis en
caña de azúcar?
Cambio climático (mitigación, resiliencia, etc.)
Incremento de la sostenibilidad
Aumento de la productividad vertical
Bioenergía (expansión del cultivo hacia ambientes marginales)
Bioetanol de segunda generación (degradación lignocelulosa)
Nuevos productos (biorrefinería)
Parte de la solución energética está
en la biomasa vegetal:
Cultivos de alto rendimiento (> 50 tn/ha)
Alta eficiencia de conversión de biomasa en energía (75%)
100-150.000.000 ha para reemplazar consumo de petróleo
(niveles de 2010)
Factible sin usar tierra de producción de alimentos/forraje
El candidato: la Caña de azúcar…
La posible expansión de
caña en Argentina
Matriz energética
Argentina:
No renovables = 87%
Renovables = 9%
Brasil
No renovables= 49%
Renovables = 45%
Comunidad Europea (2020)
No renovables = 50%
Renovables = 50%
350.000 Ha (2012)
2.000.000 Ha
Desarrollo de biorrefinería
basado en la industria
alco-azucarera
• Biofertilizantes– Compost
– Microorganismos
• Químicos– 2,3-butanodiol
BioetanolCombustible (Primera generación*)
Industrial (farmacéutico y alimentos)
Fino (ron)
Levadura Fermentación industrial
Probióticos secados para consumo humana y animal
*Futuro segunda generación biocombustibles
• Eficiente uso de nitrógeno (EUN)Caña de azúcar necesita relativamente alta cantidad de Nitrógeno. Baja eficiencia de uso 10-40%. Poco conocimiento sobre la interacción con microorganismos fijadores de nitrógeno.
i. AlaAT (cebada)ii. ZmDof1 (maíz)
Para incorporar nitrógeno al suelo se usa el 2% de toda la energía (global) producida, por lo que para aumentar la sostenibilidad de la agricultura es muy importante reemplazar la fertilización nitrogenada convencional.
• Producción de biomasa• Reguladores de crecimiento vegetal (brasinoesteroides)• Retrasar inducción de floración• Metabolismo de fósforo• (fotosíntesis, enzimas claves de metabolismo de carbono)
Futuros desarrollos transgénicos para
la sostenibilidad agronómica:
Pensando en…
Nuevos herbicidasEl uso extensivo de glifosato (>700.000 tn en 2012) está causando la aparición de malezas resistentes (32 especies en 2015) y generando preocupación en la salud humana, lo que incentiva a buscar nuevas tecnologías de herbicidas.
i. Fosfitoii. Alelopatía (sobreexpresión de compuestos alelopáticos de plantas o de
tolerancia a un compuesto que perjudica el crecimiento de las plantas)iii. Bioherbicidas (expresión transgénica de compuestos de origen natural
que afectan el crecimiento de malezas; también puede ser expresión de tolerancia)
Futuros desarrollos transgénicos para
la sostenibilidad agronómica:
Pensando en…
Expansión del cultivo y
respuestas al cambio climático
• Tolerancia a sequía
•Tolerancia a frío
•Tolerancia a salinidad
•Resistencia a enfermedades
• Resistencia a plagas
Los dos factores más importantes para una expansión importante del cultivo en Argentina son: tolerancia a estrés hídrico y bajas temperaturas.
Futuros desarrollos transgénicos para
el área industrial: Acumulación incrementada de azúcares
i. IsomaltulosaAzúcar no metabolizada en plantas, uso en producción de biocombustibles,
edulcorante no cariogénico, uso industrial etc.ii. Disminución de Fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBPasa)iii. Sobre expresión de Sedoheptulosa-1,7-bisfosfatasa (SBPasa)
Producción de etanol de segunda generaciónMayores obstáculos para refinerías de biomasa son los costos de pretratamiento y producción de celulasas para convertir lignocelulosa en azúcares fermentables.
i. Reducir y/o cambiar estructura de la lignina ii. Producción de celulasas y hemicelulasas (autodigestión)iii. Enzimas con múltiple acción (quimeras)
Producción de compuestos de valor agregadoi. Proteínas recombinantesii. Otros compuestos (metabolitos secundarios)
Conclusiones:
Nuestro propósito es convertir a la caña de azúcar en un cultivo estratégico para Latinoamérica, tanto para producir alimentos como energía, porque al no exportar propágulos biológicos no es necesario desregular en terceros países.
La transgénesis es una herramienta de mejoramiento muy importante para conseguir este propósito expandiendo el cultivo y aumentando su productividad.
Es importante desarrollar un sistema de transformación, regeneración y multiplicación robusto para el cultivo y usar genes de libre disponibilidad.
Es necesario cambiar las normas de desregulación comercial para el uso seguro y óptimode la tecnología en caña de azúcar y otros cultivos.
Nuestros futuros desarrollos de transgénesis en caña de azúcar incluirán:• Tolerancia a estrés abiótico y biótico• Uso eficiente del nitrógeno• Modulación de la estructura de la pared celular
¡La transgénesis manejada y regulada responsablemente por los Estados, es una oportunidad para aumentar la sostenibilidad de una agroindustria clave para el DESARROLLO LATINOAMERICANO!
Adler, ConradoBudeguer, FlorenciaCastagnaro, Atilio PedroChalfoun, Nadia Cuenya, María Inés Dantur, KarinaDíaz, María ElenaEnrique, RamónFilippone, María Paula, Noguera, Aldo, Ostengo, SantiagoOvejero, NataliaPaz, NoraPerera, FranciscaRacedo, JosefinaSoria, María JoséWelin, Björn
¡ Muchísimas gracias!
Grupo Biotecnología de Caña
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