el mejoramiento genetico en la era...
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EL MEJORAMIENTO GENETICO EN LA ERA BIOTECNOLOGICA
NOVIEMBRE 2015
WORLD CONGRESS ON OILS & FATS
RODOLFO LUIS ROSSI
PRODUCTORES Y SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
• RENDIMIENTO EN GRANO: TAMAÑO DEL GRANO Y NÚMERO, USO DEL N,
TOLERANCIA A ALTAS DENSIDADES, ASIMILACIÓN DEL CARBONO
• TOLERANCIA EL STRESS TERMICO E HIDRICO, MENOR USO DEL AGUA.
• RESISTENCIA A ENFERMEDADES FUNGUICAS Y NEMATODES
• TOLERANCIA A TIPOS DE SUELOS Y A LA INUNDACION.
• TOLERANCIA A HERBICIDAS: GLIFOSATO, GLUFOSINATO, DICAMBA, 2,4-D Y HERBICIDAS ALS.
• RESISTENCIA A INSECTOS: LEPIDÓPTEROS
DESTINATARIOS DE LA MEJORA EN EL MEJORAMIENTO GENETICO
INDUSTRIA, PROCESADORES DE ALIMENTOS Y FORRAJES
• ALTO VALOR DE PROTEINA Y ACEITE- PROFAT
• ALTO ACEITE CON SIMILAR RINDE Y PROTEINA
• PROTEINA DE ALTO VALOR: AA Y TIPO DE PROTEINA METABOLIZABLE
• MEJOR BALANCE DE ACIDOS GRASOS
• MEJOR BALANCE DE AMINOACIDOS
• RESISTENCIA AL GRANO VERDE.
DESTINATARIOS DE LA MEJORA EN EL MEJORAMIENTO GENETICO
CONSUMIDORES
• ACEITE CON BAJO ACIDO LINOLENICO
• GRANO CON CARACTERISTICAS DESEABLES EN ALIMENTACIÓN HUMANA
• ACEITE ALTO O MEDIO OLEICO Y BAJO LINOLENICO
• ACEITE MEDIO OLEICO, BAJO LINOLENICO Y CERO MONOSATURADOS
• ACEITE DE SOJA CON OMEGA 3
• ACEITES BAJO EN MONOSATURADOS
DESTINATARIOS DE LA MEJORA EN EL MEJORAMIENTO GENETICO
• ANTES • “Es el arte y ciencia de cambiar la genética de las plantas en orden de producir características deseables previamente definidas
• HOY • “EL MEJORAMIENTO GENETICO ES UN CONJUNTO DE PRINCIPIOS
CIENTÍFICOS,METODOS,TÉCNICAS Y ESTRATEGIAS APLICADAS A LA OBTENCIÓN DE GENOTIPOS O GRUPOS DE GENOTIPOS CON
CARACTERISTICAS DESEABLES SEGUN OBJETIVOS PREVIAMENTE DEFINIDOS.”
MEJORAMIENTO GENETICO
• ES UN AREA MULTIDISCIPLINARIA,QUE EMPLEA LA BIOLOGÍA, LA QUIMICA, • Y LOS PROCESOS CON GRAN USO EN LA AGRICULTURA, LA MEDICINA
CIENCIA DE LOS ALIMENTOS, Y CIENCIAS FORESTALES.
• SE REFIERE A TODA APLICACIÓN TECNOLÓGICA QUE UTILICE SISTEMAS BIOLOGICOS Y EMPLEE ORGANISMOS VIVOS O SUS DERIVADOS PARA LA
CREACION O MODIFICACIÓN PRODUCTOS O PROCESOS PARA USOS ESPECIFICOS. (ONU, 1992)
BIOTECNOLOGIA
MEJORAMIENTO GENÉTICO VS BIOTECNOLOGÍA
• QUE ES EL MEJORAMIENTO GENETICO MG?
• LA SELECCIÓN BASADA EN EL FENOTIPO.PLANTAS CON ALELOS FAVORABLES SON SELECTAS
• EN UN PROCESO CICLICO Y CREATIVO. LA MEJORA ES LENTA?
• CASUAL VS PRECISA O CIENTIFICA COMO LA BIOTECNOLOGIA?
• ES UN BALANCE DE PROPUESTA Y TESTEO DE HIPOTESIS
• LA RECOMBINACIÓN GENETICA ES ALEATORIA PERO NO ASÍ EL EFECTO DE LA SELECCIÓN.
• EL GENOTIPO SELECTO INTERACTUANDO CON EL AMBIENTE DEFINE EL FENOTIPO
• “NO HAY SUSTITUTO PARA EL HOMBRE QUE PUEDE OBSERVAR Y QUE VIVE CERCA DE SU MATERIAL Y PUEDE RECONOCER UN CAMBIO FAVORABLE CUANDO LO VE (Smith et al,1996)
• EL BREEDER ELIGE GERMOPLASMA A TRABAJAR, MANIPULA LA REPRODUCCIÓN, APLICA PROTOCOLOS DE SELECCIÓN, IMPLEMENTA PROGRAMAS DE TESTING, COLECCIONA Y ANALIZA DATOS, DECIDE.
• EL BREEDER DEPENDE DE LA EXPERIENCIA Y EL ARTE MAS QUE DE LA GENETICA ( Duvick,1996).
MEJORAMIENTO GENÉTICO Y FITOTECNISTAS
• EL PLANT BREEDER ACTUAL COMPRENDE LOS COMPONENTES DE G,E Y GXE.
• LOCALIZA NUEVAS FUENTES DE VARIACIÓN GENETICA Y LA INTROGRESIONA.
• SELECCIONA LOS TARGETS RESPECTO A DEFINICION DE PRODUCTO, ESTABILIDAD Y ACEPTABILIDAD EN EL CONSUMO.
• POSEE CONOCIMIENTOS DE GENETICA E INFORMATICA, Y DISCIPLINAS COMO PATOLOGIA, ENTOMOLOGÍA, FISIOLOGÍA, EDAFOLOGÍA, CIENCIA DEL AMBIENTE Y DISEÑO ESTADÍSTICO Y SU ANÁLISIS.
• SEGUIMIENTO A CAMPO PARA VER LA REACCIÓN DE LAS PLANTAS A LOS DIFERENTES AMBIENTES.
• DEBE ESTAR ATENTO A CUALQUIER NUEVA DISCIPLINA QUE PUEDA COLABORAR A LA GG QUE SE PROPONE. LLAMA A SER FLEXIBLE, COMPRENSIVO, Y MANTENER UNA CAPACITACION CONTINUA.
• INTERACCION CON LOS DEPARTAMENTOS DE LA COMPANIA, COMO MIEMBRO DE UN EQUIPO, PRESUPUESTACIÓN, CONSIDERACIONES SOBRE PRODUCIBILIDAD DE LOS PRODUCTOS, VALOR TECNOLÓGICO DE LOS PRODUCTOS Y ACEPTABILIDAD,…………………………………..”CRITERIO AGRONOMICO”.
MEJORAMIENTO GENÉTICO Y FITOTECNISTAS
• A PARTIR DE LOS 80´S LAS NUEVAS HERRAMIENTAS DEL MEJORAMIENTO MOLECULAR PERMITIERON RELACIONAR FENOTIPO CON SECUENCIAS NUCLEOTIDICAS EN GENERACIONES SUCESIVAS.
• PERMITIO LA IDENTIFICACIÓN Y MANIPULACIÓN DE SECUENCIAS ESPECIFICAS DE ADN.
• A PARTIR DE ESTO SE DISTINGUEN TRES AREAS MAYORES:
1. LA CIENCIA GENOMICA QUE DEFINE LA ESTRUCTURA GENÓMICA (GENOMICA ESTRUCTURAL) , TAMBIEN SUS GENES Y SUS INTERACCIONES ( GENOMICA FUNCIONAL).SE CONSTRUYE SOBRE UNA BASE DE LABORATORIOS AUTOMATIZADOS Y BIOINFORMATICA.
2. TRANSFORMACIÓN GENETICA
3. SELECCIÓN ASISTIDA POR MARCADORES. MAS. IDENTIFICA FRAGMENTOS DE DNA QUE RECONOCEN PARTES DISCRETAS DEL GENOMA, PARA TRANSFERIRLO A LAS SUCESIVAS GENERACIONES.
• LA HABILIDAD DEL BREEDER CONTINUA SIENDO SU MAYOR COLABORACIÓN A LOS NUEVOS TIEMPOS, PERO DEBE FAMILIARIZARSE CON LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS Y CON EL TRABAJO EN EQUIPO,
MEJORAMIENTO GENÉTICO + BIOTECNOLOGÍA
1900 TIEMPO
MEJ
ORA
MIE
NTO
Variedades de polinización abierta
Seleccción
Híbridos
Mutaciones
Genética cuantitativa
Tecnología de siembra y cosecha de precisión
Tecnología de procesamiento de datos
Doble estación
Ingeniería genética y biotecnología
Características Transgénicas
Tecnologías analíticas
Mapeo genómico
COSTO EVOLUCION DEL MEJORAMIENTO GENETICO
VEGETAL NBT
.
Moose S P , Mumm R H Plant Physiol. 2008;147:969-977
©2008 by American Society of Plant Biologists
IMPORTANTE CONCEPTO EN EL MG ES LA GANANCIA GENETICA
•CAMBIO DE VALOR
•MEDIA DE UN TRAIT
•POR SELECCION
PARAMETROS FUNDAMENTALES DE LA GENETICA CUANTITATIVA
x0sx0 x1 x1s xn xns
C0 C1 Cn
Selección Cíclica
Arnel R. Hallauer, Defining and Achieving Plant Breeding Goals
El incremento de los rendimientos se ha logrado por ganancia genética (Gg), ganancia por manejo (prácticas agronómicas, Gm) y por la interacción entre ambas (Ig*m).
IR= Gg + Gm + Ig*m
LA CRUZ
GarmendiaLoro Blanco
Quimili
Olleros
Sachayo
Mollinedo
Misiones
Lag. Blanca
LOCALIDADES NIDERA NORTE 2010-11
26º58`60S
25º6`0S
26º18`0S
27º13`0S
26º46`0S
27º34`60S
26º46`0S
27º28`60S
26º40`60S
28º36`0S
22º31`60S
24º31`0S
24º40`60S
25º4`0S
25º28`60S
26º34`0S
26º52`60S 26º36`0S
27º46`60S
NOA
NEA
PRIMAV
EVALUACION EN LA DIVERSIDAD AMBIENTAL
Programa convencional
Cruzamiento
Evaluación
Selección
Nuevas Variedades
Mejoramiento molecular
Genes/QTLs
Genotipos elite pero deficientes
en uno o más caracteres
Germoplasma base
Genotipos elite
Conversiones
El Mejoramiento Hoy
S R H R H HR HR RH R HRH HH
Selección asistida por Marcadores Moleculares
Los MM son genes que tienen un fenotipo que se puede determinar y que además son de origen genético.
Moleculares es porque tienen un fenotipo molecular, ya sea una proteina o un pedazo de ADN. En el caso de
marcadores de ADN estos no necesitan ser genes, sinó que son pedazos de genes o de secuencias que no codifican
ninguna proteina, pero son de origen genético, pueden ser rastreados a través de las descendencia y tienen una
ubicación determinada en el genoma.
• Selección en enfermedades de baja heredabilidad
• Ausencia de métodos efectivos de selección
• Ausencia de patógeno o presencia errática
• Selección individual (ej.: calidad panadera, resistencia a Fusarium) en generaciones tempranas,Valor Proteico.
• Piramidizar genes
Cuando usar marcadores para Selección Asistida
MANCHA OJO DE RANA
IDENTIFICACION NUEVO ALELO WSRC 2004
SELECCION
EVALUACION
“NUEVA ERA”
• Historicamente los marcadores moleculares han demostrado ser muy útiles en la selección de características de simple heredabilidad, y en el presente son utilizados en la ganancia genética con características múltiples.
• Las companías han incorporado programas de selección asistitida para características cuantitativas.
• Los programas de MG han evolucionado hacia un nuevo sistema convencional, denominado “mejoramiento genético molecular”.
• Se ha demostrado que a nivel global, en los casos de soja y maiz, ha mejorado la media de las progenies comparada con los clásicos métodos de mejora.
NUEVO ESCENARIO
MONSANTO
MARCADORES MOLECULARES PARA RENDIMIENTO
TECNOLOGIA ACELERADA PARA EL RENDIMIENTO
PIONEER
V y VI
VII, VIII y
IX
III y IV
Análisis de Germoplasma de Soja
Análisis por Marcadores Moleculares
Análisis de 214 genotipos de soja. Genotipeado a través de 30 loci de microsatélites seleccionados por su capacidad discriminante. Análisis multivariado: agrupamiento global mediante NTSYS pc.
Ref. Echarte, Bulos, Rossi, Ferrari, Salas & Sala, 2003.
AÑO
2009
IND
R
S
Suceptible stress
Suceptible Macrophomina
Tolerante stress
Tolerante Macrophomina
2009 , Lajitas Salta NIDERA SA
Producto de mejora tradicional
STS
STS
No STS
No STS
MUTAGENESIS
TRANSGENICOS
• Los denominados eventos biotecnológicos son diferentes entre si, en cuanto a
parámetros, que van desde su origen molecular hasta su uso como alimento final.
• Y también son diferentes en cuanto a su impacto directo en las prácticas y usos de la agricultura y en la producción y la comercialización y el destino de la producción.
• Esta definición pone en claro, que cada uno es algo bien diferente al otro por todas las razones expuestas, por lo cual toda regulación, estudio de impacto, aprobación, etc merece diferente tratamiento y no corresponde una generalización e incluso comparación.
TRANSGENICOS
• Las tecnologías transgénicas son una herramienta suplementaria al
MG, ya que puede únicamente adicionar características específicas y limitadas y necesita asociarse a los programas clásicos para lanzar productos superiores.
• En esa asociación hay que mantener la visualización de los cultivos como plantas que necesitan mejorarse para un grupo grande de características, más que ver la mejora por ese simple carácter.
PORTAFOLIO DE LA INDUSTRIA DE LA SOJA
2020
Proteina 7S modificada
(Pioneer/DuPont)
Alto oleico - estearato
(Pioneer/DuPont)
Resistencia al nematodo (Monsanto; Syngenta;
Pioneer/DuPont)
LibertyLink (Bayer)
Tolerancia a la Imidazolinonas
Brazil only. (BASF/Embrapa Brazil)
RR2Y (Monsanto)
Tolerancia al Dicamba
(Monsanto)
Omega-3 Acido estearidónicoMo
nsanto)
High Beta- Conglycinin
(Pioneer/DuPont)
Bajo fitato (Pioneer/DuPont)
Forraje: soja de alta proteina
(Pioneer/DuPont)
Omega-3 EPA/DHA
(Pioneer/DuPont)
2010 2012
Bt/RR2Y Brazil only
(Monsanto)
HPPD Tolerant (Syngenta)
Alto oleico/bajo saturados (Monsanto)
Alto estearato (Monsanto;
Pioneer/DuPont)
FLUJO OGM´S
Tolerancia al 2,4-D (Dow)
Resistencia a enfermedades
(Syngenta; Pioneer/DuPont)
Tolerancia al glufosinato y iso
xuflatol Bayer/MS Technologies)
Baja rafinosa estaquiosa
(Virginia Tech)
Tolerancia al glufosinato y
isoxuflatol & LibertyLink
(Bayer/MS Technologies)
Alto oleico (Pioneer/DuPont)
Bajo linolenico (Syngenta)
Alto rinde I (Monsanto;
Pioneer/DuPont)
Alto rinde II (Monsanto;
Pioneer/DuPont)
Rust (Monsanto; Syngenta;
Pioneer/DuPont)
Resistencia al pulgón(Monsanto)
ALIMENTO Y FORRAJE
AGRONOMICOS
COMERCIALIZADOS O EN PROCESO
Tol sequia Bioceres
4 WAY ( MTO)
intacta
Input Traits - Tolerancia a insectos
Protegiendo los rendimientos y el medio ambiente
Tecnologías individuales o apilados de diferentes modos de acción (múltiples proteínas)
Output Traits - Aceites Saludables
El primer paso
• 0 % Grasas Trans • Bajo en grasas saturadas • Alta estabilidad
ALTO 18:1
Germplasm Putative genotype 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3
Normal FadFadOlOl 12 4 21 54 9N78-2245 fad 1 fad 1 10 4 42 38 6N87-2122-4 fadfad 5 3 48 39 5DuPont (transg.) anti-FAD2-1 9 3 79 3 6N98-4445 fad 2 fad 2 fanfan 8 4 60 26 2M11 ol a ol a 9 4 39 40 8M23 olol 9 4 49 29 8HOLL olol 10 4 51 29 5
Fatty acid class
• Mayor tolerancia a enfermedades – Roya asiática
• Tolerancia a insectos
– Nematodo del quiste de la soja
• Próxima generación de Bts – Nuevos modos de acción
Tecnologías en Desarrollo
NBT
• LAS NUEVAS TECNICAS DE MEJORAMIENTO, SURGEN ANTE LA NECESIDAD DE SEGUIR APUNTALANDO LOS PROGRESOS EN LA MEJORA. ESTUDIOS SOBRE SI CAEN O NO EN LA REGULACION DE LOS OGM´S.
• ELLAS SON: • - ODM OLIGONUCLEOTIDO DIRECT MUTAGENESIS • - ZN FINGER TECNOLOGIA DE LA NUCLEASA • - CISGENESIS E INTRAGENESIS • - GRAFTING • - AGRO INFILTRACION • - REVERSE BREEDING • - GENOMIA SINTETICA
.
Edgerton M D Plant Physiol. 2009;149:7-13
©2009 by American Society of Plant Biologists
IMPACTO ANTICIPADO EN MANEJO, BREEDING Y BIOTECNOLOGIA EN RINDE DE
MAIZ EN USA
. GRACIAS !!