proyecto “la variación genética de las plantas cultivadas ...“un sistema de información sobre...
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La genómica y la biodiversidad
CIBIOGEM Octubre 2015
Proyecto “La variación genética de las plantas cultivadas en México: estrategias
para enfrentar el cambio climático” dentro del programa Agrobiodiversidad de la
CONABIO
Daniel Piñero, CONABIO
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CONABIO: Misión
• “Promover, coordinar, apoyar y realizar actividades dirigidas al conocimiento de la diversidad biológica, así como a su conservación y uso sustentable, para beneficio de la sociedad.”
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CONABIO: Objetivos
• a) “contribuya significativamente a la toma de decisiones y establecimiento de políticas para conservar la biodiversidad y usarla sustentablemente, con la aportación de datos, información y conocimiento sobre ella;
• b) sea innovadora y de vanguardia en cuanto a informática de la biodiversidad, procesos eficientes y calidad de sus productos y servicios;
• c) sea el referente obligado en materia de biodiversidad en México.”
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CONABIO: Mandato legal
• Artículo 80 Fracción V de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente
“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de la biodiversidad”
Esto es, de los ecosistemas, las especies y los genes
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“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de
la biodiversidad”
• Inducir la obtención y crear un sistema de información acerca de los genomas asociadosa la biodiversidad
• Generar criterios para tener prácticas de usosustentable de los sistemas genómicos
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“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de
la biodiversidad”
• Se reconoció que a diferencia de lascolecciones, la información genómica no se ha estudiado mas que en una pequeña parte
• Requerimos entonces un sistema piloto queasemeje los inicios de las bases de datos de especies
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“un sistema de información sobre biodiversidad y de certificación de uso sustentable de los componentes de
la biodiversidad”
• Un área extremadamente abandonada y que ha estado a cambios de política nacional que no la han ayudado es aquella relacionada con la agrobiodiversidad
• Se contempla, entonces abordar la problemáticadel mejoramiento usando como una herramientaa la genómica y
• aprovechando el conocimiento generado en la CONABIO acerca del uso tradicional y en pequeñaescala de la biodiversidad
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Componentes del Programa de Agrobiodiversidad
• Componente genómico a través de los gruposde investigación que trabajan en México
• Componente socioeconómico aprovechandola investigación que se ha hecho en México y el conocimiento de la CONABIO acerca del usotradicional y en pequeña escala de la biodiversidad
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Programa de Agrobiodiversidad, CONABIO
Alicia Mastretta Yanes
Margarita Campos
Francisca Acevedo Gasman
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Componentes del programa genómico
• Obtención y acumulación de informacióngenómica en un banco de datos público
• Genómica funcional
• Genómica funcional comparada
• Relación fenotipo-genotipo, enfoquescomplementarios y alternativos
• Mejoramiento participativo evolutivo
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Centros de origen, la genética es solo una parte: el caso del chile, Capsicum annuum
2014
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Domesticación, mejoramiento e introgresión en un mosaico genómico: el caso del girasol Helianthus
annuus
2015
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Estudio de los genes asociados a la domesticación y al mejoramiento (y a la
adaptación local) de manera independiente
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Fuente: Proyecto Global de
Maíces
Cónico Norteño
Chalqueño
Dulce
Palomero
Toluqueño
Arrocillo Amarillo
Cacahuacintle
Bolita
Tabloncillo
Jala
CelayaTehua
Zapalote Chico
Comiteco
Nal-tel
Cónico
Tuxpeño
Vandeño
Olotillo
Olotón
Tuxpeño
AzulApachitoGordo
Chapalote
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Problema disciplinariamente amplio: el caso de los datos geográficos
Geográficos• Dominios climáticos por
cultivo
• Mapas
• Localidades
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Evidencia de adaptación a la altitud en maiz
47,593 SNPs, 178 individuos, 51 razas,
5 hibridos 159 localidades
genetic
a
0.00
0.25
0.50
0.75
1.00
1 2 3
altitud
1
2
3
Admixture: prueba de asignación entre
tres distintas altitudes (0-900,
900-1800 y 1800-2700 msnm)
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Y un poco a la latitud
47,204 SNPs, 165 individuos,
48 razas, 159 localidades Arteaga et al. En preparación
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¿Cómo agrupar a las razas Mexicanas de maíz?
47,593 SNPs, 178 individuos,
51 razas,
5 hibridos, 159 localidades,
dos teocintles (flechas)
Arteaga et al. En preparación
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La variación del maiz en el contexto de la encontrada en los teosintles del centro de
México
Moreno-Letelier et al. En preparación
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La diversidad genética conocida, un océano con pequeños lagos
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Diagrama de Venn que muestra familias de genes únicas y compartidas en tres
monocotiledóneas (arroz, maíz y sorgo) y una dicotiledónea (Arabidopsis)
Patrick S. Schnable et al. Science 2009;326:1112-1115
Los genomas son redundantes
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Los genomas son redundantes…2
2013
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Los genomas son redundantes…3. Predicción de genes usando homología de fenotipos
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Los genomas son redundantes…4. Homología de redes genéticas de regulación
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Diagrama de Venn que muestra familias de genes únicas y compartidas en tres
monocotiledóneas (arroz, maíz y sorgo) y una dicotiledónea (Arabidopsis)
Patrick S. Schnable et al. Science 2009;326:1112-1115
Funciones compartidas, variantes únicas
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Funciones compartidas, variantes únicas…2: el caso de la tapioca Manihot esculenta, selección en el flujo de carbono
2014
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Múltiples rearreglos cromosómicos y microsintenia en cucurbitaceas (melón, pepino y sandía)
2009
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La domesticación en el maíz
Genes neutrales Genes de domesticación Genes de mejoramiento Genes adaptativos
Teosintles
Razas
Lineas puras
Domesticación
Mejoramiento
Ad
aptació
n A
Ad
aptació
n B
Ad
aptació
n C
Modificado de Yamasaki et al. 2007
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La domesticación, el mejoramiento y la evolución del maíz en el campo mexicano
Genes neutrales Genes de domesticación Genes de mejoramiento Genes adaptativos
Teosintles
Razas
Lineas puras
Domesticación
Mejoramiento
Ad
aptació
n A
Ad
aptació
n B
Ad
aptació
n C
Modificado de Yamasaki et al. 2007
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Detección genómica de selección
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0
0.1
0.2
0.3
0.4
Razas Teosinte
He
tero
cigo
sis
Genes metabólicosAnálisis genómico globalCromosoma 1Verde = teosinteRojo = Razas
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
Razas Teosinte
NeutrosFukunaga et al. 2005
Doebley 1989
El genoma es un mosaico con distintas tasas de evolución y divergencia
Hufford et al. 2012
82%
87%
81%
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El genoma es un mosaico con distintas tasas de evolución y divergencia…2
Yamasaki et al. 2005
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La nueva variación es mas abundante en las razas que en los teosintles y cambia el amino
ácido de la proteína
Hufford et al. 2012
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Variación muy parecida entre
los teosintles anuales
10,000 SNPs aleatorios18 poblaciones de parviglumis10 poblaciones de mexicanapopulations
Aguirre-Ligouri et al. En preparación
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No hay una clara agrupación genómica de las razas mexicanas de maíz
47,204 SNPs, 165 individuos,
48 razas, 159 localidades
Arteaga et al. En preparación
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No hay una clara agrupación genómica asociada a las regiones biogeográficas
47,204 SNPs, 165 individuos,
48 razas, 159 localidades Arteaga et al. En preparación
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Conclusiones maiz
1. En los últimos diez años se ha avanzado enormemente en el entendimiento de la naturaleza de la variación genómica de las agrupaciones geográficas y de los grupos morfológicos en maíz.
2. Con el conocimiento actual, se deben de establecer programas de monitoreo de los distintos tipos de variación genómica in situ en el maíz y los teosintles.
3. Asimismo se deben de establecer programas que evalúen la importancia funcional de las variantes existentes in situ usando un enfoque comparativo que incluya también a otras especies de plantas cultivadas.
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La domesticación, el mejoramiento y la evolución del maíz en el campo mexicano
Genes neutrales Genes de domesticación Genes de mejoramiento Genes adaptativos
Teosintles
Razas
Lineas puras
Domesticación
Mejoramiento
Ad
aptació
n A
Ad
aptació
n B
Ad
aptació
n C
Resultado inesperado, mas variación un poco menor en maíz que en teosintle debido al mayor número total de nuevos mutantes por el tamaño total de la población sembrada
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La domesticación y los cuellos de botella
Karlsson & Lindblad-Toh, 2008
Arroz domesticado aproximadamente 30% de la variación del silvestreCaicedo et al, 2007
Soya domesticada entre 60-70% de la variación de la silvestreLam et al. 2010
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La domesticación y los cuellos de botella, el caso del frijol, Phaseolus vulgaris
2014
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La variación aditiva usando datos genómicos es (mucho) menor que aquella obtenida de estudios de respuesta a la selección o
correlación entre parientes
Common disease-common variant (CDCV)
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El ambiente microbiómico: un aspectocentral de la agrobiodiversidad
2014
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Componentes del programa genómico
• Obtención y acumulación de informacióngenómica en un banco de datos público
• Genómica funcional
• Genómica funcional comparada
• Relación fenotipo-genotipo, enfoquescomplementarios y alternativos
• Mejoramiento participativo evolutivo
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Ejes del proyecto
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Proyecto CONACYTDesarrollo científico para la solución de
problemas nacionales
Instituciones participantes
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Actividades del proyecto
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Gracias
Phaseolus coccineusSilvestre, Hutizilac, Morelos
Phaseolus coccineusSilvestre, Xalapa, Veracruz