Perspectivas genomica arroz

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Perspectivas genomica arroz

  1. 1. Las perspectivas desde la Genómica p pHacia la reconstrucción del genoma del arroz Joe Tohme CIAT XI Conferencia Internacional del Arroz XI Conferencia Internacional del Arroz Cali, Septiembre 22,  2010 Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  2. 2. Hacia la reconstrucción  del genoma del arrozRecientes avances tecnológicos¿Cómo acelerar el mejoramiento del arroz?¿Cómo acelerar el mejoramiento del arroz? Obtención selectiva de alelos de especies silvestres y  cultivadas  Alleles Mining cultivadas – Alleles Mining‐ Nuevas características para nutrición  Cambios que vienen para la planta de arrozConclusiónC l ió Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  3. 3. Gran Avance Científico El genoma del arroz es de los más estudiados • Primer cultivo en haber sido  secuenciado completamente p • Muchas herramientas genómicas  disponibles • Genotipos Indica y Japonica ahora  completamente secuenciados • Secuencias de especies silvestres  Enero 2002 disponibles¿Cómo usarán los mejoradores esta información? Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  4. 4. Cambios en la escala de tecnologías  de secuenciación 1999: CELERA GENOMICS: 300  sequencers ABI 3700 Illumina HiSeq GS Flex GS junior 454 sequencer 454 sequencerSecuenciación Análisis  Secuenciación Análisis  bioinformático bioinformático Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  5. 5. Revolución en las tecnologías de  secuenciación i ió El mayor  desafío es  comprender la  significancia de  significancia de la variación  identificada y  id tifi d su función Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  6. 6. Cómo acelerar el mejoramiento del arroz  para características específicasRevolución Verde: Genética:  g IR 8. IRRI Peter Jennings Revolución Agronómica:  2004‐2010. FLAR Necesidad de una segunda  Necesidad de una segunda revolución genética Mejorador de IR 8 Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  7. 7. Integración de Mejoramiento con Genómica y FenómicaMejoramiento con Genómica y Fenómica Mejoramiento  Genómica Mapeo de poblaciones Material Base Genotipificación p Genes/Marcadores Moleculares  RIL,  NIL, CSSL & Producto  Mutantes para MAS Transgénicos Asociación de rasgos a genes 1000 a 50000 plantas para ser genotipificadas y fenotipificadas  en un ambiente de estrés particular  Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  8. 8. Plataforma de Fenotipificación  para Desafíos Globales para Desafíos GlobalesDesarrollo de cultivos ecoeficientes para el  fi i t lcambio climático mediante:  i ifi ió i•Fenotipificación precisa y de alto rendimiento•Detección de nuevos genes•Facilitar el mejoramiento molecular Pi-1+Pi-2+Pi-33 Pi 1+Pi 2+Pi 33 Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  9. 9. CIAT: Plataforma para uso eficiente del aguaCIAT: Plataforma para uso eficiente del agua Automatización para caracterizar el fenotipo de 500 líneas en 30 minutos CIAT‐INFRATEC I R  CAMERA Lector de Código  de Barras Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  10. 10. Nuevas herramientas genómicas:  ¡Cómo l vamos a usar? ó las ?Plataforma de SNP B – Diversidad Genética i – Mapeo Genético (Genes, QTLs) o – Selección Asistida por Marcadores Selección Asistida por Marcadores i – Aceleración de retrocruzamiento– Conversión de  n transgenes  f o rSecuenciación de siguiente generación de  m alto rendimiento – Tecnologías de SNPs  á – Descifrar las bases genéticas de la esterilidad  t interespecífica mediante líneas de retrocruzamiento  i avanzadas c – Mapeo fino y clonación de QTLs Mapeo fino y clonación de QTLs a Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  11. 11. Platoformas Genómicas del Arroz en CIAT Platoformas Genómicas del Arroz en CIAT1. Implementación de la caracterización fenotípica1 Implementación de la caracterización fenotípica2. Bioinformática3. Implementación de tecnologías de marcadores4. Búsqueda de alelos en el genoma AA ‐ Cultivadas x  líneas introgresión5. Facilitar la introgresión de especies silvestres6. Métodos transgénicos para productos tolerantes a  sequía; Uso eficiente del nitrógeno y, biofortificación  con Hierro Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  12. 12. Detección de SNPs – Illumina  Diversidad de germoplasma de LAC Genotipos gráficos Genotipos gráficosversus Japónica Tropical versus Indica Mathias Lorieux, Constanza Quintero, Sept 2010 Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  13. 13. Introgresión de genes de resistencia para el  RHBV en materiales elites de arroz Desarrollo de marcadores Mapeo Fino: evaluación asociados con la resistencia en i invernadero y d genotipificación Introgresión de QTLs y Definición de un marcador uso de SNPs : evaluación específico para el gen de en campo y resistencia genotipificación Comparación de la nueva Evaluación con el nuevo metodología con el método d l í l é d marcador sin evaluación d i l ió clásico fenotípica Identificación y optimización de una nueva metodología para la  Identificación y optimización de una nueva metodología para la selección por RHBV Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  14. 14. Introgresión de QTLs de resistencia al virus de  de QTLs hoja blanca (RHBV) y a su vector Tagosodes hoja blanca (RHBV) y a su vector Tagosodes orizicolus en materiales elites de arroz LOD score:5.8 Varianza explicada: 30% LOD score:4.8 Varianza explicada: 50% LOD score:13.8 Varianza explicada: 46% En los cruces de Fedearroz2000 y Fedearroz50 x WC366 seidentificaron 3 regiones asociadas con la resistencia al RHBV y a Sogata, respectivamente: cromosomas 4, 5 y 7 El efecto fenotípico significativo es una característica de  El efecto fenotípico significativo es una característica de importancia en el mejoramiento asistido por marcadores. Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  15. 15. Obtención selectiva de alelos de especies  silvestres y cultivadas   Alleles Mining Exploración de la Diversidad Genética ‐ Desarrollo de Líneas de Introgresión “Chromosome Segment Substitution de Líneas de Introgresión Chromosome Segment Substitution               Lines” (CSSLs): CSSLs cultivadas (Oryza sativa x Oryza glaberrima) CSSLs lti d CSSL cultivadas x Sil t (O Silvestres (Oryza sativa x O fi i O. rufipogon, O.sativa x O O i O. meridionalis) idi li ) ‐ Mapa Genético Universal de Arroz con SSR y SNP ‐ Resistencia al Virus de la Hoja Blanca del Arroz (RHBV) ‐ Puentes Interespecíficos (i‐Bridges) entre especies silvestres (O.sativa x  O.glaberrima) ‐ Desarrollo de Poblaciones NAM (Nested Association Mapping) como ( pp g) fuentes de diversidad alélica Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  16. 16. Obtención selectiva de alelos de silvestres Oryza glaberrima y g Oryza sativa y• Cultivado sólo en el occidente de • Cultivado ampliamente África alrededor del mundo• Tolerancia a estrés biótico y abiótico • Subsp. indica y japonica • Mejorado• Resistencia a RYMV, RSNV • Rendimiento es más alto• Rendimiento es más bajo Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  17. 17. QTL de resistencia al virus de la necrosis rayada del arroz  “entorchamiento” en la población de Caiapo x MG12 entorchamiento en la población de Caiapo x MG12 180 Líneas evaluadas con el virus Fernando Correa y Gustavo Prado (CIAT) Foto: Gustavo Prado (CIAT) QTL altamente significativo en el cromosoma 11 entre los SSRs t l SSR (RM202-RM26406) Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  18. 18. Valor nuticional del arrozEl hierro (Fe) se acumula principalmente en los  tejidos exteriores al grano Arroz trillado Arroz integral Arroz blanco 20 ppm Fe 20 ppm Fe 2‐3 ppm Fe 2 3 ppm Fe 6 meses de vida útil 10 años de vida útil Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  19. 19. Arroz con alto contenido de hierroEl enfoque transgénico es la única opción Endospermo‐Espresión específica del gen  de la ferritina  Gerard Barry G dB Inez Slamet‐Loedin Sobreexpresión del gen de nicotianamina  sintasa (NAS) de arroz Alex Johnson James Stangoulis Laura Moreno L M Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  20. 20. Altas concentraciones de Fe (19 ppm) y Zn (75 ppm) en arroz blanco  confirmado en las líneas T2 sobreexpresadas Los niveles de hierro en varias líneas U. Melbourne  p pp p 35S::OsNAS2 supera la meta de 14.5 ppm Fe para la  biofortificación de arroz Alex Johnson & James Stangoulis Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  21. 21. Arroz transgénico Estado del Producto Estado del ProductoOsNAS1, OsNAS2, OsNAS3 Eventos de O NAS1 O NAS2 O NAS3 E t d 2011: ensayos de  2011: ensayos debioseguridad en invernadero en Australia bioseguridad  confinados y  confinados y retrocruzamiento  con líneas de gran  con líneas de gran rendimiento en CIAT Alex Johnson, Laura Moreno. U. Melbourne Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  22. 22. Cambios en arroz Un novedoso sistema de híbridosEstrategias Mejoramiento → mapeo & cruces → mapeo & cruces Genética → ortólogos SD → ortó Molecular → Letalidad sintética Yale, U. Rhode Island, CIAT. Financiación: NSF Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  23. 23. Éxito reciente en el IRRI  Nuevas líneas no transgénicas Sub1 Nuevas líneas no transgénicas Sub1 después de 17 días de inmersión en el campo en el IRRI‐Filippinas   IR64-Sub1 Samba-Sub1 S b S b1 IR49830 (Sub1)Samba IR64 Samba IR42 IR42 IR49830 (Sub1) IR64 IR49830 (Sub1) IR64 IR64-Sub1 Samba IR64-Sub1 Samba-Sub1 IR42 IR42 IR49830 (Sub1) ( ) IR64-Sub1 IR64 Sub1 IR49830 (Sub1) Samba Samba-Sub1 IR64 Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  24. 24. Hacia la reconstrucción  del genoma del arrozTécnicas genómicas  disponibles para el  disponibles para el desarrollo y  formación de  nuevos acervos  nuevos acervos genéticos Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  25. 25. Hacia la reconstrucción  del genoma del arroz• Las ciencias biológicas tienen un mayor potencial ahora Las ciencias biológicas tienen un mayor potencial ahora  gracias a las nuevas tecnologías• Mejoramiento‐biotecnología ofrece parte de la solución• Necesidad de integrar el mejoramiento con nuevas  estrategias de implementación agronómica • Medidas urgentes ya que la integración entre  descubrimiento científico, la innovación tecnológica y la  , g y implementación, toma varios años  Eco-Efficient Agriculture for the Poor
  26. 26. Graciaswww.ciat.cgiar.org Eco-Efficient Agriculture for the Poor

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