Apomixis

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  • Apomixis

    1. 1. Pamela Alvarez Cassandra Cayuqueo Valentina Hadwa Catalina Humeres Carlos Fuentes Angel Martinez Arturo Morales
    2. 2. <ul><li>Formación de semillas que contienen embriones genéticamente idénticos a la planta madre. </li></ul>
    3. 3. <ul><li>Descripta por primera vez en 1841 en la planta australiana Alchornea ilicifolia por J. Smith. </li></ul>Image - Alchornea ilicifolia - foliage and fruit - graham Stephens © 2002
    4. 4. <ul><li>Paradójicamente, los primeros experimentos con plantas apomícticas fueron realizados de forma involuntaria por Mendel usando plantas del género Hieracium. </li></ul><ul><li>Atribuyo erróneamente a una supuesta “Frecuente Autopolinización” </li></ul>Gregory Mendel (1822 - 1884)
    5. 6. <ul><li>Comprende un alternancia cíclica entre los estados: </li></ul><ul><ul><ul><li>Esporofito (Planta misma 2n) </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Gametofito (Grano de polen (n) y saco embrionario (n)) </li></ul></ul></ul>
    6. 9. <ul><li>El polen maduro está típicamente integrado por tres células haploides (n), dos de las cuales constituyen los gametos masculinos. La otra tiene una función relacionada con el crecimiento del tubo polínico </li></ul>
    7. 13. <ul><li>Los embriones apomicticos pueden formarse mediante 2 rutas: </li></ul><ul><ul><li>Esporofitica o Embrionia Adventicia </li></ul></ul><ul><ul><li>Gametofitica </li></ul></ul>
    8. 14. <ul><li>Los embriones surgen directamente de células somáticas de la nucela o de los tegumentos del ovulo. </li></ul>
    9. 17. <ul><li>Diplosporía </li></ul><ul><li>Aposporía </li></ul>
    10. 18. <ul><li>Cuando el saco embrionario se origina a partir de la célula madre de la megáspora misma ya sea por mitosis o luego de una falla en la meiosis. </li></ul>
    11. 19. <ul><li>Cuando el saco embrionario se origina directamente por mitosis a partir de una célula somática, usualmente una célula de la nucela. </li></ul>
    12. 22. <ul><li>En la apomixis gametofítica la partenogénesis excluye uno de los procesos de la doble fecundación: </li></ul><ul><ul><li>La unión de los gametos masculinos con los femeninos. </li></ul></ul><ul><li>Sin embargo no necesariamente se anula la fecundación de los núcleos polares. Aunque en algunos casos el endospermo puede desarrollarse en forma autónoma </li></ul>
    13. 23. <ul><li>Así, mientras en el proceso sexual la reducción meiótica se complementa con la fecundación que restaura el nivel de ploidía 2n, en la apomixis gametofítica la ausencia de reducción se complementa con la partenogénesis . </li></ul>
    14. 25. <ul><li>Apomixis y sexualidad no son procesos mutuamente excluyentes. </li></ul><ul><li>Pueden aparecer simultáneamente sacos reducidos (meióticos) y no reducidos (provenientes de apomixis) en una misma planta, en una misma inflorescencia y aún en un mismo óvulo </li></ul>
    15. 26. <ul><li>Una planta apomíctica capaz de generar al menos una parte de su progenie por medios sexuales se conoce como Facultativa. </li></ul><ul><li>Si solo puede reproducirse a partir de apomixis se le conoce como Obligada. </li></ul>
    16. 28. <ul><li>Hasta el presente, sólo se dispone de programas de mejoramiento avanzados en algunas gramíneas forrajeras. </li></ul>
    17. 29. <ul><li>Se encuentran especies de los géneros Brachiaria, Cenchrus, Eragrostis, Panicum, Paspalum, Pennisetum y Poa. </li></ul>
    18. 30. <ul><li>En principio solo las plantas apomícticas facultativas pueden ser mejoradas por metodologías de cruzamiento convencionales. </li></ul><ul><li>Ya que producen al menos algunos sacos embrionarios meióticos que posibilitan la hibridación y selección. </li></ul>
    19. 31. <ul><li>En cambio en las apomícticas obligadas, que se reproducen completamente o casi completamente en forma clonal, la hibridación y el análisis de segregación son impracticables. </li></ul>
    20. 32. <ul><li>El principal requisito para llevar adelante un programa de mejoramiento de una especie apomíctica: </li></ul><ul><ul><li>Colección de Germoplasma diverso: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>Ampliar la base genética disponible. </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>Identificar introducciones sexuales o altamente sexuales (apomícticas facultativas con alta expresión de sexualidad). </li></ul></ul></ul>
    21. 33. <ul><li>La evaluación de especies relacionadas es también una alternativa importante cuando no se dispone de plantas sexuales de la especie de interés. </li></ul><ul><li>Se realizan cruzamientos inter especificos o incluso intergeneros, empleados como punto de partida. </li></ul>
    22. 34. <ul><li>Estudios realizados para determinar la base genética de la Apomixis en varias especies de gramíneas indican que el carácter presenta una herencia simple. </li></ul>
    23. 35. <ul><li>En plantas con apomixis obligada, que tiene una carácter deseable , son utilizados como dadores de polen. </li></ul><ul><li>Gameto Femenino ( Planta Sexual ) x Gameto Masculino ( Planta Apomíctica ) </li></ul>F1
    24. 36. <ul><li>Es la identificación en la población segregante de los genotipos superiores, con reproducción completamente (o casi completamente) apomíctica que puedan ser transformados en cultivares mediante su multiplicación por semillas. </li></ul>
    25. 37. <ul><li>Otro aspecto a tener en cuenta es el nivel de ploidía de los progenitores que serán empleados en los cruzamientos </li></ul>
    26. 40. <ul><li>Carácter utilizable en el mejoramiento de planta y la producción de alimentos. </li></ul>HERRAMIENTA Estabilización de genotipos superiores Fijación de combinaciones híbridas
    27. 41. <ul><li>Cualquier combinación genética que lleve los factores determinantes de la apomixis podría ser mantenida y multiplicada como una replica exacta por innumerables generaciones vía semilla. </li></ul>
    28. 42. <ul><li>Permite clonar genotipos superiores híbridos </li></ul><ul><li>Sostiene altos rendimientos año tras año usando las semillas cosechadas </li></ul><ul><li>Reduce el espacio físico requerido para preservar líneas genéticamente homocigotas. </li></ul>
    29. 43. <ul><li>Se podrían obtener y propagar nuevos híbridos interespecíficos e intergenéricos </li></ul><ul><li>Se facilita el uso de transformantes, ya que una planta transgénica apomíctica fijaría inmediatamente el nuevo carácter y se convertiría luego de su manipulación en un cultivar. </li></ul>
    30. 44. <ul><li>La apomixis es un carácter heredable </li></ul><ul><li>No es común en cultivos mayores o en sistemas modelos </li></ul>
    31. 45. <ul><ul><ul><ul><ul><li>Los estudios se basan en: </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Poliploides </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Altamente heterocigotas </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Pobre caracterización genética </li></ul></ul></ul></ul></ul><ul><ul><ul><ul><ul><li>Esto hace que la disección de las bases genéticas del carácter sea compleja. </li></ul></ul></ul></ul></ul>Especies silvestres
    32. 46. <ul><li>Los estudios de herencia son solo posibles cuando: </li></ul>P1 sexual P2 apomíctico x F1 <ul><li>F1 es examinada por métodos citoembriológicos </li></ul><ul><li>Uso de marcadores moleculares </li></ul>
    33. 47. Poliploide sexual natural o generado artificialmente Polen aportado de un Genotipo apomíctico x
    34. 49. <ul><li>Estudios en gramíneas coinciden en que: </li></ul>Aposporia Diplosporia Locus Ambas están controladas por un En el que se encuentra Gen dominante Grupo de genes ligados Unidad genética Expresión del carácter
    35. 50. <ul><li>Se han propuesto modelos genéticos para especies tetraploides de Panicum y Brachiaria que intentan explicar la expresión del carácter, sin embargo surgen dudas que aun no dan una completa explicación al fenómeno apomíctico </li></ul>
    36. 51. <ul><li>Los estudios con marcadores moleculares permiten la localización del locus que controla la apomixis y evidencian una fuerte restricción de la recombinación. </li></ul>
    37. 52. <ul><li>Procedimientos para la transferencia potencial de la apomixis a especies sexuales: </li></ul><ul><ul><li>1. hibridación clásica entre una planta sexual y un pariente apomíctico natural </li></ul></ul><ul><ul><li>2. iniciación de la expresión de la apomixis por experimentos de bloqueo de genes (mutantes T, etiquetado transposicional, mutagénesis) </li></ul></ul><ul><ul><li>3. transformación de cultivares sexuales con genes que controlan la expresión del carácter. </li></ul></ul>
    38. 53. <ul><li>Hace 40 años atrás D. F. Petrov realizó hibridaciones en maíz y tetraploides de Tripsacum dactiloydes. </li></ul><ul><li>Luego otro grupo de investigadores producen híbridos interespecíficos de maíz- Tripsacum que se reproducen por apomixis y los genotipos de las retrocruzas con maíz son machos estériles </li></ul>
    39. 54. <ul><li>Además el requerimiento de la relación 2:1 en el nº de genomas haploides maternos-paternos que contribuyen a la formación del endospermo en el maíz </li></ul><ul><li>Son problemas que han demorado el progreso </li></ul><ul><li>de introducir apomixis en el maíz. </li></ul>
    40. 55. <ul><li>En resumen los principales obstáculos son: </li></ul><ul><ul><li>Equilibrar el balance endospérmico </li></ul></ul><ul><ul><li>Lograr la expresión de la apomixis a nivel diploide. </li></ul></ul>Se debe encontrar la relación entre la expresión de la apomixis y la ploidía.
    41. 56. Tener conocimientos básicos profundos de la embriología de especies silvestres con sistemas apomícticos Para determinar cuales son las más adecuadas para utilizarlas como fuentes de genes en las hipotéticas transformaciones genéticas que permitan usar la apomixis en cereales.
    42. 57. <ul><li>La transformación genética de cultivares sexuales con genes que controlan el inicio del carácter es aun hipotética porque no se ha logrado identificar esos genes. </li></ul>
    43. 58. <ul><li>Los marcadores moleculares han generado nuevos conocimientos sobre las bases moleculares de la apomixis. </li></ul>
    44. 59. <ul><li>Esto ayudaría en el futuro al aislamiento de genes controladores del carácter. </li></ul><ul><li>Al detectar la cosegregación que realizan estos marcadores junto a la apomixis en distintos géneros de gramíneas. Podríamos decir que: </li></ul>La ausencia de recombinación es parte de una estrategia para evitar la dispersión de los factores que necesitan cosegregar estrictamente para determinar la apomixis
    45. 60. <ul><li>La baja recombinación probablemente enmascare uno o mas genes que gobiernen el carácter, haciéndolos aparecer y funcionar como una UNIDAD GENETICA. </li></ul>Ese enigma es el que se debe resolver en un futuro no muy lejano.
    46. 63. <ul><li>Los agricultores de pocos recursos y los de subsistencia, al no contar con variedades híbridas o mejoradas de maíz, luchan por sobrevivir sembrando plantas de bajo rendimiento que ofrecen poca resistencia a insectos y enfermedades. </li></ul>
    47. 64. <ul><li>En muchas de las naciones más pobres del mundo, se cultivan híbridos en menos del 10% de la tierra dedicada al maíz en gran medida porque los agricultores: </li></ul><ul><ul><li>No pueden obtener semillas hibridas. </li></ul></ul>
    48. 65. Una revolución tecnológica siembra nuevas esperanzas en el campo
    49. 66. <ul><li>Transferir la característica natural e inexplotada de la apomixis al maíz. </li></ul>
    50. 67. <ul><li>Hasta la fecha se han seleccionado más de 250,000 plantas en 10 ciclos de retrocruzamiento. </li></ul><ul><li>Esta estrategia de largo plazo ha arrojado resultados muy alentadores. </li></ul>
    51. 68. <ul><li>El producto final NO se restringirá con derechos de propiedad intelectual a fin de garantizar su libre acceso a los países en desarrollo </li></ul>Un producto de libre acceso
    52. 69. Híbrido F1 de maíz y Tripsacum producido al principio del proyecto. 36 cromosomas color azul claro son de Tripsacum y los 10 de color azul obscuro son de maíz. Híbrido más reciente de maíz y Tripsacum (BC5). El cromosoma amarillo brillante es de Tripsacum y los 20 cromosomas amarillo pálido son de maíz.
    53. 70. La diversidad Este proyecto se ha enfocado hacia la apomixis ‘facultativa’, en la que la reproducción sexual ocurre aproximadamente en el 3% de una población, lo que permite mantener el flujo de genes y la diversidad
    54. 71. <ul><li>Fitomejoradores : </li></ul><ul><ul><li>Generar nuevas variedades en menos tiempo y a menor costo. </li></ul></ul><ul><ul><li>Productores de Semillas </li></ul></ul><ul><ul><li>Podrán producir híbridos a costos mucho menores y con menos posibilidades de error. </li></ul></ul><ul><ul><li>Agricultores </li></ul></ul><ul><ul><li>La semilla híbrida se podrá reciclar indefinidamente, sin perder sus características de alto rendimiento. </li></ul></ul>
    55. 72. <ul><li>Biotecnología y Mejoramiento Vegetal </li></ul><ul><li>Ortiz, Juan pablo; Pessino, Silvina C.; Quarin, Camilo L </li></ul><ul><li>capitulo 3 </li></ul><ul><li>El Proyecto apomixis IRD-CIMMYT [en línea] disponible en: </li></ul><ul><li>http://www.cimmyt.org/abc/ResearchProjects/Apomixis/Apomixisbroch/htm/Apomixisbroch-spa.htm </li></ul>

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