Biotec agricola ogms y genómica

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  • Origen en Afaganistan: Introducido en Europa en el siglo 8 al 10, en Andalucia se describen zanahorias del color rojo y amarillo. El color naranja no aparece sino hasta el siglo 17 en Holanda
  • Existen cientos de variedades de lechugas. Las paredes de tumbas egipcias que datan del 2,500 AC contienen imagenes de lechugas. Herodoto las menciona alla por el 550 AC.
  • All transformation cassettes contain three regions. The “gene of interest” region contains the actual gene that is being introduced into the plant Many plant tissues are treated with the transformation cassette during the transformation step. Not all of these tissues actually receive the cassette. To distinguish those that contain the gene from those that don’t, it is necessary to use a selection process. The selectable marker is a gene that provides the ability to distinguish transformed from non-transformed plants. This is shown by green. The most common method to introduce the transformation cassette is by using the plant pathogen Agrobacterium . For this system to work it is necessary that the cassette contain insertion sequences that are used by the bacteria. These are shown by the gray.
  • And this slide illustrates those steps.
  • The last step in plant genetic engineering is field testing. This slide shows a field that contains herbicide resistant and tolerant plants.
  • What is needed is for the public to accept these crops. Examples such as these, were a corn crop is freed of weed pressure make a compelling case for acceptance of these new agricultural products. But, it should be noted that these traits are all producer orientated.

Transcript

  • 1. Luis De Stefano Beltrán, Ph.D. [email_address] Unidad de Genómica - UPCH La Biotecnología Agrícola: Generación de OGMs y Genómica Curso “Bioseguridad y Biotecnología Moderna”
  • 2. Globalización de los Alimentos: “ El Mundo en tu Plato” “ Chicken a la Kiev” Pechuga : Francia, Bélgica, Irlanda, UK Batido Harina: Bélgica, Francia Agua: Irlanda Relleno Mantequilla: Irlanda Puré de Ajo: China, USA, España Limón: USA Perejil: Francia, UK Pimienta: Indonesia Agua: Irlanda Cubierta de Pan Pan: Irlanda, UK Aceite de Canola: USA, Australia
  • 3. ¿ Qué es la Agricultura Biotecnológica?
  • 4. “ . . . Es una tecnología avanzada que permite a los mejoradores de plantas realizar cambios genéticos precisos para impartir características benéficas a los cultivos que dependemos para alimento y fibra . . .” www.bio.org
  • 5. 23,000 años de Agricultura
  • 6. El ser humano ha modificado genéticamente a las plantas desde el comienzo mismo de la civilización
  • 7.  
  • 8. El Maíz moderno tiene como ancestro al Teosinte
  • 9. Zanahoria silvestre Zanahorias comerciales
  • 10. Bananas silvestres Bananas comerciales Evidencia reciente la coloca hace 5,000 a 8,000 en Papua Nueva Guinea
  • 11. Lechuga silvestre Lechuga comerciales
  • 12. Evolución del Tamaño durante la domesticación del Tomate
  • 13. “ All Red” Potato Coliflor Graffiti Trigo Centeno Triticale
  • 14. Ejemplos de Variedades Comerciales Producidas por Mutación Cultivo Nombre de la Variedad Comercial Método para inducir la mutación Arróz Calrose 76 Rayos Gamma Trigo Above Azida de Sodio Lewis Neutrones térmicos Avena Alamo-X Rayos X Toronja Rio Red Neutrones térmicos Star Ruby Neutrones térmicos Bermuda Grass Tifeagle Rayos Gamma Tifgreen II Rayos Gamma Tift 94 Rayos Gamma Tifway II Rayos Gamma Lechuga Ice Cube Methanosulphonato de Etilo Mini-Green Methanosulphonato de Etilo Frijol Seafarer, Sanilac Rayos X (MSU) Seaway, Gratiot Rayos X (MSU) Lilac Prairie Petite Neutrones térmicos St. Augustine Grass TXSA 8202 Rayos Gamma TXSA 8212 Rayos Gamma
  • 15. Hasta el momento se han “liberado” 2,252 variedades desarrolladas por mutación y que nunca fueron analizadas
  • 16.  
  • 17. Toronja Rio Red Toronja Star Ruby
  • 18.
  • 19.
  • 20. Transformación Genética Mediada por Agrobacterium tumefaciens
  • 21. Agrobacterium rubi Agrobacterium tumefaciens Agrobacterium rhizogenes Agrobacterium vitis
  • 22. El genoma de A. tumefaciens C58 tiene 5.67 Mbp divididos en 4 Replicones: Un cromosoma circular de 2.84 Mbp que codifica chvAB , chvGI , chvE , ros , chvD , chvH y acvB . Un cromosoma lineal de 2.08 Mbp que codifica exoC y los genes cel. Un plásmido, pAtC58, de 0.54 Mbp que codifica los genes att . Un plásmido de 0.21 Mbp, pTiC58 que codifica los genes vir . En total el genoma codifica 5,400 genes de los cuales un 64% tiene una función asignada o putativa.
  • 23. Características Principales del Genoma de Agrobacterium tumefaciens C58
  • 24.
  • 25.
  • 26. Estructura de un Típico Plásmido Ti del tipo Octopina
  • 27.
  • 28.  
  • 29.  
  • 30.  
  • 31.  
  • 32. Modelo General de TMA de una Célula Vegetal
  • 33. Mecanismo de Transformación mediada por A. tumefaciens
    • Reconocimiento químico de la célula de la planta y activación de los genes de virulencia.
    • Reconocimiento físico e interacción entre la bacteria y la célula de la planta.
    • Producción de sustratos transferidos y de la maquinaria de transferencia.
    • Transferencia de sustratos de la bacteria a la célula de la planta.
    • Movimiento de sustratos al núcleo.
    • Integración del T-DNA en el genoma de la célula de la planta.
    • Expresión del T-DNA.
  • 34. Fenoles y Azúcares capaces de inducir los genes vir
  • 35. Modelo de integración y actividad de señales del sistema traductor ChvA/VirA
  • 36. Transporte Macromolecular El complejo VirB/VirD4 es un típico sistema de secreción tipo IV, T4SS, que comprende 12 proteínas, VirB1-11 + VirD4 necesarias para tener virulencia, asociación con la cubierta celular y una estructura “multisubunit” que atravieza dicha cubierta. Los sustratos transportados al interior de las células por este complejo son: VirD2-T-DNA, VirE2, VirE3, VirF y VirD5: ¿Cómo son marcados para la exportación? Las señales se encuentran en la región carboxi terminal. Secuencia Consensus: R-X(7)-R-X-R-X-R Coupling Protein: VirD4
  • 37. Uso de A. tumefaciens para la TG de Plantas
    • Factores a tener en cuenta en el diseño de un
    • experimento de transformación:
    • El tejido de la planta (hoja, cotiledón, raíz, etc)
    • El vector (pBIN19, pCAMBIA, pBI121, etc), promotor del cassette (CaMV35S, Patatin, GBSS), gen marcador (KnR, HygR, etc).
    • La cepa de A. tumefaciens ( LBA4404, A281, EAA101, EHA105, AGL0, AGL1, etc.
  • 38. Construcción de Cassettes: Contiene:
  • 39. Marcadores de Selección
    • Kanamicina ( NPTII )
    • Higromicina B ( hpt )
    • Bialaphos ( bar y pat )
    • Fosfomanosa isomerasa ( manA )
    • D-Amino Acid Oxidasa ( dao1 )
    • Gus gen
    • GFP
  • 40. Sistema de Selección basado en D-Amino Oxidasa (DAAO)
  • 41.  
  • 42. Fase en el Laboratorio
  • 43. Fase de Campo Resistencia a Herbicidas No-transgénicos Transgénicos
  • 44. Prueba Final de Campo Maíz RoundUp Ready Antes Después
  • 45. Con 15 años de experiencia
    • No ha sido comprobado ni un sólo daño a la salud humana o pecuaria
    • Se ha comprobado beneficios en cuanto
      • Menos intoxicaciones con micotoxinas
      • Menos envenamientos con insecticidas
      • Mejor calidad nutritiva
  • 46.  
  • 47. Chakraborty et al . (2000) PNAS, 97, 3724-3729
  • 48.  
  • 49. Butelli et al ., (2008) Nature Biotech. 26: 1301-08
  • 50. ¿Cuánto pagaría por una cebolla que no lo hiciera llorar?
  • 51. Forrajeras con bajo contenido de lignina y mayor digestibilidad
  • 52. ¿Cuánto pagaría por un ramo de rosas con un aroma “out-of-this-world” para la novia más bella?
  • 53. Banano Cavendish y Finger Lady resistentes a la enfermedad de Panamá
  • 54. ¿No le gustaría una manzana que no se “negree”?
  • 55.
  • 56.
  • 57. La Matrix del Estrés
  • 58.  
  • 59.  
  • 60. Rendimientos Promedios y Récords de algunos cultivos importantes (Bray et. al ., 2000) Cultivo Rendimiento récord en países desarrollados (Kg/Há) Rendimiento Promedio mundial (Kg/Há) Rendimiento Promedio (% del récord) Pérdida Promedio por factor Biótico (% del récord) Pérdida Promedio por factor Abiótico (% del récord) Trigo 14,500 1,880 13.0 5.0 82.1 Cebada 11,400 2,050 18.0 6.7 75.4 Soya 7,390 1,610 21.8 9.0 69.3 Maíz 19,300 4,600 23.8 10.1 65.8 Papa 94,100 28,300 30.1 18.9 54.1 Remolacha Azucarera 121,000 42,600 35.2 14.1 50.7
  • 61. Uso intensivo de Tecnología en la Agricultura salvó mucha Biodiversidad 1700 2007 Incremento (# de veces) Población (millones) 500 6,602 13.20 Tierra Cultivada (Hás) 270 millones 1,539 (1.13 +0.407) 5.7
  • 62. Si la Tecnología se hubiese congelado en el 1961 ¿cuánta Biodiversidad se habría perdido? 2020 = 8,000 millones En 2025 la India tendrá 1,500 millones China con 20-25% de la población mundial sólo tiene el 7% de tierra cultivada. Un terreno equivalente a la Amazonía ha sido “salvada” desde 1961. 1961 2007 Incremento (# de veces) Población (millones de personas) 3,000 6,602 2.20 Tierra Cultivada (millones de Hás) 1,340 1,539 (1.13 +0.407) 1.15
  • 63. Población Mundial 1950 - 2050
  • 64.  
  • 65.  
  • 66.  
  • 67.  
  • 68.  
  • 69. “ Algo no está bien: … nuestro aire es limpio, nuestra agua es pura, hacemos mucho ejercicio, todo lo que comemos es orgánico… y sin embargo, ninguno de nosotros llega a los 30.”
  • 70. MUCHAS GRACIAS