NOVEDADES Biotecnológicas en cultivo y mejoramiento de SORGO Todo Sorgo 2012 Rio Tercero, Septiembre 2012
NOVEDADES Biotecnológicas en cultivo y mejoramiento de
SORGO
Todo Sorgo 2012Rio Tercero, Septiembre 2012
y = 169,12x + 4286
R2 = 0,5909
y = 103,85x + 3658,9
R2 = 0,56943000
4000
5000
6000
7000
8000
900094 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09
Año cosecha
Desarrollo tecnológico relativo
Promedios anuales, Argentina Fuente: SAGYP
Año de cosecha
Rto
. g
ran
o (
kg
/ha)
Maiz
Sorgo
• Mejoramiento “Convencional”
• Mutagenesis
• Mejoramiento asistido por marcadores:
Fingerprinting
Gene mapping
Progreso en el mejoramiento desde lo Convencional al ”Mundo molecular”
Germoplasma: Diversidad genética
Dendogram y ACPs
Matriz de similaridades geneticas
Analisis de polimorfismos
SSRs (microsatelites)
Lineas de sorgo
Germoplasma: Diversidad genética
Una nueva Era
para el Sorgo:
Biotecnología
Fecha de publicación: 28-Ene-2009
Contacto: Joseph [email protected] University
Sequencing of sorghum genome completed
Drought-resistant food, feed and biofuel source sequenced by international team
NEW BRUNSWICK, N.J. – En un trabajo publicado en la Revista Nature esta semana, Investigadores de Rutgers: Joachim Messing, Rémy Bruggmann, y un equipo internacional de colaboradores pudieron describir en el genoma del sorgo, un cultivo tolerante a sequia Africano.
400 Mbp 700 Mbp 3,000 Mbp
Arroz Sorgo Maiz
Genoma del Sorgo: Comparacion de tamaño.
AH Paterson et al. Nature 457, 551-556 (2009) doi:10.1038/nature07723
Familias de genes ortologos entre:Sorgo, Arabidopsis, Arroz y Alamo.
Disponibilidad de la secuenciación completa del genoma de sorgo mediante la integtracion de mapas recombinantes para desarrollar un mapa fisico
Ramu et al. Mol Breeding 2010, 26:409-418
Genomica del Sorgo
*Mapeo de QTLs (usando SSR, DArT or SNP)
*Altura de planta y madurez.
*Control genetico de la fertilidad.
*Genes de resistencia a enfermedades fungicas y virosicas: (Downey mildew, Roya, Carbon, SCMV)
*Genes de resistencia a insectos. (Mosquita del sorgo, Pulgon verde)
*Genes y QTLs relacionados con estreses abioticos como: Sequía en post-floracion (stay-green), Brotado en pre-cosecha, Tolerancia a aluminio.
*Caracterizacion de factores de transcripcion
*Identificacion de factores de transcripcion de genes diferencial en respuesta inducciones bioticas y abioticas (ej. Ataque de pulgones, tratamientos de deshidratacion, alta salinidad, ABA, Ac Salicilico, etc.)
Post – Genomica del Sorgo
Usos Actuales y resultados:
Selección por resistencia a Pulgon verde de los cereales biotipo I
Se identificaron MM´s SSR asociados a QTLs que confieren resistencia.
Lineas resistentes son seleccionadas tempranamente asistida por MM’s.
Usos Actuales y resultados:
Conversiones limpias:
Selección de BG mediante MMs para la introgresion de atributos de interes agronomico.
*Mapeo por asociacion
*Control de altura de planta y madurez en distintos ambientes.
*Angulo de raices.
*Rendimiento de azucar y contenido de azucar en jugo.
*Inducción de mutagenesis, screening, y caracterización.
*Identificacion de perdida o ganancia de genes funcionales.
Post – Genomica del Sorgo
Nuevas tecnologías …
requieren un esfuerzo multidiciplinario
Nuevas tecnologias …
requieren un esfuerzo multidiciplinario
Nuevas tecnologias …
1. TRANSFORMACION
1993 Primer reporte de trasnformacion de sorgo.(gene gun)Hasegawa’s lab @Purdue PNAS 90, 11212
2000 Transformacion con Agrobacterium Zhao’s lab @Pioneer Hi-Bred Plant Mol Biol 44, 789
Transformacion de sorgo ha sido lograda…
Pero,La eficiencia de transformacion en sorgo es (se considera) baja.
Año Publicacion E.T.%
1993 PNAS 90, 11212 0.3%
2000 Plant Mol Biol 44, 789 2%
2005 Plant Biotech J 3, 591 3%
2006 Plant Cell Rep 25, 784 2%
2007 Plant Cell Tissue Organ Cult 91, 155 5%
2009 Plant Cell Rep 28, 429 7%
La Historia de la Transformación esta ocurriendo en Argentina…
En el Laboratorio de Biotecnologia de Advanta
en Balcarce, Buenos Aires
ES REALIDAD
* Transformacion de embriones prematuros de sorgo con Agrobacterium…
5’2/3 dias
6-9 semanas
25 dias 2,4-D, selective agent carbenicilline
Luz, kinetine, IAA
Seleccion (28 C)Regeneracion
3/4 dias
Resto
Esterilizacion, aislamiento e infeccion Co-cultivo 2-3 dias
(24 C)
(28 C)(25 C)
Carbenicillin 2,4-D
~2 h
Nuevas Tecnologías, uso practico…
I NSP US / Texas A&M (Rooney et al.) / Compañías de semilla.
Rooney et al. Potenciación de heterosis genotipeado digital de germoplasma exótico
Rooney et al. Potenciación de heterosis Composición alelica de 23 genotipos de sorgo.
Rooney et al. Potenciación de heterosis Cronograma de actividades y responsabilidades.
NSP US National Sorghum Producers: consorcio
herbicida cletodim ( Select , Select Max )
Universidad de Kansas / Dupont Crop Protection. ALS herbicida sulphylurea ACC herbicida quizalofop Otros semilleros/ Otros herbicidas???
GMO No-GMO
NUEVAS TECNOLOGIAS, USO PRACTICO SORGO RESISTENTE A HERBICIDAS?
Nuevas Tecnologías, uso practico…
II GMO : EUN
Sorgo responde a la fertilización nitrogenada, pero aumentando parcialmente la absorción de N aplicado. El exceso de N se volatiliza y se transforma en un contaminante importante.
N
70%30%
Nitrogeno, puede ser un contaminante atmosférico importante. Representa un 5% de los gases de efecto invernadero.
Source: J Bellarby et al. Cool Farming: Climate impacts of agriculture and mitigation potential. greenpeace.org
MT of CO2-eq
5% global GHG
Fertilización N
Año Millon Tons
2009/10 100
2014/15 (proyectado)
110
Source: P Heffer & M Prud’homme Fertilizer Outlook 2010 – 2014. 78th IFA Annual Conference
Fertilización Nitrogenada se incrementaría en el corto plazo.
Cultivos mas eficientes en el uso del N brindan beneficios económicos y ambientales que contribuyen a la sustentabilidad.
70%30%
N N
Cultivos eficientes en el uso del N, rinden mas (biomasa y grano) y liberan menos N al ambiente.
NUE
Control
5000
4000
3000
2000
1000
0
Rendimiento (grano) (kg/ha)
N aplicado (kg/ha)
0 56 168 280
EUN en Canola en condiciones sub-optimas de crecimiento
Nuevas Tecnologías, uso practico…
II GMO : Resistencia a Sequia
Limitaciones hídricas afectan a los cultivos e imponen fronteras de producción agrícola.
Terra Satellite - NASA
http://soilcrop.tamu.edu/photogallery/cornsorghum+/
*… El sorgo requiere menos agua?
S. Staggenborg, W. Barney Gordon, R. Vanderlip, K. Dhuyvetter. 2011. Sorghum and Corn: Crop Management in Stress-Prone Environments. http://www.plantmanagementnetwork.org
http://soilcrop.tamu.edu/photogallery/cornsorghum+/
*… El sorgo requiere menos agua?
Resistencia a sequia
Tolerancia
Escape (ciclo, plasticidad fenologica)
Eficiencia uso del agua
Hahb4
Hahb4 es un factor de transcripción que induce la expresión de genes involucrados en una respuesta adaptativa a sequia
Sequia Post-sequia
En Advanta intentamos buscar Sorgos que aseguren resultados cercanos a su potencial:
Eficiencia en el uso del N: Bajos costos.
Altos rendimientos.
Bajo impacto ambiental.
Tolerancia a sequia: Igual rendimiento con menos agua.
Mas rendimiento por unidad de
agua provista.
Para implementar este esfuerzo en el mejoramiento, un programa de
ingeniería genética fue establecido en el centro de Biotecnología de
Balcarce, con el objetivo de ampliar el espectro de genes disponibles en el pool
de genes del sorgo.
Fueron licenciados genes de Arcadia y Bioceres para mejorar los sorgos…
Trait Gene Licensed from
NUE Barley AlaAT
Drought
tolerance
Sunflower
Hahb-4
Water Use
Efficiency
IPT
Salt
Tolerance
AtNHX1
Confidential
*Resumen
*Mejoramiento convencional + Biotecnologia
*Utilizacion de Nuevas Herramientas en Mejoramiento
*Conversiones limpias,
*Seleccion asistida por marcadores.
*Screening temprano de genes funcionales.
*Utilizacion de nuevas tecnologias
*Transformacion
* Objetivos
*Proteccion del rendimiento potencial del Sorgo
*Permitir el incremento de rendimiento de Sorgo mediante tecnicas de mejoramiento tradicional.
Gracias por su atencion.!!!
Pedro A. Pardo
Investigación Sorgo – Venado Tuerto