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Contribución de la Ingeniería Genética al mejoramiento de
cultivos en sus características de tolerancia a sequía,
salinidad, heladas y rendimiento.
El largo camino desde el laboratorio al campo
Instituto de Agrobiotecnología del Litoral
Edificio del IAL en construcción- octubre de 2013
Calor
Frío
Patógenos
Sequía
Herbívoros
Salinidad
Estímulo externo
Abiótico
Biótico
Percepción
Modificación
del
Metabolismo
Modificación
de la
Expresión Génica
Las vías de señales son redes complejas
(Adaptado de Wang y Chen, 2010)
Estructura de ADN
El dogma central de la Biología
(Adaptado de Raven y Johnson, 2002)
Se puede insertar un fragmento de ADN de cualquier origen en
un plásmido bacteriano utilizando una ligasa
Transformación
Plásmidos como vectores de clonado
Hasta 1972 se consideró que E coli era refractaria a la transformación.
Luego se pensó que solo eran transformables las cepas recBCActualmente hay numerosos métodos de transformación química, fisiológica y
mediante pulsos eléctricos.
¿Qué es un gen? ¿Qué es el ADN?

Todo organismo tiene un
genoma
El genoma es el conjunto de la
información genética que tiene ese
organismo
 En los organismos eucariotas los
genomas están divididos en un número
definido de cromosomas

¿Qué es un gen? ¿Qué es el ADN?
Un gen se puede definir como el segmento de ADN necesario
y suficiente para generar un ARN o una proteína funcional
 Existe un número variable de genes en los distintos
organismos
 Se conoce la función de unos pocos.

CONICET EN TECNÓPOLIS
¿Qué es un gen? ¿Qué es el ADN?

Conocer la función de un gen nos puede ayudar a conocer el
origen de una enfermedad, generar un sistema de
diagnóstico y elaborar una posible cura.
Ejemplos:
 Conocer el gen que codifica la insulina permite hoy en día
tratar adecuadamente a las personas que sufren de diabetes
 Conocer la función o la presencia de otros genes nos permite
diagnosticar enfermedades prematuramente

CONICET EN TECNÓPOLIS
¿Qué es un gen? ¿Qué es un transgén?
Un transgén es un gen perteneciente a un organismo que se
ha introducido en otro organismo distinto.
 Los objetivos de introducir genes en organismos homólogos o
heterólogos son variados. Entre ellos:
 - obtener conocimiento sobre su función
 - mejorar alguna característica fenotípica del organismo
receptor

CONICET EN TECNÓPOLIS
En el caso de la insulina, el gen de
origen humano se introduce en una
bacteria. La bacteria es “engañada”
y produce la proteína con función
hormonal en grandes cantidades
como si fuera propia.
 En este caso el gen de la insulina
se convierte en un transgén en la
bacteria.

Hombre/Mujer sano/a dador/a de insulina
Hombre/Mujer
diabético/o
Bacteria
engañada que
fabrica insulina
Hombre/Mujer tratado/a con insulina
humana
En el caso de las plantas la transgénesis se hace para
beneficiar al hombre.
 El gen puede provenir de cualquier especie inclusive de
cualquier planta y ser introducido en otra para
generar una nueva planta con una característica
distintiva y en general beneficiosa.

Los transgenes en plantas o las plantas transgénicas
Los transgenes en plantas o las plantas transgénicas
Una planta es un organismo eucariota superior y en promedio
tiene unos 20000 a 40000 genes distintos.
 Con la trangénesis se busca que el agregado de un solo gen
exógeno le de una característica particular.
 Para esto hay que conocer la función del gen en cuestión, e
introducirlo de forma tal de que se exprese en la parte u
órgano de la planta que es de interés

CONICET EN TECNÓPOLIS
¿Cómo lo percibe la sociedad?
La genética no es de ahora
El hombre la
utilizó desde la
antigüedad, aún sin
conocer los
mecanismos
involucrados para
domesticar plantas
y animales (y
microorganismos)
La domesticación del maíz
Laboratorio de Biotecnología Vegetal
Instituto de Agrobiotecnología del Litoral

Aislamiento de genes que codifican factores de
transcripción en girasol, arroz, Arabidopsis y Medicago
truncatula



Estudios funcionales de estos genes
Estudios funcionales de sus regiones promotoras
Aplicaciones biotecnológicas utilizando estos genes y
sus promotores como herramientas para el
mejoramiento de especies de interés agronómico
La regulación de la expresión génica
Señales de reconocimiento, percepción y
transducción
Control transcripcional
Modificación de la
expresión génica
Inducción
Modificación
P
Degradación
Ub
A
B
C
A
B
TFIID
TATA
P
C
ARN polimerasa
GEN
Adaptado de Yamaguchi-Shinozaki y Shinozaki, 2005
Organismos modelo
Girasol
Arabidopsis thaliana
Trigo
Arroz
Medicago truncatula
Soja
Maíz
Metodología utilizada para determinar la función del gen :”gene discovery”
q RT-PCRs
Preparación de
ARN
Preparación de ADN
genómico
Fluorometría e
histoquímica
Northern blots.
Selección de
transformantes
Clonado del ADNc Clonado del promotor
Análisis del fenotipo
Clonado de
genes
promotores
ADN copia
Transformación de
Arabidopsis thaliana
microarreglos
Las plantas transformadas con la construcción 35S:HAHB4 presentan
una marcada tolerancia a estrés hídrico
T
WT
T
Dezar et al., Trans. Res. 2005
WT
WT
T
WT
T
24 hs después de regadas
Dezar et al., Trans. Res.2005
Las plantas de Arabidopsis thaliana que expresan el gen HaHB4 de
girasol son tolerantes a condiciones extremas de sequía
WT: plantas no
transformadas
TG: plantas
transformadas con el
gen HaHB4
Cuando la intensidad de luz es baja (en la sombra) las
plantas transformadas generan más biomasa
Plantas transgénicas expresando HaHB4 son
notablemente menos atacadas por larvas de Bradysia
impatiens
pBI121
35S:
HAHB4
Salvajes
Transgénicas
Salvajes
Transgénicas
Manavella et al., Plant J. 2008
Un largo camino……………..
La historia de las plantas
tolerantes a sequía
El camino de laboratorio al campo
Representación esquemática y optimista del proceso completo necesario
para llegar desde el descubrimiento de la función de un gen hasta un
producto de mercado.
Arce et al., 2008 Recent patents in Biotechnology
La historia de los factores de transcripción HD-Zip
En 1994 se logró identificar el primer HD-Zip I de girasol, una planta de genoma no secuenciado hasta la fecha
La presentación de patentes
Seguimos en el
laboratorio y en la
cámara de cultivo
Los cultivos de interés agronómico
Selección de plantas transformadas de maíz con el
herbicida BASTA como marcador de selección
Control sensible al BASTA
Transgénica, resistente al BASTA
Eligio Morandi et al., resultados no publicados
Ensayo de estrés hídrico en invernáculo
Eligio Morandi et al., resultados no publicados
Medida de fijación de CO2
Eligio Morandi et al., resultados no publicados
Medida del área foliar después del ensayo
de estrés hídrico
plantas
transgénicas
plantas no
transgénicas
La respuesta de defensa contra herbívoros está
aumentada en el maíz transgénico que expresa HaHB4
Manavella et al., Plant J. 2008
Tratamiento de estrés hídrico a las plantas de soja transgénicas y null
Línea 2: gm a7H
Cabello et al., resultados no publicados
Plantas de trigo que expresan el gen HAHB4
Línea 2
Línea 1
Niveles de expresión
de HAHB4
Null heterocigota homocigota
Null heterocigota homocigota
Trigo transgénico
Cabello et al., resultados no publicados
Productividad de trigo transgénico que expresa el gen HaHB4 de girasol
Ensayos en el campo
Trigo
Construcción UBI::HaHB4
Cosecha en diciembre de 2009
Trigo
Construcción UBI::HAHB4
Cosecha en diciembre de 2009
Ensayo realizado en Monte Buey, Provincia de Córdoba
Línea salvaje; Cadenza
Línea comercial: BI 3004
Fecha de siembra: junio de 2009
Densidad de siembra: 350 semillas por metro cuadrado
Características del suelo; pH 5,8; materia orgánica: 3,0 %
Total de lluvias durante el período de desarrollo; 594,5 mm
Gerónimo Watson y Federico Trucco (Indear)
Trigo
Construcción UBI::HAHB4
Cosecha en diciembre de 2009
Villalonga-Bs As
Niveles de riego y precipitaciones
Gerónimo Watson y Federico Trucco (Indear)
Trigo
Construcción UBI::HAHB4
Cosecha en diciembre de 2009
Ensayo realizado en Monte Buey, Provincia de Córdoba
Gerónimo Watson y Federico Trucco (Indear)
Trigo
Construcción UBI::HAHB4
Cosecha en diciembre de 2009
Villalonga-Bs As
Las diferencias de rendimiento de granos entre los tratamientos de irrigación fueron significativas, siendo un 20 % mayor para las plantas
irrigadas
Las diferencias de rendimiento entre líneas fueron significativas con un p-value de 0,007 y como ejemplo, la línea a12 presentó un
aumento de productividad del 38 %
Trigo
Construcción UBI::HAHB4
Cosecha en diciembre de 2009
Monte Buey - Córdoba
Se observaron bajos rendimientos generales que se atribuyen a una cosecha tardía y a las altas temperaturas durante la misma
Rendimientos de maíz en Hugues, provincia de Santa Fe,
campaña 2010/2011
Rendimientos de soja en Charata-Chaco, campaña 2010/2011
Trigo 2011/2012
Villalonga
30% de aumento de la productividad
10/12/2013
HaHB4 modificado
Soja 2011
Monte Buey
23% aumento de la productividad
HaHB4 modificado
10/12/2013
Maíz 2011
Charata
35% aumento de la productividad
HaHB4 modificado
10/12/2013
Tecnología HaHB1/AtHB13
Integrantes del equipo de investigación
Contacto: rchan@fbcb.unl.edu.ar



Raquel Chan
Julieta Cabello
Agustín Arce
HAHB1 confiere tolerancia a temperaturas de congelamiento (heladas)
estabilizando las membranas
b
a
Membrane stability
100
Leaching ratio (L)
90
80
70
60
wt
50
TG-A
40
TG-B
30
20
10
0
Control
30´
2 hs
Period of time at -8 °C
c
Sobrevivientes
(%)
Tratamiento: 2 hrs at -8 °C
Tratamiento: 7 hrs at -8 °C
Plantas no aclimatadas
WT
TG-A
TG-B
TG-C
TG-D
TG-E
22 ± 3
85± 2
75 ± 4
70 ± 3
65 ± 2
60 ± 5
Plants expressing the transcription factor HAHB1 (35S:HAHB1) are
more tolerant of salt stress
a
Membrane stability
45
Leaching ratio (L)
40
35
30
wt
25
TG-A
20
TG-B
15
10
5
0
50
100
200
NaCl (mM)
b
WT
TG-B
TG-A
Treatment: 350 mM of NaCl
A: Transgenic plants membranes stability is higher
than WT ones.
B: illulstrative photograph of transgenic plants
tolerating better high salt concentration.
Plants expressing the transcription factor HAHB1 (35S:HAHB1) are more
tolerant of drought
WT
TG-A
Treatment: Severe water stress applied to 30-day-old
plants (three independent lines)
Transgenic plants tolerate better this stress condition.
Illustrative photograph showing a typical drought
stress experiment applied to mature plants (5-weekold)
TG-B
TG-C
Las plantas transformadas con HaHB1/AtHB13 pierden menos
rendimiento que las no transformadas en estrés hídrico moderado
HaHB11, un gen que confiere múltiples tolerancias y aumenta el rendimiento
Grupo de investigación
Contacto: rchan@fbcb.unl.edu.ar



Raquel Chan
Julieta Cabello
Jorge Giacomelli

HaHB11 confiere tolerancia a estrés hídrico severo
Illustrative assay performed with 25-day-old trasnsgenic lines (TG-A, -B, -C) and WT plants, water-starved during 15 days. The illustrative photograph was
taken during the assay. Right: a table showing the survival rate of each genotype. Statistical analysis was performed with 64 plants from each genotype.
HaHB11 confiere tolerancia a estrés salino
TGC
TGA
TGC
TGB
TGA
TGB
21-day-old trasnsgenic lines (TG-A, -B, -C) and WT plants were watered with a NaCl increasing concentration up to 400
mM along 21 days. The photograph was taken 7 days after the end of the assay. Statistics was performed with n=32 plants
for each genotype.

HaHB11 confiere tolerancia a la inundación del suelo
Phenotype in standard
growth conditions
21-day-old trasnsgenic lines (TG-A, -B, -C) and WT plants grown on soil with their
roots submerged during six days. Photograph was taken and survivor’s percentage
was calculated 6 days after recovery.

HaHB11 confiere tolerancia a la inundación total de la planta
21-day-old three independent trasnsgenic lines (TG-A, -B, -C) and WT (101) plants grown
on soil and submerged during six days. The photograph was taken six days after recovery at
standard conditions.

HaHB11 genera mayor masa foliar en las plantas
Phenotype in standard
growth conditions
A: 40-day-old WT and transgenic plants were
grown on soil and normally irrigated during the
whole life cycle
B: with 50-day-old plants

HaHB11 aumenta significativamente el rendimiento
Rendimiento de plantas
crecidas en condiciones
normales
TGC
TGB
TGA
El rendimiento fue calculado de un experimento hecho con 12 plantas de cada genotipo
Muchas gracias
Un homenaje a un Grande, el Negro Fontanarrosa
¡Mozo! Hay un transgén en mi sopa
Miembros del grupo actual
Investigadores



Raquel Chan
Karina Ribichich
Javier Moreno
Miembros que participaron con anterioridad



Investigadores
Daniel Gonzalez
Carlos Dezar

Doctorandos




Becarios post-doctorales
Julieta Cabello
Agustín Arce
Jorge Giacomelli





Doctorandos
Delfina Re
Matías Capella
Jesica Raineri
Pamela Ribone






FCA de la UNR
Eligio Morandi
Carlos Gosparini
Carlos Cairo
Andrés Quijano










Claudia Palena
Gabriela Gago
Carlos Dezar
Mariana Tioni
Pablo Manavella
Federico Ariel
Del grupo Indear
Gerónimo Watson
Federico Trucco
Mariana Chiozza
Ezequiel Marchionni
Endosulfan in the Namoi River, Australia: Bt cotton start
1996-97
0.18
Endosulfan Concentration (ug/L)
0.16
0.14
0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0
1991-92
1992-93
1993-94
1994-95
1995-96
1996-97
Year
1997-98
1998-99
1999-00
2000-01
Los problemas a resolver
 Responder
las preguntas planteadas y otras que
surgirán
 Mejorar la percepción pública de los transgénicos
 Problemas con la presentación de patentes
 Problemas regulatorios
 Para nuestro país:
 Desarrollar tecnologías propias y mecanismos que
permitan atravesar el pipeline con mayor rapidez y
apoyo
¿Qué soluciones puede ofrecer la biotecnología?



Se calcula que en 2050 habrá 3000 millones de personas más en el mundo que
demandarán el doble de alimentos y energía
Sólo queda un 5 % de suelo cultivable
En Argentina, los únicos cultivos aprobados para comercialización son Soja
tolerante a herbicida

Maíz tolerante a herbicida

Maíz resistente a insectos

Maíz resistente a insectos y tolerante a herbicida

Algodón tolerante a herbicida

Algodón resistente a insectos

Algodón resistente a insectos y tolerante a herbicida
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