nuevas herramientas biotecnológicas para una producción agrícola

NUEVAS HERRAMIENTAS BIOTECNOLÓGICAS
PARA UNA PRODUCCIÓN AGRÍCOLA SOSTENIBLE
Dr. Antonio Molina
Departamento de Biotecnología-UPM
Escuela Técnica Superior de Ingenierso Agrónomos
Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (UPM-INIA)
PLANT INNATE IMMUNITY AND RESISTANCE TO NECROTROPHIC FUNGI
ANTONIO MOLINA
LUCÍA JORDÁ
(Associate Prof. (AP); RLKs/G!"/#/PTI)
MIGUEL ANGEL TORRES
(AP, since 3/2012; ROS/G!"/#//PTI)
SOLEDAD SACRISTAN
(AP, since 1/2014; Fungal Genomics)
Eva Miedes (Assistant Professor)
Hugo Mélida (MC Postdoc; since 2/15)
Financial Support
Sara Sopeña (PhD student; until 12/14)
Jorge Morales (PhD student; until 4/14)
Laura Bacete (PhD student; since 2/14)
Sanjay Swami (PhD student, since 9/14)
Antonio Muñoz (PhD student, since 12/14)
Gemma López (Technician)
Former Lab Members: C. Sánchez-Rodríguez, C., M. Delgado-Cerezo.
A.! Sánchez-Vallet, B. Núñez-Corcuera, V. Escudero, J. Morales
INSTALACIONES DEL CBGP MICROORGANISMOS EN AGRICULTURA SOSTENIBLE
!  Comunidades microbianas y Nutrición/Sanidad vegetal.
!  Nueva visión del “micro-biosuelo”: Metagenómica,
microorganismos, plantas y nutrientes.
!  Inmunidad Innata y agricultura sostenible
!  Agrobiológicos (bioestimulantes) y tecnologías emergentes en
agricultura sostenible
LA COMPLEJIDAD DE LA INTERACCIÓN PLANTA-MICROORGANISMO
Y SU IMPACTO EN NUTRICIÓN VEGETAL
Interacciones Epigenoma Ionoma Hormonas/
metabolitos Minerales Interacciones cul5vo-­‐
malas hierbas Interacciones cul5vo-­‐
microorganismo Interacciones Transcriptoma Metaboloma Metagenomas/
Metatranscriptomas LAS PLANTAS VIVEN EN ÍNTIMA ASOCIACIÓN CON MICROORGANISMOS DEL SUELO
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Hongos
micorrícicos
(85 % plantas)
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Rizobios
(leguminosas)
EL IMPACTO DEL
MICROBIOMA INTESTINAL
EN LA NUTRICIÓN HUMANA:
“la revolución nutricional
microsilenciosa”
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MICROORGANISMOS EN AGRICULTURA SOSTENIBLE
!  Comunidades microbianas y Nutrición/Sanidad vegetal.
!  N u e v a v i s i ó n d e l “ m i c r o - b i o s u e l o ” : M e t a g e n ó m i c a ,
microorganismos, plantas y nutrientes.
!  Inmunidad Innata y agricultura sostenible
!  Agrobiológicos (bioestimulantes) y tecnologías emergentes
en agricultura sostenible
Inmunidad Innata en Sanidad Vegetal: Una nueva estrategia tecnológica"
PLANTS
DROSOPHILA MAMMALS
TOLL
CD14
TLR4
EFR
Plant Immunity
Resistance Technology
FLS2
PAMPs
flg22
K
LRR
LBP
elf18
LRR
PK
NBS
LRR
LPS
LRR
Spätzle
LRR
PGN
LRR
Pelle
PK
PK
K
K
K
Incremento Ca+2 "
Producción de ROS"
MYD88
IRAK
PBS1
Avr
PphB
Avr
Rps4
Cactus.
Dif/
Relish
CC
MAPKs
PKKK
PKK
PK
PKKK
PKK
PK
PKKK
PKK
PK
NBS
RPS5
NF-$B
NBS
TIR
RPS4
The “classical”
Gene for Gene
Resistance Technology
IkB
TFs
(WRKYs/TGAs)
Effectors/Avr
LRR
Tube
BAK1
LRR
PK
TIR
TIR
TIR
(PRRs)
TFs
(WRKYs/TGAs)
IMMUNE RESPONSE GENES AND CROP RESISTANCE
PAMPs/DAMPs/Elicitores: Nuevos moduladores de la Sanidad Vegetal
PAMPs QUE MODULAN RESPUESTAS DE DEFENSA
!  Glucanos
!  Mananos
!  Derivados de la degradación de la Pared Celular Vegetal (DAMPs)
!  Derivados de la degradación de Quitina (STEMICOL)
!  Lipopolisacaridos (LPS) de bacterias Gram-negativas
!  Peptidoglicano de bacterias Gram-positivas
!  Flagelina del flagelo bacteriano
!  ADN metilado bacteriano
!  Harpina (Messenger®)
!  Otros
RESISTENCIA INDUCIDA POR PAMPs/MAMPs (PTI)
-­‐  SISTÉMICA -­‐  DURADERA -­‐ AMPLIO ESPECTRO RESISTENCIA A PATÓGENOS TRATAMIENTO CON PAMPs/MAMPs /9?@G3=/F.A9.@??3HG.A9.EF=./FABE@AFC9=.A9.E@.3G/BG3A@A.3GG@8@.J9I98@E<..
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Purificación de ARNs
Purificacion de ARNs
Análisis Transcriptómico (microarrays, RNAseq, qRT-PCR, etc.) comparativo:
Análisis Bioinformático mediante Clustering
Genes diferencialmente expresados tras tratamiento con inmunomoduladores (PRB1-PRB5)
PATÓGENO 3"
PATÓGENO 2"
PRB5"
PRB4"
PRB1 (Confiere Resistencia a patógeno 1)"
PATÓGENO 1"
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6.1
0.9
1.1
2.7
5.1
3.0
3.0
3.0
5.1
3.3
4.0 4.1 4.2
4.9
cell wall
plasma membrane
plastid
electron transport or
energy pathways
other enzyme activity
transferase activity
extracellular
chloroplast
response to stress
response to abiotic
or biotic stimulus
hydrolase activity
protein binding
nucleotide binding
nucleus
protein metabolism
developmental processes
nucleic acid binding
uncategorized functions
Genes diferencialmente expresados tras tratamiento con PRB1: modo de acción
Inducción de la expresión de genes de defensa en plántulas de Arabidopsis thaliana Expresión de WRKY33
(n-veces frente al control)
Control
Producto 1
90
90
80
80
70
70
60
60
50
50
40
40
30
30
20
20
10
10
0
0
50 µg/ml
100 µg/ml
PLANTAS SILVESTRES
200 µg/ml
50 µg/ml
100 µg/ml
200 µg/ml
MUTANTES EN EL RECEPTOR DEL PRODUCTO 1
Los inmunomoduladores no tienen actividad antibiótica directa frente a patogenos
"T = 0
Inductor de "
Resistencia"
Fungicida empresa "
de AEPLA"
"
"
"
"T = 3 Días "
Del laboratorio … al mercado
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WT
Dr. Antonio Molina"
(Universidad Politécnica de Madrid, CBGP)"
Research & Development Company Green Biotechnology UPM Spin-­‐off Transfer labs excellence to growers Co-Founders"
"
Antonio Molina Fernández, Universidad Politécnica de Madrid Professor"
Pablo Rodriguez Palenzuela, Universidad Politécnica de Madrid Professor"
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0
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473
525
578
630
683
735
788
841
RLU
CONTROLES DE CALIDAD"
RLU
Desarrollo de PRB1"
PRB 1 50µg/ml
10000
8000
6000
4000
2000
PRB 1 25µg/ml
10000
8000
6000
4000
2000
PRB 1 50µg/ml in Mutant
10000
8000
6000
4000
2000
Desarrollo del STEMICOL y su uso en producción integrada y ecológica "
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Control
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P1M P1m P2M P2m
P3M P3m P4M P4m"
Productos de "
referencia"
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EFECTIVIDAD DE ALGUNOS “FUNGICIDAS” DEPENDE DE LOS MECANISMOS DE DEFENSA DE LAS PLANTAS /("#%"$(V"(^(JM/)*N,!(%-P*%&&&!%"')Q*K#(*+)*/!'I((I-%"!#/(#*)"*%-I!'K&$KI%.
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