Programa del curso IB 3302 Mejoramiento Genético Escuela de Biología Carrera de Ingeniería en Biotecnología I parte: Aspectos relativos al plan de estudios 1 Datos generales Nombre del curso: Mejoramiento Genético Código: IB 3302 Tipo de curso: Teórico Electivo o no: No Nº de créditos: 3 Nº horas de clase por semana: 3 Nº horas extraclase por semana: 6 Ubicación en el plan de estudios: Curso del 4to semestre de la carrera de Ingeniería en Biotecnología Requisitos: IB-2304 Genética; IB-2302 Laboratorio de Genética Correquisitos: No hay El curso es requisito de: No hay Asistencia: Libre Suficiencia: No Posibilidad de reconocimiento: No Vigencia del programa: II Semestre / 2020 2 Descripción general El plan vigente de estudios de la carrera de Ingeniería en Biotecnología se plantea entre otros objetivos lograr un enfoque multidisciplinario a través de una integración Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 2 de 11 progresiva de conocimientos, habilidades y destrezas, tendiente a la formación de un profesional con sólidos conocimientos básicos y capacidad para resolver problemas técnicos con responsabilidad social. En este contexto se incluye, en el segundo año de la carrera, la asignatura Mejoramiento Genético, de carácter integrador, conceptual y metodológico, propio de la formación específica del Ingeniero en Biotecnología y que permite explorar las aplicaciones de la genética como ciencia. Con el conocimiento adquirido durante el curso de Mejoramiento Genético se pretende que el estudiante al finalizar sea capaz de utilizarlo como una herramienta que le permita al profesional en formación, desempeñarse en el campo laboral para satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos y nuevos productos que contribuyan a suplir las exigencias del mercado nacional, de la región o del mundo. A lo largo del curso se le dará especial importancia al desarrollo de actitudes y valores como la responsabilidad, la disciplina, la ética, la tolerancia y el respeto por las ideas de los demás. Además, se considerarán los ejes transversales de la carrera como lo son la creatividad e innovación, la investigación y el emprendedurismo, la bioética, y la protección ambiental. Consta de una serie de sesiones teóricas, en las cuales el estudiante comprende principalmente técnicas expositivas y demostrativas, por medio de las cuales se pretende que desarrolle las habilidades que le permitan poner en práctica los conocimientos adquiridos durante su formación académica. 3 Objetivos El estudiante al finalizar el curso será capaz de comprender la aplicación de conceptos fundamentales de la genética en el mejoramiento genético en programas de producción agropecuaria e ingeniería genética. Además, el estudiante tendrá la capacidad de evaluar, analizar y aplicar los conocimientos conceptuales y metodológicos en diversos campos del mejoramiento genético con una comprensión sólida y amplia de los problemas agropecuarios modernos, alimentarios y de salud y capacidad para resolver las crecientes necesidades del mundo. Discutir la importancia del mejoramiento genético como ciencia y su relevancia dentro de la carrera de Ingeniería en Biotecnología. • Valorar la importancia de los recursos genéticos como fundamento de los programas de mejoramiento y la responsabilidad del investigador o investigadora para la preservación y manejo sostenible de la biodiversidad y el ambiente; así como la salud de los productores y consumidores. Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 3 de 11 • • • • • 4 Contenidos Adquirir conceptos y principios básicos del mejoramiento genético para consolidar las habilidades necesarias que puedan aplicarse a las nuevas demandas sociales. Conocer y aplicar las herramientas biotecnológicas disponibles para el mejoramiento genético, comprendiendo los procedimientos en plantas, animales y otros organismos, comprendiendo la importancia de las fuentes de variabilidad genética como recursos estratégicos. Proveer herramientas metodológicas que impulsen la planificación de estrategias de desarrollo y evaluación en mejoramiento genético. Conocer y aplicar principios de Bioética que posibiliten un marco ético en mejoramiento genético en microorganismos, plantas y animales. Promover la creatividad para la realización de trabajos originales de investigación en mejoramiento genético a través de un espíritu crítico para indagar y evaluar imparcialmente las investigaciones de otros en el área del conocimiento concreto del curso. Introducción 1. Instrucciones e Introducción al curso: Importancia y objetivos del Mejoramiento Genético. Formación de Grupos de Trabajos Finales. Asignación de artículos para exposición. Recursos Genéticos 1. Concepto de recursos genéticos y variabilidad de las especies (Biodiversidad). Conceptos de raza, variedad, híbridos, cultivares. 2. Origen de la agricultura y domesticación. 3. Centros de Origen, diversidad de plantas cultivadas y animales útiles para el hombre. 4. Bancos de germoplasma y Conservación. Mejoramiento Vegetal 1. Biología reproductiva: tipos de reproducción y estructuras reproductivas. Tipos de polinización 2. Mejoramiento de especies de plantas alógamas y autógamas 3. Estrategias de mejoramiento en especies autógamas: selección masal, líneas puras, selección por pedigree, descendiente de una sola semilla, “bulk population” 4. Estrategias de mejoramiento en especies alógamas: selección masal, selección recurrente, selección de medios hermanos y hermanos completos (prueba de progenie), retrocruza Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 4 de 11 5. Hibridación. Cultivares híbridos: heterosis y vigor híbrido. 6. Estrategias de mejoramiento en especies de reproducción asexual Mejoramiento animal 1. Diferencias Funcionales y Estructurales 2. Fecundación. Inseminación Artificial. Implantación Embrionaria 3. Parentesco y Consanguinidad 4. Estrategias de Mejoramiento Análisis Genéticos en mejoramiento 1. Genética Poblacional: población, “pool” de genes, frecuencias genéticas, ley de Hardy-Weinberg (implicaciones del tamaño de población, la selección, migración y mutación en mejoramiento genético). Efecto del sistema de apareamiento y la endogamia en mejoramiento genético. 2. Genética Cuantitativa: diferencias entre rasgos cualitativos y cuantitativos (herencia poligénica), efecto del valor aditivo. Componentes de varianza. Heredabilidad. Índice de selección. Habilidad combinatoria. Herramientas de la biotecnología para el mejoramiento genético tradicional 1. Mejoramiento Asistido por Marcadores Moleculares: tipos de marcadores genéticos (morfológicos, bioquímicos y moleculares). Estudio de los Loci de Caracteres Cuantitativos (QTLs). 2. Mejoramiento inducido por mutaciones: Radiaciones y agentes químicos 3. Poliploidía 4. Herramientas de genómica en mejoramiento genético: mapeo por asociación, mapeo por ligamiento, selección genómica Modificación de microorganismos 1. Microorganismos modificados y su utilidad 2. Transformación Genética 3. Plásmidos y Vectores Herramientas de la biotecnología para el mejoramiento genético moderno 1. Cultivo de Tejidos (animales y vegetales) 2. Tecnologías de ADN recombinante en el mejoramiento genético 3. Transformación genética Bioética en el mejoramiento genético 1. Ética en la investigación 2. Conceptos e historia de la Bioética 3. Principios básicos de Biotética 4. Bioética social Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 5 de 11 II parte: Aspectos operativos 5 Metodología de enseñanza y aprendizaje Es un curso teórico, consta de 3 horas lectivas semanales y es de asistencia libre. No se puede presentar por suficiencia. Se enviará previamente la materia de manera asincrónica y se realizan sesiones virtuales sincrónicas de teoría en las cuales el estudiante integrará, comprenderá y aclarará dudas a través de técnicas expositivas y demostrativas la aplicación de la Biotecnología en el Mejoramiento Genético, por medio de un concepto integrador de los temas analizados y vistos en cursos previos y en éste. Así como expositores invitados que ahondarán en algunos temas relacionados con el Mejoramiento Genético. 6 Evaluación 1. Se asignarán artículos científicos, capítulos de libros, capítulos de series de Tv o películas en diferentes semanas, con el fin de complementar y analizar el trabajo en mejoramiento genético. Se hará una presentación oral y se debe de entregar un resumen. La misma tendrá un valor del 10%. 2. Se realizarán tres exámenes parciales en dos partes, de manera sincrónica (individual, mediante GAAP o Google Forms) durante el horario de clases y de forma asincrónica (grupal), que deberá ser entregada una semana después, los exámenes cubrirán todos los temas tratados durante las lecciones previas a la prueba. Cada prueba tendrá un valor del 20%. 3. Se realizarán varias asignaciones relacionadas con los temas del curso que oportunamente serán notificadas Estas asignaciones tienen un valor de 5% 4. Durante el semestre se desarrollará, en grupos, una investigación con apoyo bibliográfico y bioinformático sobre una estrategia de mejoramiento genético de un organismo (microbiano, animal o vegetal), los estudiantes deben definir el objetivo de la mejora (rasgos fisiológicos, morfológicos, resistencia a enfermedades, resistencia a plagas, resistencia a estrés abiótico, rasgos composicionales y de valor agregado, producto de interés). En este trabajo cada grupo deberá elegir su organismo de interés y establecer su importancia como objeto de estudio, además deben de definir cuál será el mejoramiento propuesto y la estrategia para realizarlo contemplando si es por mejora tradicional o ingeniería genética, procesos de evaluación y aseguramiento de la modificación realizada. Además, deben incluir información sobre las regulaciones o leyes de Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 6 de 11 Costa Rica para la investigación que están proponiendo. Tiene un valor de 25% (5% avance, 20% presentación final). Presentación de artículo El profesor asignará a cada grupo un artículo científico, capítulo de libro o serie o película para ser expuesto en clase. La duración de la exposición no debe de ser mayor a 10 minutos (se evaluará la presentación (pueden utilizar cualquier herramienta disponible); la claridad, actitud y presentación del grupo hacia la clase; y el dominio y defensa del tema). La presentación oral debe ser realizada por un máximo de dos personas, más deberá ser defendida por todos los miembros equitativamente (5%). Además, deben de presentar un resumen escrito de dos páginas sobre lo expuesto (5%). El grupo expositor debe de entregar el día de la exposición un resumen impreso al profesor. Presentación del trabajo final Se deberá presentar un avance de idea del trabajo el cual será discutido con la profesora en horario de consulta en donde la profesora brindará puntos de vista y aportes a la investigación. Posteriormente, en la semana 13 se presentará un nuevo avance del trabajo de forma escrita (no mayor a 3 páginas) el cual resume la propuesta de investigación, en el cual también la profesora brindará retroalimentación. Al final del semestre se presentará el proyecto de forma escrita (10%) y oral (10%). El trabajo escrito no mayor a 10 páginas totales (incluyendo las referencias bibliográficas, en las cuáles se permite como máximo el uso de 3 páginas de internet y que no sean de dudoso origen, debidamente referenciadas según formato APA), el mismo debe estar escrito en letra Calibri número 11 a espacio y medio de separación entre líneas y con el formato de margen derecho: 2,5 cm, izquierdo 3 cm, superior e inferior de 2,5 cm. La presentación oral de máximo 10 minutos y se hará mediante un poster al final del semestre, donde se evaluará el poster, presentación, dominio y defensa del tema. Evaluación total del curso: Rubro Exposición de artículos científicos Asignasiones 3 exámenes parciales Trabajo final Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Valor (%) 10 5 60 (20 c/u) 25 (5 avance, 20 final) Página | 7 de 11 5. Las pruebas se realizarán de manera sincrónica y asincrónica. El o la estudiante que no asista a alguna de estas pruebas se le aplicará el reglamento de la Escuela. Durante la prueba, no se permitirá el uso de material bibliográfico de apoyo, excepto que se le indique explícitamente. Ante la evidencia de comportamiento fraudulento en las pruebas, se aplicarán los reglamentos institucionales respectivos. Los estudiantes que necesiten la atención del Programa de Servicios para Estudiantes con necesidades especiales pueden solicitar la colaboración con el profesor del curso. Se insta respetuosamente a los estudiantes que requieran algún tipo de apoyo complementario para aprovechar a satisfacción esta experiencia de aprendizaje, comunicarlo a la mayor brevedad al profesor. Cronograma del curso IB 3302- II Semestre 2020 SEMANA FECHA 1 31 agosto – 4 setiembre 2 7-11 setiembre ACTIVIDADES Instrucciones y Formación de Grupos de Trabajos Finales. Asignación de trabajos para exposición. Introducción al curso: Importancia y objetivo de mejoramiento genético. Recursos Genéticos: Concepto. Centros Origen. Biodiversidad. Conservación Exposición artículo grupo 1 y 2 Mejoramiento vegetal. Biología reproductiva. Tipos de Polinización. Especies Alógamas y Autógamas. Exposición artículo grupo 3 y 4 Estrategias de mejoramiento en especies Alógamas, Autógamas y especies de reproducción asexual Hibridación interespecífica Invitado MSc. Allan Meneses Martínez Semana de Biotecnología 3 14 - 18 setiembre 4 21-25 setiembre 5 28 setiembre - 02 ocutbre I Examen parcial sincrónico 05 - 09 octubre Mejoramiento animal. Estrategias. Diferencias estructurales y funcionales . Fecundación. Inseminación Artificial. Implantación Embrionaria. Parentesco y Consanguinidad. Entrega del I del EXAMEN PARCIAL asíncrónico 6 Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 8 de 11 7 12 – 16 octubre Análisis Genéticos en mejoramiento de plantas y animales: Genética poblacional Exposición artículo grupo 5 y 6 8 19 – 23 octubre Análisis Genéticos en mejoramiento de plantas y animales: Genética Cuantitativa. Exposición artículo grupo 7 y 8 9 26 – 30 octubre Herramientas de la biotecnología para el mejoramiento genético: mejoramiento asistido por marcadores moleculares, inducción de mutaciones, poliploidía, mapeo genético Exposición artículo grupo 9 y 10 Invitada: PhD Myra Chaves Rosas 10 02 -06 noviembre II Examen Parcial sincrónico Mejoramiento de microoganismos: organismos modificados y su utilidad. Transformación genética. Plásmidos y vectores. Entrega del II del EXAMEN PARCIAL asíncrónico Herramientas de la biotecnología para el mejoramiento genético moderno: cultivo de tejidos, Tecnología de ADN recombinante. Transformación genética. Exposición artículo grupo 11 y 12 Invitado: MSc Wayner Montero Carmona* Exposición artículo grupo 13 y 14 Presentación de avance de proyecto Exposición artículo grupo 15 Bioética en el mejoramiento genético. Invitado: Máster Pablo Caballero Polancos 11 09 – 13 noviembre 12 16 – 20 noviembre 13 23 – 27 noviembre 14 30 noviembre – 04 diciembre 15 7 – 11 diciembre 16 14 - 18 diciembre 17 18 – 22 enero 2021 Entrega del III del EXAMEN PARCIAL asíncrónico Presentación de trabajos finales 18 25 – 29 enero 2021 Presentación de trabajos finales III del EXAMEN PARCIAL sincrónico *La clase será a las 10:00am Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 9 de 11 7 Bibliografía 8 Profesora ACQUAAH, G. 2012. Principles of plant genetics and breeding. Wiley-Blackwell, Second Edition. Maryland. USA. 740 p. BERNARD R., GLICK, Jack J. Pasternak, Cheryl L.Patten.. (2010). Molecular Biotechnology Principles and applications of recombinant DNA. 4 ed. Washington, DC: ASM Press. CUBERO, J. 2002. Introducción a la mejora genética vegetal. Ediciones Mundi Prensa, segunda edición revisada y ampliada. Madrid España. 567 p. DALTON, D.C. 1980. Introducción a la genética animal práctica. Editorial Acribia. Zaragoza. España 168 p. FALCONER, D.S.; MACKAY, T.F.C. 2006. Introducción a la Genética Cuantitativa. Editorial Acribia, Zaragoza. España.470 p. KLUG, W.; CUMMINGS, M.; SPENCER, CH. 2006. Conceptos de Genética. Pearson Educación. S.A., Madrid, España. 920 p. POEHLMAN, J. M.; ALLEN, D. 2003. Mejoramiento genético de las cosechas. Editorial LIMUSA, SA de CV grupo Noriega Editores Balderas 95, México DF. 511 p. STRACHAN, T.; READ, A. 2004. Genética Humana. Editorial Garland Science/Taylor & Francis Group. 781 p. VALADEZ- MOCTEZUMA, E.; KAHL, G. 2005 Huellas de ADN en genomas de plantas (Teoría y protocolos de Laboratorio) Editorial Mundi-Prensa. México.148p. Montserrat Jarquín Cordero. Es Ingeniera en Biotecnología del Instituto Tecnológico de Costa Rica, obtuvo la maestría en Agrobiotecnología en la Universidad Pública de Navarra, Pamplona, España y actualmente es candidata a Dr. rer. Nat. de la Ludwig Maximilians Universität de Munich, Alemania. Tiene experiencia de 10 años en el área de biología molecular aplicada en la transformación y mejoramiento genético, en los cuales se ha enfocado en la transformación genética de tabaco (Nicotiana tabacum) y Chlamydomonas reinhardtii para la expresión de proteínas recombinantes con aplicación en el área biomédica y mejoramiento de los procesos fotosintéticos. Horario de consulta: virtual martes de 09:00 a 10:30, vía Microsoft Teams y por correo electrónico. Datos de contacto: Correo electrónico: mocordero@itcr.ac.cr Escuela de Biología – Ingeniería en Biotecnología Página | 10 de 11
