Clase 1 ing. genetica en la agricultura

El uso de tecnologías basadas en sistemasde organismos vivos para desarrollar

procesos y productos comerciales

El uso de tecnologías basadas en sistemasde organismos vivos para desarrollar

procesos y productos comerciales

EjemplosEjemplos

ADN RECOMBINANTE

TRANSFERENCIA DE GENES

El uso de tecnologías basadas en sistemasde organismos vivos para desarrollar

procesos y productos comerciales

El uso de tecnologías basadas en sistemasde organismos vivos para desarrollar

procesos y productos comerciales

EjemplosEjemplos

CULTIVO DE CELULASY TEJIDOS

REGENERACIÓN DEPLANTAS

BIOLOGÍA MOLECULAR

BIOLOGIA CELULAR

INMUNOLOGIA

BIOQUIMICA

MEDICINA

INDUSTRIAL

AGRICOLA

SECTOR AMBIENTAL

EN EL MEJORAMIENTO CLÁSICO

Acelera el desarrollo de productos mejorados

Sistemas de Inmersión. Temporal

Volúmenes con alta estabilidad

Fenotipos mejorados

Transformación genética

Plantas libres de enfermedades

Dignóstico

Termoterapia - Quimioterapia

Saneamiento de variedades

Cultivo de meristemosCultivo de meristemos

DignósticoDignóstico

Termoterapia - QuimioterapiaTermoterapia - Quimioterapia

Saneamiento de variedadesSaneamiento de variedades

Microscopia electrócnicaMicroscopia electrócnica

ElisaElisa

ElectroforesisElectroforesis

Conservación in vitro

Crioconservación de germoplasma

Variantes genéticas sobreproductoras

Producción de biomasa en gran escala

CONSIDERABLE AHORRO DE ESPACIO

CONSIDERABLE AHORRO DE ESPACIO

ACORTAMIENTO DELCICLO DE MEJORA

ACORTAMIENTO DELCICLO DE MEJORA

EVITA LA COMPETENCIACON OTROS

MICROORGANISMOS

EVITA LA COMPETENCIACON OTROS

MICROORGANISMOS

PRODUCCION DEMICROTUBERCULOS

PRODUCCION DEMICROTUBERCULOS

En cualquier época del año

Almacenamiento en pequeños espacios

Semilla Certificada

Siembras escalonadas en producción

ACEPTACION DEL PRODUCTO?ACEPTACION DEL PRODUCTO?

DESINFORMACIÓN...DESINFORMACIÓN...

Son plantas a las que se le han insertado en su material genético uno o más genes de

una planta u organismo diferente, o un gen (o genes) que han sido alterado(s) o genes

especialmente ensamblado(s).

La información genética está almacenada en el ADN

OGM

GM

TRANSGÉNICOS

PRODUCTOSBIOTECNOLÓGICOS

RASGOS GENES

Resistencia a los hongos. -Gen de la glucanasa.-Gen de la quitinasa-Gen de la osmitina

Resistencia a las bacterias. -Gen de la cecropina.-Gen lisozima

Resistencia a los insectos. -Genes de la toxina Bt. Cry III para la resistencia a coleópteros. Cry I para la resistencia a lepidópteros.

Resistencia a herbicidas -Gen para la resistencia al Basta

RASGOS GENES

Resistencia a virus -Genes de la proteína de la cubierta viral.-Genes de la replicasa.-Genes de la proteína de la cubierta viral de versiones modificadas no traducibles.

Resistencia a las tensiones -Gen para conferir tolerancia a la sequía.-Gen para conferir tolerancia al congelamiento.

Alteración del contenido del almidón

-Genes de alto contenido de almidón

Genes anti maltratos -Supresión de la polifenol oxidasa.-Remoción de tirosina

• TomateFlavr Savr®

• Resistencia virus

• Plantas Bt

• MaduracionTardia

Laboratorio Ensayos de Campo Mercado

Secuencia de interés

Células recipientes del genotipo deseado

Colocar el DNA en el núcleo deseado

El DNA se integra y expresa

Distribuir la característica en el germoplasma

El ADN debe ser introducidoen forma de

construccionesgénicas

Vector de Transformación

Vector de Transformación

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Promotor 2Promotor 2

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Promotor 2Promotor 2

Gen marcador

de Selección

Gen marcador

de Selección

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Promotor 2Promotor 2

Gen marcador

de Selección

Gen marcador

de Selección

Terminador 2Terminador 2

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Promotor 2Promotor 2

Gen marcador

de Selección

Gen marcador

de Selección

Terminador 2Terminador 2

Enzima de restricción

Sitio 2

Enzima de restricción

Sitio 2

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Promotor 2Promotor 2

Gen marcador

de Selección

Gen marcador

de Selección

Terminador 2Terminador 2

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

MarcadorBacterial

Seleccionador

MarcadorBacterial

Seleccionador

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

Promotor 1Promotor 1

Gen de interésGen de interés

Terminador 1Terminador 1

Promotor 2Promotor 2

Gen marcador

de Selección

Gen marcador

de Selección

Terminador 2Terminador 2

Enzima de restricción

Sitio 1

Enzima de restricción

Sitio 1

MarcadorBacterial

Seleccionador

MarcadorBacterial

Seleccionador

Origen de replicaciónBacterial

Origen de replicaciónBacterial

Esporas de una bacteria del sueloEsporas de una bacteria del suelo

Bacillus thuringiensis (Bt) – Proteina Cristalina (Cry)Bacillus thuringiensis (Bt) – Proteina Cristalina (Cry)

Intestino del Insecto: Cry libera una toxina, generando poros en la pared intestinal

Intestino del Insecto: Cry libera una toxina, generando poros en la pared intestinal

Secuencia quecodifica la Toxina

No requerida para activar la toxina

Adicionar segmentosAdicionar segmentos

Controlar la expresión del genControlar la expresión del gen

PROMOTOR

Controla cuando, donde y cuanto del producto génico

se produce

Controla cuando, donde y cuanto del producto génico

se produce

Adicionar segmentosAdicionar segmentos

Controlar la expresión del genControlar la expresión del gen

SECUENCIA TERMINADORA

Marca el final del ARNMarca el final del ARN

Adicionar el marcadorAdicionar el marcador

AGENTE DESELECCIÓN

GEN Bt

RESISTENCIA ANTIBIOTICOSRESISTENCIA ANTIBIOTICOS

Kanamicina [neomicina fosfotransferasa]

Higromicina [higromicina fosfotransferasa]

Gentamicina [gentamicina acetiltransferasa]

RESISTENCIA HERBICIDASRESISTENCIA HERBICIDAS

BIALAFOS ( Gen Bar)

SELECCIÓN POSITIVASELECCIÓN POSITIVA

FMI ( Fosfomanosa isomerasa)

RESISTENCIA HERBICIDASRESISTENCIA HERBICIDAS

BIALAFOS ( Gen Bar)

SELECCIÓN POSITIVASELECCIÓN POSITIVA

Aislado de Streptomyces hygroscopicus

Aislado de Streptomyces hygroscopicus

Acetila la fosfinotricina Acetila la fosfinotricina

RESISTENCIA HERBICIDASRESISTENCIA HERBICIDAS

SELECCIÓN POSITIVASELECCIÓN POSITIVA

FMI ( Fosfomanosa isomerasa)

Medios de cultivo con Manosa 6-fosfato

como fuente de C.

Medios de cultivo con Manosa 6-fosfato

como fuente de C.

Para que las célulassobrevivan deben

incorporar esta enzima

Para que las célulassobrevivan deben

incorporar esta enzima

Tejidos de plantas usados para

transformación

CALLOSCALLOS

EMBRIONESINMADUROSEMBRIONESINMADUROS

HOJASHOJAS

Depende de la especie

Métodos de

Transformación

BACTERIAS

AgrobacteriumAgrobacterium tumefaciens tumefaciens

AgrobacteriumAgrobacterium rhizogenesrhizogenes

Inserta parte de su ADN en células vegetales

Inserta parte de su ADN en células vegetales

Plásmido TiPlásmido Ti

Se sustituyen los genes inductores de tumores

por los genes de interés

Se sustituyen los genes inductores de tumores

por los genes de interés

AgrobacteriumAgrobacterium tumefaciens tumefaciens

AgrobacteriumAgrobacterium tumefaciens tumefaciens

Plásmido Ti

Cromosoma Bacteriano

Cromosoma Bacteriano

Genes virGenes vir

ADN - TADN - T

AgrobacteriumAgrobacterium tumefaciens tumefaciens

BIOBALISTICA

Dispositivos que logran acelerar

pequeñas partículas a grandes

velocidades y proyectarlas sobre células.

Introducción forzosa a través de la pared

vegetal

Micropartículas recubiertas de

ADN

BIOBALISTICA

OTROS

ELECTROPORACIÓNELECTROPORACIÓN

MACROINYECCIÓNMACROINYECCIÓN

MICROINYECCIÓNMICROINYECCIÓN

FUSIÓN DE PROTOPLASTOS

FUSIÓN DE PROTOPLASTOS

METODOLOGIASDE EVALUACIÓN

PCRPCR

WESTERN BLOTWESTERN BLOT

ELISAELISA

Callos desoya

Callos : proliferación

masiva de células

Células de trigo en suspension

ALGODONALGODON

MAIZMAIZ

SOYASOYA

Seguridad de productos

Aprobacion de regulación

Etiquetado de productos

Aspectos éticos

Aceptacion del consumidor

CIENTIFICOS

MULTINACIONALE

S

ECOLOGISTA

S

Son plantas a las que se le han insertado en su material genético uno o más genes de

una planta u organismo diferente, o un gen (o genes) que han sido alterado(s) o genes

especialmente ensamblado(s).

La información genética está almacenada en el ADN

OGM

GM

TRANSGÉNICOS

PRODUCTOSBIOTECNOLÓGICOS

RASGOS GENES

Resistencia a los hongos. -Gen de la glucanasa.-Gen de la quitinasa-Gen de la osmitina

Resistencia a las bacterias. -Gen de la cecropina.-Gen lisozima

Resistencia a los insectos. -Genes de la toxina Bt. Cry III para la resistencia a coleópteros. Cry I para la resistencia a lepidópteros.

Resistencia a herbicidas -Gen para la resistencia al Basta

RASGOS GENES

Resistencia a virus -Genes de la proteína de la cubierta viral.-Genes de la replicasa.-Genes de la proteína de la cubierta viral de versiones modificadas no traducibles.

Resistencia a las tensiones -Gen para conferir tolerancia a la sequía.-Gen para conferir tolerancia al congelamiento.

Alteración del contenido del almidón

-Genes de alto contenido de almidón

Genes anti maltratos -Supresión de la polifenol oxidasa.-Remoción de tirosina

• TomateFlavr Savr®

• Resistencia virus

• Plantas Bt

• MaduracionTardia

Laboratorio Ensayos de Campo Mercado

U.S.A.U.S.A.

ArgentinaArgentina

BrasilBrasilChinaParaguay

India

ChinaParaguay

India

Canada.Canada.

2006 -- SUPERFICIE GLOBAL CULTIVADA (102 ’ HA )

25.2 ‘ 25.2 ‘

ha – 13%ha – 13%

I S A A A

Megapaíses biotecnológicos50 mil hectáreas (123,553 acres) en adelante

USAArgentina*Brasil*India*CanadáChina*Paraguay*Suráfrica*Uruguay*Bolivia*Filipinas*AustraliaMexico*España

62.521.015.87.67.63.82.71.80.70.60.40.20.10.1

Menos de 50 mil hectáreas

Chile*Colombia*HondurasBurkina Faso

Repúblioa ChecaRumaniaPortugalAlemania

* Países en vías de desarrollo

9.4%

Crecimiento respecto al 2007

25 países han adoptado los cultivos biotecnológicos

En el 2008, el área global de los cultivos GM fue de 125 millones de hectáreas, un crecimiento de 9.4% respecto al 2007 (equivalente a 10.7 millones de hectáreas)

Fuente: Clive James, 2009.

Situación mundial de los cultivos GM en 2008

154.451.939.018.818.8

9.46.74.41.71.51.00.50.20.2

Millión Hectáreas Millión Acres

PoloniaEslovaquiaEgipto*

Genes de resistencia a la Broca

Con que se cuenta

• Genes de Quitinasas• 1 gen endoquitinasa • 1 gen de quitobiosidasa• Aislado de Streptomyces albidoflavus

OTROS

Hypothenemus hampei (La broca del café)Trichoplusia ni (Falso medidor)

Bemisia argentifolli ( Mosca blanca)Myzus persicae (Pulgon verde de la papa)

Heliothis virescens (Gusano bellotero del algodonero)

Se determino actividad de estos genes en dietas artificiales contra

VIRUS DEL SÍNDROME DE

LA HOJA AMARILLA EN

CAÑA DE

AZÚCAR 40,000X

Transformación genética de caña de

azúcar mediante la técnica de

bombardeo de partículas

CENICAÑA CIAT Univ. de Texas A & M

Convenio CIB - UNALMED

Grupo de Biotecnología VegetalCorporación para Investigaciones Biológicas

CIB

• Mediante ingeniería genética se quiere desarrollar variedades de papa colombianas resistentes al ataque de las polillas.

• La producción de esta papa reduciría las enormes pérdidas de producción y aliviaría el impacto ambiental causado por la acumulación de fungicidas.

DNA de plantas transformadas

Diferencias, resultado de la transformación

Tecia solanivora

Tubérculos afectados

Prueba histoquímica

PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN TERMINADOS

NOMBRE DE LA INVESTIGACION

INVESTIGADOR PRINCIPAL

ENTIDAD (ES) FINANCIERA (S)

Producción de material transformado de Pasiflora edulis para evaluación de la expresión de transgenes en campo

GA Góngora Fondo de apoyo a la Investigación - Pontificia Universidad Javeriana,-2000-2001

Preservación in vitro y caracterización molecular de Passiflora (II Etapa)

GA Góngora Colciencias – Javeriana. 1998 Pontificia Universidad -2000

Evaluación de algunas condiciones para la transformación genética de la curuba de Castilla (Pasiflora mollissima H.B.K. Bailey) usando Agrobacetrium tumefaciens

A Forero Colciencias-Pontificia Universidad Javeriana,-1997-1999

Instituto de BiologíaFacultad de Ciencias Exactas y Naturales

Universidad de Antioquia

-Transformación genética de banano- Transformación genética de Hevea brasiliensis

PROYECTOS EN PREPARACIÓN:

-Transformación genética de Stevia rebaudiana- Transformación genética de Heliconia stricta

Grupo de Ingeniería Genética de Plantas

Departamento de Biología – Facultad de CienciasUniversidad Nacional de Colombia

OBJETIVO GENERAL

• Introducir en el genoma de la papa criolla (Solanum phureja) variedad Yema de Huevo Clon 1, un gen que codifica para un inhibidor de proteasas (mirl 2) derivado del Pomelo que puede inducir resistencia a insectos

Programa de investigación:Programa de investigación:

MEJORAMIENTO GENETICO, MEJORAMIENTO GENETICO, AGRONOMIA Y PRODUCCION AGRONOMIA Y PRODUCCION DE SEMILLAS DE HORTALIZAS DE SEMILLAS DE HORTALIZAS

MEJORAMIENTO GENETICO, MEJORAMIENTO GENETICO, AGRONOMIA Y PRODUCCION AGRONOMIA Y PRODUCCION DE SEMILLAS DE HORTALIZAS DE SEMILLAS DE HORTALIZAS

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIASEDE PALMIRASEDE PALMIRA

Redondeados Redondeados

Desuniformes Desuniformes

Ojos medianos y profundos Ojos medianos y profundos

Pulpa amarilla oscura Pulpa amarilla oscura

Epidermis delgada Epidermis delgada

Piel lisa de color arena Piel lisa de color arena

40 por planta 40 por planta

Regula la V. de Intercambio gaseoso( o pérdida de agua)

Regula la V. de Intercambio gaseoso( o pérdida de agua)

Protección contra dañosmecánicos

Protección contra dañosmecánicos

MORFOLOGIAMORFOLOGIATUBERCULOTUBERCULO

La transformación genética de Solanum phureja con una construcción

antisentido de la ruta de síntesis de giberelinas alarga la latencia

postcosecha de los tubérculos.

Desarrollar un protocolo para la transformación genética de Solanum

phureja mediante Agrobacterium tumefaciens

Evaluar la expresión de transgénesis en vitroplantas de Solanum phureja

Solanum phureja (Clon 1)

Tallos cultivados x 1-2 meses

(MS) / T. : 20 C. / 18 h

Tallos cultivados x 1-2 meses

(MS) / T. : 20 C. / 18 h

Microtubérculos (Discutible la estabilidad)

Propagación por cortes nodales(MS) / T. : 20 C. / 16 h

x 4 semanas se multiplican

Medio inductor de tubérculos(MS) / T. : 14 C. / sin luz6-8 semanas aparecen

Microtubérculos (Discutible la estabilidad)

Propagación por cortes nodales(MS) / T. : 20 C. / 16 h

x 4 semanas se multiplican

Medio inductor de tubérculos(MS) / T. : 14 C. / sin luz6-8 semanas aparecen

Brotes del tubérculo

IMPACTO ESPERADOIMPACTO ESPERADO

Rebajar los costos en el manejo postcosecha de la papa criolla.

Rebajar los costos en el manejo postcosecha de la papa criolla.

Aumentar la rentabilidad en la multiplicación de semilla de papa criolla certificada.

Aumentar la rentabilidad en la multiplicación de semilla de papa criolla certificada.

Mejorar la calidad para almacenamiento de la papa criolla variedad yema de huevo

Mejorar la calidad para almacenamiento de la papa criolla variedad yema de huevo

Posicionar la papa criolla en los mercados internacionales como un producto exótico de exportación.

Posicionar la papa criolla en los mercados internacionales como un producto exótico de exportación.

El gen constructor utilizado es un ihibidor de la síntesis de GIBERELINAS donado

Por la Dra. Salome Pratt, del Instituto CSIC en Madrid España.

El gen constructor utilizado es un ihibidor de la síntesis de GIBERELINAS donado

Por la Dra. Salome Pratt, del Instituto CSIC en Madrid España.

La cepa de Agrobacterium será la LBA4404 de alta eficiencia.

Donación del Instituto de InvestigacionesGeneticas – Bioplantas - UNICA

La cepa de Agrobacterium será la LBA4404 de alta eficiencia.

Donación del Instituto de InvestigacionesGeneticas – Bioplantas - UNICA

Preparación de los explantes para la transformación genética

Definición de la concentración de agente de selección a utilizar

Preparación de Agrobacterium para la transformación

Desarrollo de un protocolo para la transformación genética de S. phureja mediante

Agrobacterium tumefaciens

Evaluación del efecto de la densidad de Agrobacterium

Evaluación del efecto de co-cultivo

Definición de la concentración de antibiótico para controlar el crecimiento de Agrobacterium

Desarrollo de un protocolo para la transformación genética de S. phureja mediante

Agrobacterium tumefaciens

Comprobación de la transformación por PCR

Desarrollo de un protocolo para la transformación genética de S. phureja mediante

Agrobacterium tumefaciens