EL PAPEL DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LA AGRICULTURA · Engloba aquellas aplicaciones para la...
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Sector relativamente pequeño si se compara
con la aportación que tiene en la balanza de
comercial y en el PIB nacional, las
aportaciones que hace la agricultura a las
finanzas públicas son pocas comparadas con
las petroleras o automotrices.
LA AGRICULTURA EN MÉXICO
Se le ha dado poca importancia/
tecnificación
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LA AGRICULTURA EN MÉXICO
Es un sector
importante por sus
múltiples funciones:
económico, social y
ambiental.
3.7 % PIB
Fuente: SAGARPA
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PRODUCCIÓN AGRÍCOLA EN MÉXICO
Fuente: SAGARPA
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El reto de la agricultura
En un mercado globalizado, el futuro de la competitividad de
las exportaciones agrícolas de México, depende del potencial
de exportación de los pocos productos para los cuales las
nuevas tecnologías puedan ser rápidamente adoptadas a las
barreras sanitarias/fitosanitarias y que estas puedan ser
eliminadas.
Elevar la producción de alimentos para cubrir la demanda de una población de
9,000 millones de habitantes para el 2050, año en que habría 150 millones de
mexicanos.
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¿Como podemos Mejorar la producción
agrícola?
• Incrementar la oferta de alimentos de forma rápida, eficiente
sustentable para satisfacer el mercado de alimentos creciente
• Promover la inversión en el sector agroalimentario a través de
alianzas publico- privadas.
• Fortalecer la innovación e investigación agrícola a través de la
investigación
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Retos
En los próximos 50 años aproximadamente, el desafío no sólo será
alimentar a más personas, sino también hacerlo teniendo en cuenta
que:
- Menor tierra cultivable (erosión, urbanización)
- Disminución de los recursos renovables disponibles
- Disminución de agua y su calidad
- La producción de cereales esta disminuyendo
- Disminuye el número de agricultores
- Cambio climático (aumento fenómenos naturales-plagas)
- Mayor demanda de productos agrícolas no alimentarios (fibras
téxtiles).
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Cualquier técnica que utilice organismos vivos o sustancias derivadas de dichos
organismos para crear o modificar un producto, mejorar plantas o animales, o
desarrollar microorganismos para usos específicos.
La biotecnología moderna se refiere a las aplicaciones de los nuevos desarrollos en
tecnología de ADN recombinante.
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Comprende un conjunto de herramientas que, una vez incorporadas al proceso de
Investigación y Desarrollo agrícola, puede mejorar la eficiencia y eficacia de la
Investigación y Desarrollo para la creación de nuevas tecnologías.
Engloba aquellas aplicaciones para la agricultura están basadas en los
conocimientos que se van adquiriendo sobre el código genético de la vida.
Agrícola
Uso organismos vivos-modificar mejorar
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Beneficios de la Biotecnología Agrícola
- Aumento de la productividad: Sin necesidad de aumentar la superficie cultivada
- Mejora en la calidad de los cultivos: valor nutritivo
- Aumento en la resistencia a las plagas: reducción de químicos, mejor en el MIP
- Plantas resistentes a sequias, salinidad, metales pesados y demás riesgos bióticos
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Capacidades científicas en biotecnología
en México
Laboratorios especializados para identificar genomas
vegetales; conservación a largo plazo de la riqueza genética;
detección de OGM´s y mejoramiento genético, entre otros.
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Clasificación de los aportes de la
biotecnología Agrícola
1. Herramientas moleculares para el fitomejoramiento; incluyendo técnicas específicas
tales como la selección asistida por marcadores
2. Los descubrimientos del ADN recombinante que conducen a la creación de
variedades de cultivos transgénicos u organismos modificados genéticamente
3. Técnicas de diagnóstico
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1. Herramientas
moleculares para el
fitomejoramiento;
incluyendo técnicas
específicas tales como la
selección asistida por
marcadores
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A. thaliana- Organismo modelo
• Primer genoma vegetal secuenciado
• 116 millones de pares de bases y se codificaron cerca de 26 mil genes
• Se identifican genes novedosos (con valor agronómicos)
• Dichos genes pueden ser estudiados y transferidos a otros organismos
• Entender los procesos metabólicos de las plantas
• Como se enfrentan a las plagas
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Marcadores
moleculares
Uso de los marcadores moleculares para reducir el costo y aumentar el ritmo de producción
de nuevas variedades.
Diferenciar plantas individuales, elaborar mapas genéticos (posiciones estimadas de genes
de interés), asistir en la selección de genes determinados moleculares, determinar la identidad
entre variedades y la pureza varietal
Uso del mapa completo de la Arabidopsis para localizar genes similares en la canola, el
tabaco y la soya.
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2. Los descubrimientos del ADN recombinante que
conducen a la creación de variedades de cultivos
transgénicos u organismos modificados
genéticamente
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¿Qué es un organismo transgénico?
Un organismo (vegetal, animal, microorganismo) en el cual se ha introducido e
incorporado de manera estable en el genoma un segmento de ácido nucleico
mediante un proceso deliberado y con el propósito de obtener un fenotipo
definido; la introducción se lleva a cabo de una manera en la que el ácido nucleico
no podría haber sido adquirido por el organismo a través de mutaciones,
recombinaciones u otros fenómenos de transferencia genética reconocidos como
mecanismos que operan en la naturaleza sin la intervención humana.
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Transgénicos OGM
La primera inserción de genes de otra planta realizada con
éxito se registró en 1983.
Para el año 1990 ya se habían publicado informes sobre tabaco, algodón, soya
y maíz transformados.
Los métodos se han ido mejorando rápidamente, reduciéndose el costo
de transformación.
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Transgénicos OGM
México cuenta con un marco general de
medidas de bioseguridad:
• La Ley de Bioseguridad de Organismos
Genéticamente Modificados (LBOGM).
• Reglamento de la Ley de Bioseguridad de
Organismos Genéticamente Modificados
(RLBOGM).
Permiten regular de manera científica y
metodológica a los Organismos Genéticamente
Modificados (OGM´s), a fin de reducir los
posibles daños al ambiente y a la
biodiversidad.
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Comisión Intersecretarial de Bioseguridad de los
Organismos Genéticamente Modificados. Es un órgano del
Poder Ejecutivo Federal que se encarga, al más alto nivel,
de establecer las políticas relativas a la seguridad de la
biotecnología respecto al uso de los Organismos
Genéticamente Modificados (OGMs).
Uso, liberación, comercialización OGM
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Permisos otorgados para la etapa experimental y
piloto de OGM´s
Fuente: SAGARPA
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3. Técnicas de diagnóstico
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Perdidas en la agricultura
Las plagas en el sector agrícola
provocan diversos tipos y montos
de pérdidas, de acuerdo con las
plantas o productos que se
obtienen de ellas, así como las
causas de la enfermedad.
Definición de plaga: Cualquier especie, raza o biotipo vegetal o animal o agente patógeno dañino para las plantas o
productos vegetales (NIMF 5).
Anualmente de pierde entre el 10 y 20 % de
la producción agrícola en México a causa de
las plagas
Pérdidas de 200 millones en el 2012
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SAGARPA
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País Mega- diverso
En su territorio existe
el 70% de
diversidad de
plantas y animales
de nuestro planeta.
Mayor riesgo de
introducción ,
establecimiento y
dispersión de plagas
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Programa de Vigilancia Epidemiológica
Fitosanitaria
SENASICA
SIRVEF: Riesgo para la
introducción, establecimiento o
en su caso dispersión de plagas
de importancia cuarentenaria.
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El papel de la biotecnología en la
Fitosanidad
Un diagnóstico adecuado – permite realizar un manejo adecuado, según las
características de cada plaga – así elegir la mejor estrategia de control
La identificación molecular exacta de las especies de plagas y enemigos naturales
de un cultivo agrícola es uno de los primeros pasos determinantes para el desarrollo
de programas de control de éxito. La identificación incorrecta puede provocar el
fracaso del proyecto o detener significativamente el avance/impacto del programa.
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¿Cómo se hacía?
1. Examen de síntomas y signos (manifestaciones de la enfermedad): Nos orienta
sobre la causa del problema – NO SON DEFINITIVOS para la identificación, son
comunes para varias enfermedades.
2. Los signos son morfológicos o fisiológicos típicos del agente causal (patógeno),
permiten un diagnóstico mas rápido.
3. Los hongos fitopatógenos se basa en características morfológicas (conidios,
estructuras de reproducción sexual).
4. No todas las plagas producen signos es ahí donde interviene la biología
molecular
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Reacción en cadena de la polimerasa (PCR).Potenció el diagnóstico fitosanitario.
Secuencias de DNA específico se pueden amplificar de manera exponencial, a través de ciclos
repetidos con cambios de temperatura.
La especificidad mediante el uso Primers (oligonucleótidos) en las condiciones de reacción
específicas disparan la síntesis.
Los productos son analizados e identificados mediante la electroforesis de gel, en hibridación de
gota o bien usados dentro de una estrategia de análisis de marcadores moleculares.
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PCR tiempo real
• Detección simultanea
durante la amplificación
• Detección ante cambio
mínimos de la secuencia
y pequeñas cantidades
de DNA
• Pruebas simultaneas en
menor tiempo
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Ventajas de la técnicas moleculares
Detección de fitopatógenos que no se pueden detectar mediante técnicas
tradicionales, por lo que se tiene que recurrir a las herramientas moleculares
Con un diagnóstico oportuno:
Toma de decisiones en planes de contingencia
Barreras fitosanitarias (monitoreo de programas fitosanitarios)
Cumplir con los requisitos fitosanitarios de exportación (mercados internacionales)
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Detección molecular del virus Psorosis en el
cultivo de Cítricos
Enfermedad destructiva de los
cítricos
disminución del vigor, de la
producción y la reducción de la vida
útil de los árboles de cítricos
Los síntomas se manifiestan 10
años después de la infección
Plaga reglamentada
SENASICA
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SENASICA
Detección molecular del virus Psorosis en el
cultivo de Cítricos
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Se logró estandarizar la técnica de PCR punto final para la
detección del Virus Psorosis de los cítricos (CPsV),
600 pb
RT-PCR
Detección molecular del virus Psorosis en el
cultivo de Cítricos
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Diagnóstico Fitosanitario del Virus de la
Tristeza de los cítricos mediante PCR.
• Distribución mundial
• Plaga cuarentenaria-Presente
• Transmitido por áfidos
• Uno de los cinco principales problemas sanitarios de los cítricos
• Diversidad de aislamientos o razas, los cuales pueden variar en gran medida en la
reacción y sintomatología en diversos hospedantes, así como su transmisión por áfidos
• Algunos causan causan declinamiento y muerte
• Aislamientos poco patogénicos que no causan efectos visibles en los hospedantes que
infectan, aun en aquellos injertados en naranjo agrio
• México de tipo moderado- Monitoreo evitar entrada
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Metodología
INIFAP
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Pesticidas químicos en el control de insectos
• Baja especificidad
• Toxicidad
• Generación de resistencia por parte de los organismos
• Disminuyen la microflora benéfica
• Residualidad
• Disminución de la eficiencia
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CB
1. Depredadores
3. Microorganismos
4.Parasitoides
2. Fitófagos
Control Biológico de insectos
Uso de organismos vivos (enemigos
naturales) introducidos o manipulados para
mantener la población de un organismo
plaga por debajo del nivel de daño
económico.
Uso de bioinsecticidas con base en
microorganimos: hongos, virus, bacterias o
nematodos.
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Como participa la biotecnología en el
Biocotrol
Desarrollo de tecnologías de procesos para la producción masiva de los agentes
microbianos, en dietas artificiales.
Además, la biotecnología participa también en el desarrollo de productos,
incluyendo formulaciones con mayor vida de anaquel y mayor persistencia en el
campo, así como agentes microbianos con mejores
características.
Identificación y preservación
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Hongos entomopatógenos
• Eucariotas heterótrofos que desarrollan
estructuras filamentosas (hifas) se reproducen
por esporas sexuales y/o asexuales.
• Capacidad de regular las plagas de
insectos para mantenerlas en niveles
adecuados.
• Todos los insectos son susceptibles a las
enfermedades causadas por hongos.
• Han demostrado ser competitivos con otras
prácticas de control, considerando su
efectividad, costo de producción y
seguridad al ambienteMetarhizium anisopliae Beauveria bassiana
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Características que deben cumplir
1) Rango de hospederos comercialmente (amplio)
2) Virulencia: capacidad de producir enfermedad (velocidad).
3) Transmisión: establezca, persista y colonice el hábitat del insecto plaga
4) Ambientalmente seguros
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Reconocimiento en campo
• Aquellos que tengan un aspecto y comportamiento diferente a la mayoría de la población.
• Son evidentes su principal característica es crecimiento del hongo en el exterior
• Cubiertos por un micelio blanco, postulados de Koch para determinar si se trata de un verdadero patógeno .
• Momificación, endurecimiento del tegumento, cambios de textura y color .
Hirsutella sp.
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¿Cómo hacer un aislamiento?
Obtención de cepas nuevas, mantenimiento,
reactivación y preservación de las cepas puras.
Desinfección
1
3
2
4
Crecimiento/estéril
AislamientoLarvas
infectadas
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Evaluación de patogenicidad
Dispositivo de incubación de P.
neoaphidis en B. brassicae;
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Identificación de cepas (3 métodos)
1. Caracterización morfológica de la colonia y de las estructuras del hongo (microscópica)
Beauveria bassiana
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2. Caracterización Morfométrica: forma y
tamaño
Preparaciones a partir de cultivos en medio
ADS
Microscopio CARL ZEISS; cámara Paxcam
Plan 40/0.65, 160/0.17
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Identificación molecular DNA
a) B. bassiana, crecimiento en medio ADS.
b) B. bassiana crecimiento en medio
líquido.
c) Filtrado (obtención de micelio).
d) Liofilizador.
e) Micelio liofilizado.
f) Extracción de ADN (nitrógeno líquido).
g) Termociclador
h) Gel de agarosa
ba c
ed f
g
h
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Amplificación de la región ITS
Programa de amplificación
•1 c desnaturalización inicial a 95°C por 5 min.
•35 c desnaturalización a 95°C por 30 seg; hibridación a
50°C por 1 min y extensión a 60.3°C por 1.5 min.
•Extensión final a 72°C durante 5 min.
Nanodrop; Cuantificación
ADN ng/µl.
TermocicladorGel de agarosa 1 %
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4- TCC TCC GCT TAT TGA TAT GC
5- GGA AGT AAA AGT CGT AAC AAG G
Productos de PCR con los iniciadores universales
ITS 4 y 5
1, 000 pb Se envía a
secuenciar a
Macrogen
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Secuencias obtenidas
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11Análisis de Electroferogramas:
Programa FinchTV versión 1.4.0
Construcción de secuencias
consenso:
FinchTV y BioEdit Sequence
Alignment versión 7.0.9.0
Edición de secuencias
V12
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Secuencia 378 pb aprox.
TCGCCCCAGCCCGGACGCGGACTGGACCAGCGGCCCGCCGGGGACCTCAAACTCTTGTATTCCAGCATCTTCTGAATACGCCGCAAGGCAAAACAAATGAATCAAAACTTTCAACAACGGATCTCTTGGCTCTGGCATCGATGAAGAACGCAGCGAAATGCGATAAGTAATGTGAATTGCAGAATCCAGTGAATCATCGAATCTTTGAACGCACATTGCGCCCGCCAGCATTCTGGCGGGCATGCCTGTTCGAGCGTCATTTCAACCCTCGACCTCCCCTTGGGGAGGTCGGCGTTGGGGACCGGCAGCACCACCGCCGGCCCTGAAATGGAGTGGCGGCCCGTCCGCGGCGACCTCTGCGTAGTAATACAGCTT
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Comparación de secuencias con el GENBANK-
NCBI
Se debe realizar una
comparación rápida en
el BLAST del NCBI para
ver cuál es la secuencia
más parecida a la
nuestra
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Resultado del BLAST de la secuencia del
Aislamiento de Beauveria bassiana Bb 88 A
Aislamiento Organismo más
parecido
Porcentaje de
identidad
Porcentaje de
cobertura
Bb 96 A Beauveria bassiana 99 100
Bb 96 B Beauveria bassiana 99 100
Bb 96 C Beauveria bassiana 100 100
Bb 96 D Beauveria bassiana 99 99
Bb 88 A Beauveria bassiana 99 100
Bb 88 C Beauveria bassiana 100 99
Bb 88 D Beauveria bassiana 99 100
Primer paso para determinar la
secuencia más parecida a la
nuestra. Se debe realizar una
filogenia para confirmar.
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Alineamiento de secuencias
Se deben seleccionar
secuencias consideradas
en una publicación, que
pertenezcan a
organismos de alguna
colección registrada
internacionalmenteAlineamiento múltiple con el programa
Mega 3.1: Molecular Evolutionary Genetics
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Construcción del árbol filogenético
Programa MEGA y el método Neighbour Joining (NJ) para
determinar sus relaciones taxonómicas y agrupación de
especies
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http://131.130.66.201/probebase/default.asp?mode=search
Identificación a nivel género
Árbol filogenético consenso obtenido con secuencias de ITS 1, 5.8 e ITS 2 de la cepa CP Bb 9 y
sus monospóricos (A, B y D) usando análisis NJ. Los números cercanos a los nodos representan
valores BS expresados como porcentaje de 1000 repeticiones. El número de acceso al NCBI se
encuentra entre paréntesis.
CP Bb 9
CP Bb 9 A
CP Bb 9 D
CP Bb 9 B
B. bassiana 792 (AY532048)
B. bassiana 344 (AY532023)
B. bassiana 1829 (AY531993)
B. brongniartii 1830 (AY531994)
B. bassiana 2544 (AY532005)
Rhizopus rhizopodiformis 31994 (AF115...
Si se deseara
hacer una
identificación a
nivel de especie es
necesario trabajar
con más de un
gen; con mayor
información
acerca del
genoma, la
identificación es
más precisa.
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Colecciones de hongos (Ceparios)
Para realizar investigación sobre su uso como agentes de biocontrol se requiere de una fuente constante y confiable de las cepas de HE, lo que demanda cepas con atributos deseables para el control de plagas.
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Preservación de cepas de hongos
La preservación de los hongos se basa en mantenerlos viables, eliminando la necesidad de resembrarlos frecuentemente, evitando mutaciones o cambios en virulencia.
Usar cuando menos dos procedimientos: liofilización, almacenamiento a temperaturas ultra bajas o almacenamiento en nitrógeno líquido(a –70 °C y –196 °C), que son los mejores métodos para reducir al mínimo los riesgos de cambio genético.
WFCC Guidelines 2010
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Preservación en agua y glicerol 10%
-20°C
Corte de rodajas de B. bassiana
crecida en medio ADS
criovial con agua o glicerol 10%
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4 rodajas de B. bassiana por criovial
Preservación en agua y glicerol 10% -
20°C
Rack con 100 crioviales
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Ultracongelador -20°C
Antes de almacenarse a
-20°C deben mantenerse
a 4°C por 2 días.
Metabolismo suspendido
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Número de cepa CP Bb 9
Nombre de la especie Beauveria bassiana, (Balsamo) Vuillemin
Tipo de organismo Hongo
Medios de cultivo y temperatura óptima ADS, 22°C
Hospedero y/o sustrato Insecto de la familia Miridae
Colector ---------
Lugar de colecta Puebla, México
Nombre de la persona que lo aisló ---------
Fecha de colecta 14/02/1994
Persona que identificó la cepa Dra. Raquel Alatorre Rosas
Uso potencial Control biológico
Datos de la cepa CP Bb 9
Registro para el ingreso de aislamientos
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Base de datos
Cepa CP Bb9 (pluriespórico) crecimiento en medio ADS a 22°C
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Cepas CP Bb 6 (monosporicos A-D) crecimiento en medio ADS a 22°C
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Biotecnología en nuevos productos a nivel
mundial
SAGARPA