Las perspectivas desde la Genómicap pHacia la reconstrucción del genoma del arroz
Joe TohmeCIAT
XI Conferencia Internacional del Arroz
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
XI Conferencia Internacional del ArrozCali, Septiembre 22, 2010
Hacia la reconstrucción del genoma del arroz
Recientes avances tecnológicos
¿Cómo acelerar el mejoramiento del arroz?¿Cómo acelerar el mejoramiento del arroz?
Obtención selectiva de alelos de especies silvestres y cultivadas – Alleles Mining‐cultivadas Alleles Mining
Nuevas características para nutrición
Cambios que vienen para la planta de arroz
C l ió
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Conclusión
Gran Avance CientíficoEl genoma del arroz es de los más estudiados
• Primer cultivo en haber sido secuenciado completamentep
• Muchas herramientas genómicas disponibles
• Genotipos Indica y Japonica ahora completamente secuenciados
• Secuencias de especies silvestres disponibles
Enero 2002
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
¿Cómo usarán los mejoradores esta información?
Cambios en la escala de tecnologías de secuenciación
1999: CELERA GENOMICS: 300 sequencers ABI 3700 Illumina HiSeq
454 sequencer
GS juniorGS Flex
454 sequencer
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Secuenciación Análisis bioinformático
Secuenciación Análisis bioinformático
Revolución en las tecnologías de i iósecuenciación
El mayor desafío es
comprender la significancia designificancia de la variación id tifi didentificada y su función
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Cómo acelerar el mejoramiento del arroz para características específicas
Revolución Verde: Genética: IR 8. IRRI Peter Jenningsg
Revolución Agronómica: 2004‐2010. FLAR
Necesidad de una segundaNecesidad de una segunda revolución genética
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Mejorador de IR 8
Integración de Mejoramiento con Genómica y FenómicaMejoramiento con Genómica y Fenómica
GenómicaGenotipificación
Mejoramiento
Material BaseMapeo de poblaciones
pRIL, NIL, CSSLMutantes
Transgénicos
& Producto Genes/Marcadores Moleculares
para MAS
Asociación de rasgos a genes
1000 a 50000 plantas para ser genotipificadas y fenotipificadas en un ambiente de estrés particular
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Plataforma de Fenotipificación para Desafíos Globalespara Desafíos Globales
Desarrollo de cultivos fi i t lecoeficientes para el
cambio climático mediante:
i ifi ió i•Fenotipificación precisa y de alto rendimiento
•Detección de nuevos genes
•Facilitar el mejoramiento molecular
Pi 1+Pi 2+Pi 33
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Pi-1+Pi-2+Pi-33
CIAT: Plataforma para uso eficiente del aguaCIAT: Plataforma para uso eficiente del aguaAutomatización para caracterizar el fenotipo de 500 líneas en 30 minutos
CIAT‐INFRATEC
I R CAMERA
Lector de Código de Barras
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Nuevas herramientas genómicas: ó l ?¡Cómo las vamos a usar?
Plataforma de SNP B– Diversidad Genética– Mapeo Genético (Genes, QTLs)– Selección Asistida por Marcadores
BioiSelección Asistida por Marcadores
– Aceleración de retrocruzamiento– Conversión de transgenes
info
Secuenciación de siguiente generación de alto rendimiento – Tecnologías de SNPs
rmát– Descifrar las bases genéticas de la esterilidad
interespecífica mediante líneas de retrocruzamiento avanzadasMapeo fino y clonación de QTLs
tica
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
– Mapeo fino y clonación de QTLs a
Platoformas Genómicas del Arroz en CIATPlatoformas Genómicas del Arroz en CIAT
1 Implementación de la caracterización fenotípica1. Implementación de la caracterización fenotípica
2. Bioinformática
3. Implementación de tecnologías de marcadores
4. Búsqueda de alelos en el genoma AA ‐ Cultivadas x líneas introgresión
5. Facilitar la introgresión de especies silvestres
6. Métodos transgénicos para productos tolerantes a sequía; Uso eficiente del nitrógeno y, biofortificación
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
con Hierro
Detección de SNPs – Illumina Diversidad de germoplasma de LAC
Genotipos gráficosversus Indica
Genotipos gráficosversus Japónica Tropical
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Mathias Lorieux, Constanza Quintero, Sept 2010
Introgresión de genes de resistencia para el RHBV en materiales elites de arroz
Mapeo Fino: evaluacióni d
Desarrollo de marcadoresen invernadero y genotipificación
asociados con la resistencia
Definición de un marcadorespecífico para el gen de
resistencia
Introgresión de QTLs y uso de SNPs : evaluación
en campo y genotipificación
Evaluación con el nuevod i l ió
genotipificación
Comparación de la nuevad l í l é d marcador sin evaluación
fenotípica
Identificación y optimización de una nueva metodología para la
metodología con el métodoclásico
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Identificación y optimización de una nueva metodología para la selección por RHBV
IntrogresiónIntrogresión de de QTLsQTLs de resistencia al virus de de resistencia al virus de hoja blanca (RHBV) y a su vector hoja blanca (RHBV) y a su vector TagosodesTagosodes
orizicolusorizicolus en materiales elites de arrozen materiales elites de arroz
LOD score:5.8Varianza explicada: 30%
LOD score:4.8Varianza explicada: 50%
LOD score:13.8Varianza explicada: 46%
En los cruces de Fedearroz2000 y Fedearroz50 x WC366 se En los cruces de Fedearroz2000 y Fedearroz50 x WC366 se identificaron 3 regiones asociadas con la resistencia al RHBV y a Sogata,
respectivamente: cromosomas 4, 5 y 7
El efecto fenotípico significativo es una característica de
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
El efecto fenotípico significativo es una característica de importancia en el mejoramiento asistido por marcadores.
Obtención selectiva de alelos de especies silvestres y cultivadas
Alleles Mining
Exploración de la Diversidad Genética‐ Desarrollo de Líneas de Introgresión “Chromosome Segment Substitution‐ Desarrollo de Líneas de Introgresión Chromosome Segment Substitution
Lines” (CSSLs):
CSSLs cultivadas (Oryza sativa x Oryza glaberrima)
CSSL lti d Sil t (O i O fi O i O idi li )CSSLs cultivadas x Silvestres (Oryza sativa x O. rufipogon, O.sativa x O. meridionalis)
‐ Mapa Genético Universal de Arroz con SSR y SNP
‐ Resistencia al Virus de la Hoja Blanca del Arroz (RHBV)
‐ Puentes Interespecíficos (i‐Bridges) entre especies silvestres (O.sativa x O.glaberrima)
‐ Desarrollo de Poblaciones NAM (Nested Association Mapping) como
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
( pp g)fuentes de diversidad alélica
Obtención selectiva de alelos de silvestres
Oryza glaberrima Oryza sativay g
• Cultivado sólo en el occidente de África
y
• Cultivado ampliamente alrededor del mundoÁfrica
• Tolerancia a estrés biótico y abiótico• Resistencia a RYMV, RSNV • Rendimiento es más bajo
alrededor del mundo• Subsp. indica y japonica• Mejorado• Rendimiento es más alto
• Rendimiento es más bajo
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
QTL de resistencia al virus de la necrosis rayada del arroz “entorchamiento” en la población de Caiapo x MG12entorchamiento en la población de Caiapo x MG12
180 Líneas evaluadas con el virusFernando Correa y Gustavo Prado (CIAT)
Foto: Gustavo Prado (CIAT)
QTL altamente significativo en el 11 t l SSR
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
cromosoma 11 entre los SSRs (RM202-RM26406)
Valor nuticional del arroz
El hierro (Fe) se acumula principalmente en los tejidos exteriores al grano
Arroz trillado Arroz integral20 ppm Fe
Arroz blanco2 3 ppm Fe
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
20 ppm Fe6 meses de vida útil
2‐3 ppm Fe10 años de vida útil
Arroz con alto contenido de hierroArroz con alto contenido de hierroEl enfoque transgénico es la única opciónEl enfoque transgénico es la única opción
Endospermo‐Espresión específica del gen de la ferritina
G d BGerard Barry
Inez Slamet‐Loedin
Sobreexpresión del gen de nicotianamina sintasa (NAS) de arroz
Alex JohnsonJames StangoulisL M
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Laura Moreno
Altas concentraciones de Fe (19 ppm) y Zn (75 ppm)en arroz blanco
confirmado en las líneas T2 sobreexpresadas
Los niveles de hierro en varias líneas U. Melbourne 35S::OsNAS2 supera la meta de 14.5 ppm Fe para la
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Alex Johnson & James Stangoulis
p pp pbiofortificación de arroz
Arroz transgénicoEstado del Producto
2011: ensayos de
Estado del Producto
O NAS1 O NAS2 O NAS3 E t d 2011: ensayos de bioseguridad confinados y
OsNAS1, OsNAS2, OsNAS3 Eventos de bioseguridad en invernadero en Australia
confinados y retrocruzamiento con líneas de grancon líneas de gran rendimiento en CIAT
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Alex Johnson, Laura Moreno. U. Melbourne
Cambios en arroz
Mejoramiento→mapeo & crucesEstrategias
Un novedoso sistema de híbridos
Mejoramiento→ mapeo & crucesGenéticaGenética→ → ortortóólogoslogos SDSDMolecular → Letalidad sintética
Estrategias
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Yale, U. Rhode Island, CIAT. Financiación: NSF
Éxito reciente en el IRRI Nuevas líneas no transgénicas Sub1Nuevas líneas no transgénicas Sub1después de 17 días de inmersiónen el campo en el IRRI‐Filippinas
S b S b1IR64-Sub1
Samba
Samba-Sub1 IR49830 (Sub1)
IR64
IR42
IR64 IR64
IR49830 (Sub1)
IR49830 (Sub1)
IR42
Samba
IR64-Sub1
Samba-Sub1
IR49830 (Sub1) IR64 Sub1
IR42
IR64-Sub1Samba
IR42
Samba-Sub1
( )
Samba
IR64-Sub1IR49830 (Sub1)
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
IR64
Hacia la reconstrucción del genoma del arroz
Técnicas genómicas disponibles para eldisponibles para el
desarrollo y formación de nuevos acervosnuevos acervos
genéticos
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
Hacia la reconstrucción del genoma del arroz
• Las ciencias biológicas tienen un mayor potencial ahora• Las ciencias biológicas tienen un mayor potencial ahora gracias a las nuevas tecnologías
• Mejoramiento‐biotecnología ofrece parte de la solución
• Necesidad de integrar el mejoramiento con nuevas estrategias de implementación agronómica
• Medidas urgentes ya que la integración entre descubrimiento científico, la innovación tecnológica y la
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
, g yimplementación, toma varios años
Gracias
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
www.ciat.cgiar.org
Top Related