007 las perspectivas desde la genomica, joe tohme
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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
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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
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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?
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
![Page 23: 007 las perspectivas desde la genomica, joe tohme](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022032420/55a4e6621a28ab74328b4571/html5/thumbnails/23.jpg)
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
![Page 24: 007 las perspectivas desde la genomica, joe tohme](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022032420/55a4e6621a28ab74328b4571/html5/thumbnails/24.jpg)
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
![Page 25: 007 las perspectivas desde la genomica, joe tohme](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022032420/55a4e6621a28ab74328b4571/html5/thumbnails/25.jpg)
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
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Gracias
Eco-Efficient Agriculture for the Poor
www.ciat.cgiar.org