Perspectivas genomica arroz

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


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


¿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


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


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


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


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


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


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


– 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


con Hierro

Detección de SNPs – Illumina Diversidad de germoplasma de LAC

Genotipos gráficosversus Indica

Genotipos gráficosversus Japónica Tropical


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


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%



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


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


( 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


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


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


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


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


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


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


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)


IR64


Técnicas genómicas disponibles para eldisponibles para el

desarrollo y formación de nuevos acervosnuevos acervos

genéticos



• 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


, g yimplementación, toma varios años

Gracias


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