EL PAPEL DE LA BIOTECNOLOGÍA EN LA

AGRICULTURA

Oct. 2017carolina.perezmartinez@yahoo.com.mx

Dra. Carolina Pérez Martínez

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

LA AGRICULTURA EN MÉXICO

Es un sector

importante por sus

múltiples funciones:

económico, social y

ambiental.

3.7 % PIB

Fuente: SAGARPA

PRODUCCIÓN AGRÍCOLA EN MÉXICO

Fuente: SAGARPA

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.

¿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

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).

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.

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

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

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.

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

1. Herramientas

moleculares para el

fitomejoramiento;

incluyendo técnicas

específicas tales como la

selección asistida por

marcadores

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

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.

2. Los descubrimientos del ADN recombinante que

conducen a la creación de variedades de cultivos

transgénicos u organismos modificados

genéticamente

¿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.

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.

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.

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

Permisos otorgados para la etapa experimental y

piloto de OGM´s

Fuente: SAGARPA

3. Técnicas de diagnóstico

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

SAGARPA

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

Programa de Vigilancia Epidemiológica

Fitosanitaria

SENASICA

SIRVEF: Riesgo para la

introducción, establecimiento o

en su caso dispersión de plagas

de importancia cuarentenaria.

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.

¿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

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.

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

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)

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

SENASICA

Detección molecular del virus Psorosis en el

cultivo de Cítricos

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

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

Metodología

INIFAP

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

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.

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

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

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

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.

¿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

Evaluación de patogenicidad

Dispositivo de incubación de P.

neoaphidis en B. brassicae;

Identificación de cepas (3 métodos)

1. Caracterización morfológica de la colonia y de las estructuras del hongo (microscópica)

Beauveria bassiana

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

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

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 %

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

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

Secuencia 378 pb aprox.

TCGCCCCAGCCCGGACGCGGACTGGACCAGCGGCCCGCCGGGGACCTCAAACTCTTGTATTCCAGCATCTTCTGAATACGCCGCAAGGCAAAACAAATGAATCAAAACTTTCAACAACGGATCTCTTGGCTCTGGCATCGATGAAGAACGCAGCGAAATGCGATAAGTAATGTGAATTGCAGAATCCAGTGAATCATCGAATCTTTGAACGCACATTGCGCCCGCCAGCATTCTGGCGGGCATGCCTGTTCGAGCGTCATTTCAACCCTCGACCTCCCCTTGGGGAGGTCGGCGTTGGGGACCGGCAGCACCACCGCCGGCCCTGAAATGGAGTGGCGGCCCGTCCGCGGCGACCTCTGCGTAGTAATACAGCTT

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

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.

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

Construcción del árbol filogenético

Programa MEGA y el método Neighbour Joining (NJ) para

determinar sus relaciones taxonómicas y agrupación de

especies

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.

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.

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

Preservación en agua y glicerol 10%

-20°C

Corte de rodajas de B. bassiana

crecida en medio ADS

criovial con agua o glicerol 10%

4 rodajas de B. bassiana por criovial

Preservación en agua y glicerol 10% -

20°C

Rack con 100 crioviales

Ultracongelador -20°C

Antes de almacenarse a

-20°C deben mantenerse

a 4°C por 2 días.

Metabolismo suspendido

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

Base de datos

Cepa CP Bb9 (pluriespórico) crecimiento en medio ADS a 22°C

Cepas CP Bb 6 (monosporicos A-D) crecimiento en medio ADS a 22°C

Biotecnología en nuevos productos a nivel

mundial

SAGARPA