NOVEDADES Biotecnológicas en cultivo y mejoramiento de

SORGO

Todo Sorgo 2012Rio Tercero, Septiembre 2012

y = 169,12x + 4286

R2 = 0,5909

y = 103,85x + 3658,9

R2 = 0,56943000

4000

5000

6000

7000

8000

900094 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09

Año cosecha

Desarrollo tecnológico relativo

Promedios anuales, Argentina Fuente: SAGYP

Año de cosecha

Rto

. g

ran

o (

kg

/ha)

Maiz

Sorgo

• Mejoramiento “Convencional”

• Mutagenesis

• Mejoramiento asistido por marcadores:

Fingerprinting

Gene mapping

Progreso en el mejoramiento desde lo Convencional al ”Mundo molecular”

Germoplasma: Diversidad genética

Dendogram y ACPs

Matriz de similaridades geneticas

Analisis de polimorfismos

SSRs (microsatelites)

Lineas de sorgo

Germoplasma: Diversidad genética

Una nueva Era

para el Sorgo:

Biotecnología

Fecha de publicación: 28-Ene-2009

Contacto: Joseph Blumbergblumberg@ur.rutgers.eduRutgers University

Sequencing of sorghum genome completed

Drought-resistant food, feed and biofuel source sequenced by international team                                                                         

NEW BRUNSWICK, N.J. – En un trabajo publicado en la Revista Nature esta semana, Investigadores de Rutgers: Joachim Messing, Rémy Bruggmann, y un equipo internacional de colaboradores pudieron describir en el genoma del sorgo, un cultivo tolerante a sequia Africano.

400 Mbp 700 Mbp 3,000 Mbp

Arroz Sorgo Maiz

Genoma del Sorgo: Comparacion de tamaño.

AH Paterson et al. Nature 457, 551-556 (2009) doi:10.1038/nature07723

Familias de genes ortologos entre:Sorgo, Arabidopsis, Arroz y Alamo.

Disponibilidad de la secuenciación completa del genoma de sorgo mediante la integtracion de mapas recombinantes para desarrollar un mapa fisico

Ramu et al. Mol Breeding 2010, 26:409-418

Genomica del Sorgo

*Mapeo de QTLs (usando SSR, DArT or SNP)

*Altura de planta y madurez.

*Control genetico de la fertilidad.

*Genes de resistencia a enfermedades fungicas y virosicas: (Downey mildew, Roya, Carbon, SCMV)

*Genes de resistencia a insectos. (Mosquita del sorgo, Pulgon verde)

*Genes y QTLs relacionados con estreses abioticos como: Sequía en post-floracion (stay-green), Brotado en pre-cosecha, Tolerancia a aluminio.

*Caracterizacion de factores de transcripcion

*Identificacion de factores de transcripcion de genes diferencial en respuesta inducciones bioticas y abioticas (ej. Ataque de pulgones, tratamientos de deshidratacion, alta salinidad, ABA, Ac Salicilico, etc.)

Post – Genomica del Sorgo

Usos Actuales y resultados:

Selección por resistencia a Pulgon verde de los cereales biotipo I

Se identificaron MM´s SSR asociados a QTLs que confieren resistencia.

Lineas resistentes son seleccionadas tempranamente asistida por MM’s.

Usos Actuales y resultados:

Conversiones limpias:

Selección de BG mediante MMs para la introgresion de atributos de interes agronomico.

*Mapeo por asociacion

*Control de altura de planta y madurez en distintos ambientes.

*Angulo de raices.

*Rendimiento de azucar y contenido de azucar en jugo.

*Inducción de mutagenesis, screening, y caracterización.

*Identificacion de perdida o ganancia de genes funcionales.

Post – Genomica del Sorgo

Nuevas tecnologías …

requieren un esfuerzo multidiciplinario

Nuevas tecnologias …

requieren un esfuerzo multidiciplinario

Nuevas tecnologias …

1. TRANSFORMACION

1993 Primer reporte de trasnformacion de sorgo.(gene gun)Hasegawa’s lab @Purdue PNAS 90, 11212

2000 Transformacion con Agrobacterium Zhao’s lab @Pioneer Hi-Bred Plant Mol Biol 44, 789

Transformacion de sorgo ha sido lograda…

Pero,La eficiencia de transformacion en sorgo es (se considera) baja.

Año Publicacion E.T.%

1993 PNAS 90, 11212 0.3%

2000 Plant Mol Biol 44, 789 2%

2005 Plant Biotech J 3, 591 3%

2006 Plant Cell Rep 25, 784 2%

2007 Plant Cell Tissue Organ Cult 91, 155 5%

2009 Plant Cell Rep 28, 429 7%

La Historia de la Transformación esta ocurriendo en Argentina…

En el Laboratorio de Biotecnologia de Advanta

en Balcarce, Buenos Aires

ES REALIDAD

* Transformacion de embriones prematuros de sorgo con Agrobacterium…

5’2/3 dias

6-9 semanas

25 dias 2,4-D, selective agent carbenicilline

Luz, kinetine, IAA

Seleccion (28 C)Regeneracion

3/4 dias

Resto

Esterilizacion, aislamiento e infeccion Co-cultivo 2-3 dias

(24 C)

(28 C)(25 C)

Carbenicillin 2,4-D

~2 h

Nuevas Tecnologías, uso practico…

I NSP US / Texas A&M (Rooney et al.) / Compañías de semilla.

Rooney et al. Potenciación de heterosis genotipeado digital de germoplasma exótico

Rooney et al. Potenciación de heterosis Composición alelica de 23 genotipos de sorgo.

Rooney et al. Potenciación de heterosis Cronograma de actividades y responsabilidades.

NSP US National Sorghum Producers: consorcio

herbicida cletodim ( Select , Select Max )

Universidad de Kansas / Dupont Crop Protection. ALS herbicida sulphylurea ACC herbicida quizalofop Otros semilleros/ Otros herbicidas???

GMO No-GMO

NUEVAS TECNOLOGIAS, USO PRACTICO SORGO RESISTENTE A HERBICIDAS?

Nuevas Tecnologías, uso practico…

II GMO : EUN

Sorgo responde a la fertilización nitrogenada, pero aumentando parcialmente la absorción de N aplicado. El exceso de N se volatiliza y se transforma en un contaminante importante.

N

70%30%

Nitrogeno, puede ser un contaminante atmosférico importante. Representa un 5% de los gases de efecto invernadero.

Source: J Bellarby et al. Cool Farming: Climate impacts of agriculture and mitigation potential. greenpeace.org

MT of CO2-eq

5% global GHG

Fertilización N

Año Millon Tons

2009/10 100

2014/15 (proyectado)

110

Source: P Heffer & M Prud’homme Fertilizer Outlook 2010 – 2014. 78th IFA Annual Conference

Fertilización Nitrogenada se incrementaría en el corto plazo.

Cultivos mas eficientes en el uso del N brindan beneficios económicos y ambientales que contribuyen a la sustentabilidad.

70%30%

N N

Cultivos eficientes en el uso del N, rinden mas (biomasa y grano) y liberan menos N al ambiente.

NUE

Control

5000

4000

3000

2000

1000

0

Rendimiento (grano) (kg/ha)

N aplicado (kg/ha)

0 56 168 280

EUN en Canola en condiciones sub-optimas de crecimiento

Nuevas Tecnologías, uso practico…

II GMO : Resistencia a Sequia

Limitaciones hídricas afectan a los cultivos e imponen fronteras de producción agrícola.

Terra Satellite - NASA

http://soilcrop.tamu.edu/photogallery/cornsorghum+/

*… El sorgo requiere menos agua?

S. Staggenborg, W. Barney Gordon, R. Vanderlip, K. Dhuyvetter. 2011. Sorghum and Corn: Crop Management in Stress-Prone Environments. http://www.plantmanagementnetwork.org

http://soilcrop.tamu.edu/photogallery/cornsorghum+/

*… El sorgo requiere menos agua?

Resistencia a sequia

Tolerancia

Escape (ciclo, plasticidad fenologica)

Eficiencia uso del agua

Hahb4

Hahb4 es un factor de transcripción que induce la expresión de genes involucrados en una respuesta adaptativa a sequia

Sequia Post-sequia

En Advanta intentamos buscar Sorgos que aseguren resultados cercanos a su potencial:

Eficiencia en el uso del N: Bajos costos.

Altos rendimientos.

Bajo impacto ambiental.

Tolerancia a sequia: Igual rendimiento con menos agua.

Mas rendimiento por unidad de

agua provista.

Para implementar este esfuerzo en el mejoramiento, un programa de

ingeniería genética fue establecido en el centro de Biotecnología de

Balcarce, con el objetivo de ampliar el espectro de genes disponibles en el pool

de genes del sorgo.

Fueron licenciados genes de Arcadia y Bioceres para mejorar los sorgos…

Trait Gene Licensed from

NUE Barley AlaAT

Drought

tolerance

Sunflower

Hahb-4

Water Use

Efficiency

IPT

Salt

Tolerance

AtNHX1

Confidential

*Resumen

*Mejoramiento convencional + Biotecnologia

*Utilizacion de Nuevas Herramientas en Mejoramiento

*Conversiones limpias,

*Seleccion asistida por marcadores.

*Screening temprano de genes funcionales.

*Utilizacion de nuevas tecnologias

*Transformacion

* Objetivos

*Proteccion del rendimiento potencial del Sorgo

*Permitir el incremento de rendimiento de Sorgo mediante tecnicas de mejoramiento tradicional.

Gracias por su atencion.!!!

Pedro A. Pardo

Investigación Sorgo – Venado Tuerto

pedro.pardo@advantasemillas.com.ar