PROGRAMA NACIONAL DE INNOVACIÓN AGRARIA …...polilla de los Andes y de rancha fue necesario...
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09/09/2015 1 PROGRAMA NACIONAL DE INNOVACIÓN AGRARIA PNIA TALLER DE LANZAMIENTO Lima, 9 de setiembre de 2015
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09/09/2015
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PROGRAMA NACIONAL DE INNOVACIÓN AGRARIA
PNIA
TALLER DE LANZAMIENTO
Lima, 9 de setiembre de 2015
09/09/2015
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El cambio climático se ha hecho totalmente evidente y las heladas,
sequías e inundaciones son frecuentes. Sin embargo, la resiliencia
incorporada a los principales sistemas agrarios como consecuencia de la
inversión en I+D+I ha permitido reducir sus efectos.
Si bien la población ha superado los 37 millones de personas, el
desarrollo agrícola ha permitido utilizar todo el potencial de tierras
agrícolas (7.6 millones de hectáreas) manteniendo la relación de 0.20
ha/persona.
0
5.000.000
10.000.000
15.000.000
20.000.000
25.000.000
30.000.000
35.000.000
40.000.000
45.000.000
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Pe
rso
na
s
37.24 millones
31.15 millones
Al terminar la moratoria a los transgénicos (Ley 29811) el 8 de diciembre
del 2021, se inicia en el 2023 la siembra de maíz amarillo duro (MAD)
con eventos apilados y tolerancia a la sequía. Con una adopción de
50%, la superficie sembrada este año es de casi 130,000 ha con un
rendimiento promedio de 10 TM/ha.
Con las mejoras tecnológicas el rendimiento promedio nacional de MAD
es de 6 TM con lo cual la producción nacional de este año es de 2.32
millones de TM
0
200.000
400.000
600.000
800.000
1.000.000
1.200.000
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035
Pro
du
cció
n (
TM
)
Áre
a (
ha
)
Área GM Produccion (TM)
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La recuperación del cultivo del algodón se vió potenciada por el
desarrollo de variedades GM de Pima y Tangüis llevado a cabo por
grupos de investigación peruanos. Este año se sembró algo más de 40
mil hectáreas.
0
500.000
1.000.000
1.500.000
2.000.000
2.500.000
3.000.000
3.500.000
4.000.000
4.500.000
5.000.000
0
5000
10000
15000
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25000
30000
35000
40000
45000
2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030 2031 2032 2033 2034 2035
Pro
du
cció
n (
)
Hectá
rea
s
Años
Área GM Producción (qq)
Adopción al 10% Adopción al 80%
Introducción de:
Pima GM y
Tangüis GM
desarrollados en
el país
El Centro Nacional de Biotecnología Agropecuaria y Forestal (CENBAF),
inaugurado en el Bicentenario, y los Laboratorios Asociados han sido
determinantes para el desarrollo y aplicación de la biotecnología en la
agricultura, ganadería e industria.
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El mercado de exportación de la quinua se contrajo
por el incremento de la producción en varios países
que introdujeron mejoras tecnológicas,
particularmente después del secuenciamiento de su
genoma.
Sin embargo, la quinua biofortificada desarrollada
en el país contribuye a la reducción de anemia
infantil y seguridad alimentaria.
Con la experiencia de la quinua, el
genoma de la cañihua fue secuenciado
por grupos peruanos, lo cual ha
permitido que se haga mejoramiento
genómico e ingeniería genómica.
El secuenciamiento del tarwi
llevado a cabo por grupos peruanos
se facilitó por el conocimiento
previo de la secuencia del genoma
de Lupinus angustifolius.
Debido a la fuerte incidencia de
polilla de los Andes y de rancha fue
necesario desarrollar una variedad
GM con eventos apilados.
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El secuenciamiento del genoma de la alpaca
por grupos chinos y norteamericanos hizo
que sea de interés nacional el
secuenciamiento del genoma y transcriptoma
de la vicuña, lo cual ha permitido encontrar
los principales genes responsables de la
formación de la fibra y su utilización para la
edición de genes en la alpaca.
El secuenciamiento del genoma y
transcriptoma de plantas del desierto
y plantas halófilas ha permitido
identificar genes de tolerancia al
estrés hídrico para ser transferidos a
plantas cultivables.
Progresivamente el modelo de cadenas productivas se está cambiando
por sistemas productivos enmarcados en el concepto de Bioeconomía.
La cadena se rompe por el eslabón más débil:
el agricultor
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Se encuentran operando varias biorefinerías dedicadas a la producción
simultánea de biocombustibles y ácidos orgánicos de alta demanda
como succínico, fumárico y glucónico a partir de biomasa residual.
Otra biorefinería se encuentra produciendo drogas, enzimas y
productos génicos desarrollados a partir de metagenomas nativos.
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Resistencia a estrés (sequía, sales, heladas...)
Resistencia a químicos, plagas y enfermedades
Maduración retardada de frutos – modificación del periodo de floración
Cualidades alimenticias (Vitaminas, aminoácidos, minerales) - Biofortificación
Cualidades tecnológicas (flores, almidones transparentes, proteínas terapéuticas)
Cualidades energéticas (aceites, azúcares, celulosa)
Biodiversidad
Microorganismos, plantas y animales
21,6
-36,9 -39,2
3,3
68,2
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
Rendimiento Cantidad de pesticida
Costo de pesticida
Costo total de producción
Rentabilidad
Cam
bio
po
rcen
tua
l (%
)
Klümper W, Qaim M (2014) A Meta-Analysis of the Impacts of Genetically Modified Crops. PLoS ONE 9(11): e111629. doi:10.1371/journal.pone.0111629
Impactos de la adopción de cultivos transgénicos
(1996 -2014)
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Número de copias: Seleccióncultivos con 1 copia
•Southern
•PCR
Posición: Selección localización intergénica
•TAIL-PCR
Expresión: Selección Expresión abundante
•qPCR
•Proteómica
Evaluaciones primarias de los microcultivos transgénicos
Microcultivo
transgénico
No se dañan genes nativos Biodiversidad Genes de
microorganismos, plantas y animales
1. Toxicidad
2. Alergenicidad
3. Comportamiento del transgen: expresión
primaria (RNAm, proteína, interacciones)
4. Equivalencia composicional
5. Comportamiento Agronómico
6. Flujo de polen
7. Flujo génico
Evaluaciones que se realizan en la etapa pre-comercial a las plantas transgénicas
3 - 4 años 1 - 2 años 3 - 4 años
Duración de la I+D y pruebas de bioseguridad en la
producción de una variedad transgénica
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Seguenciamiento de Genomas
2010: 5K$,
pocos días 2009: Illumina,
Helicos
40-50K$
Año
Log
10(precio
)
2010 2005 2000
10
8
6
4
2 2012: 100$,
<24 hrs
2008: ABI SOLiD
60K$, 2 semanas
2007: 454
1M$, 3 meses
2001: Celera
100M$, 3 años
2001: Human Genome Project
2.7G$, 11 años
DNA
genómico Muestra Bioanalyzer: calidad Preparación
de bibliotecas
Secuenciamiento NGS
Lecturas
(reads)
Ensamblaje (contigs, scafolds)
Anotación (asignación de
ORFs, genes)
Procedimiento de secuenciamiento
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Genomas de 3
especies de
algodón
Genómica funcional
Transcriptoma Proteoma Metaboloma
•Expresión diferencial de genes
•Regulación global de genes
•Niveles de proteína
•Interacciones proteicas
•Estructura/función
• Parámetros cinéticos
• Modelamiento de vías metabólicas
Bioinformática
Secuencia genómica Recolección de datos
Análisis funcional de ORFs desconocidas
•Estadística
•Análisis de bases de datos
•Reconocimiento de patrones
•Simulaciones de célula completa
Aplicaciones:
•Ingeniería metabólica e Ing. Genómica
•Biología sintética
•Nuevas drogas
•Optimización de bioprocesos
•Nuevas variedades de plantas
• Análisis de flujos metabólicos
Flujoma
Gutiérrez-Correa, M. 2010. Megaproyecto de
Biotecnología - Biodiversidad, Biotecnología y
Bioeconomía: Valorización biotecnológica de la
biodiversidad. En “Identificación de
Megaproyectos de Investigación Científica”. J.
Segovia-Juárez, ed., p.21-39. CONCYTEC
(ISBN: 978-9972-50-137-1), Lima.
Genómica estructural
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Genes de Arabidopsis inducidos por hipoxia : Expresión a traves de experimentos,
tipos celulares y ortólogos en otros organismos
Mustroph A et al. Plantphysiol 2010;152:1484-1500
Micelio fúngico
Nitrógeno líquido, sonicación
2D-PAGE
MALDI-TOF/ MS-TOF
Esquema general para la extracción y
recuperación e identificación de proteínas
Identificación de la proteína
Lisis
Digestión in gel
(tripsina, Lys-C)
Electroforesis
capilar
Digestión
(tripsina, Lys-C)
Cromatografía
líquida (1D, 2D)
Digestión
(tripsina, Lys-C)
Adaptado de: Carberry & Doyle
(2007) Cytotechnology 53:95–
100
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MS-TOF Results: spot 16B
Metaboloma carbonado y asimilación de sulfato en Arabidopsis
thaliana en estrés nutricional
PEP, phosphoenolpyruvate; APS, adenosine 5-phosphosulfate; APR, APS reductase; PAPS, phosphoadenosine 5-phosphosulfate; γ-EC, γ-
glutamylcysteine; γ-ECS, γ-glutamylcysteine synthetase; GDH, glutamate dehydrogenase; GSH, glutathione; 2-OG, 2-oxoglutarate; GS/GOGAT,
glutamine synthetase/glutamate synthase.
Masami Yokota Hirai et al. PNAS 101: 10205–10210, 2004
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Genómica
(estructural y
funcional)
Código de barras
Evolución
Ecología
molecular
Ecología de
Metagenomas
Taxonomía molecular
Systems Biology
Ingeniería
Genómica
Evolución
dirigida
Factorías
celulares
Plantas
recombinantes
1. Fitomejoramiento clásico (Mutaciones)
2. Mejoramiento asistido por marcadores
3. TILLING y Eco-TILLING
4. Ingeniería Genómica:
• Selección genómica
• Edición de genes (TALEN-CRISPR/Cas9)
• RNA de interferencia (Silenciamiento de
genes)
5. DNA recombinante
Rutas para el mejoramiento genético
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Incremento
del
rendimiento
Alto valor
nutritivo
Hambre y desnutrición
Manipulación
del desarrollo
de plantas
Manipulación
de la arquitec-
tura de la
planta
Aumento de la
fotosíntesis y
toma de
nutrientes
Incremento en
carbohidratos,
proteínas y
grasas útiles
Modificación
en contenidos
de CHO, prot.
o grasas
Fortificación
con vitaminas
y minerales
Tolerancia a
estrés abiótico
Protección
contra pestes y
patógenos
Eliminar
factores anti-
nutricionales
Acortar intervalos de generación
Ciclos múltiples de producción
Canalización de la biomasa
hacia órganos comestibles
Incrementa la densidad
de siembra
Incrementa la
acumulación
de biomasa
Biorremediación
Incrementa el uso de
tierras marginales
Tolerancia a
climas extremos
Reduce pérdidas por
plagas y enfermedades
Estrategias biotecnológicas para combatir el
hambre y la desnutrición
Usos/millones de US$
Usos sostenibles directos de la biodiversidad
Ecoturismo,
Cientos
Agroindustria y Forestería
Cientos a Miles
Especies
Industria: energía, farmoquímica
> Decenas de miles
Gutiérrez-Correa, Marcel. 2009. Bioeconomía (Segunda Parte). Revista Agronegocios 3(1), 16 – 19.
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Organismos Número de
especies
endémicas
Número total de
genes
endémicos
disponibles
VDP**
US$ Billones
VDC**
US$
Billones/año
Animales 771 0.13 x 108 3.9 390
Plantas 5,530 2.70 x 108 81.0 8,100
TOTAL 6,301 2.83 x 108 84.9 8,490
*Datos genómicos tomados de: GUTIERREZ-CORREA, M. 2005. Ciencias Biológicas, Bioquímica, Biología Molecular y Biotecnología en el Perú. En “La Investigación Científica y Tecnológica en el Perú”, (J. Verástegui, ed.), CONCYTEC, Volumen I (ISBN 9972-53-046-9), pp.264-343, BCR-CONCYTEC, Lima.
**VDP = Valor dinámico potencial (0.01% de los genes); VDC = valor dinámico comercial
Valor económico de la biodiversidad genómica en el Perú*
GUTIERREZ-CORREA, Marcel. 2009. El Valor de los Genes: Una Visión Preliminar. Bios 2(3), 4-7.
30
Serenoa repens
Hiperplasia
prostática benigna,
inflamaciones,
impotencia.
Esteroides (ß-
sitosteroles),
flavonoides
(isoquercitina,
kanferol, roifolina)
Biotecnología
celular
Farmoquímico
(precios muy
altos)
Extracción
(destrucción)
Materia Prima
(bajos precios)
Agricultura
del estrés (domesticación)
Nutracéutico
(mejores precios
pero aun bajos)
Farmoquímico (precios
altos) Biotecnología
molecular
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Consideraciones para el desarrollo sostenible
Dimensiones económicas
Dimensiones tecnológicas
Dimensiones ecológicas
Dimensiones legales/sociales
Tiempo
No sostenible fuera del “tunel”
Trayectoria del Sistema
Sostenible dentro del “tunel”
Dimensiones económicas
Dimensiones tecnológicas
Dimensiones ecológicas
Dimensiones legales/sociales
Tiempo
Trayectoria del Sistema
Consideraciones para el desarrollo sostenible
No sostenible fuera del “tunel”
Sostenible dentro del “tunel”
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Dimensiones económicas
Dimensiones tecnológicas
Dimensiones ecológicas
Dimensiones legales/sociales
Tiempo
Trayectoria del Sistema
Consideraciones para el desarrollo sostenible
Alta sostenibilidad
Cultivos
y biomasa
Suelo
Sistemas enzimáticos
Factorías celulares
Agrorefinerías Biorefinerías Biomasa
vegetal
Nutrientes
reciclados
Buenas prácticas
agrícolas (Fijación
Biol. N2, Labranza
cero, agricultura de
presición)
Pesticidas
(minimizar)
Ali
me
nto
s
Fertilizante
(optimizar) Pérdida de Nutrientes
(minimizar)
Co
mb
us
tib
les
y
bio
pro
du
cto
s
Gutiérrez-Correa, Marcel. 2009. Bioeconomía (Segunda Parte). Revista Agronegocios 3(1), 16 – 19.
Desechos
agrícolas
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2005 2010 2025 2035
Sector Comoditis Polímeros Especiales Finos
21
,20
0 M
15
7,5
00
M
54
8,5
00
M
1'6
45
,50
0 M
Producción biotecnológica de sustancias químicas
Materia prima agrícola convencional Biomasa
Combustibles Plásticos (Bio)químicos Biomateriales Alimentos
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19
O
O
O
O
O
H
HH
Hojas de
Artemisia
annua
Producida
por los
tricomas
Artemisinina Producción en S.
cerevisiae (0.1g/L)
Nature, Vol 440|13 April 2006|, p.940-943
0
200
400
600
800
1000
1200
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Año
US
$/k
g
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
Are
a c
ulti
vada (
Ha)
O
O
O
O
O
H
HH
Hoja
s
Producid
a por los
tricomas
Artemisinina
Antimalárico
Cultivo de
Artemisia
annua
Producción en
levaduras (S.
cerevisiae, >
0.1g/L)
Artemisinina
Antimalárico
O
O
O
O
O
H
HH
240,000 campesinos
chinos se han
perjudicado
Impacto de la producción biotecnológica de artemisinina
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20
Factoría
celular en
levadura
para la
producción
de opiodes
Biodiversidad endémica (incluye metagenomas)
Catálogo Molecular: •Código de barras de ADN
Bioprospección química: •Anticancerígenos •Antiinflamatorios •Antibióticos
Genomas agrarios: •Kiwicha •Cañihua •Tarwi •Vicuña
Bioprospección molecular: •Metagenomas •Genes de enzimas •Genes de drogas •Genes de
resistencia a factores B y AB
Bioprocesos: •Cultivos celulares •Cultivos radiculares •Factorías celulares •Sistemas enzimáticos •Downstream
•Denominacio-nes de origen
•Biopiratería
•Desarrollo agrario
•Exportación
•Desarrollo farmoquímico
•Desarrollo agro-industrial
•Desarrollo agrícola •Desarrollo
farmoquímico
•Desarrollo industrial •Desarrollo
farmoquímico •Exportación
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División de Biotecnología
Animal
División de Biotecnología
Vegetal
División de Bioseguridad
División de Genómica Estructural
División de Bioprocesos
Bioterios Granja
Fitotrones - Salas de propagación –
Invernaderos
Fitotrones - Invernadero
Agua – Vacío – Vapor – Nitrógeno – Gas – Electricidad – Servicios Generales
