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Proyectos

Ajustando el metabolismo de la prolina en las plantas para aumentar su tolerancia al estrés

La alfalfa es la principal leguminosa forrajera utilizada en todo el mundo para alimentar al ganado y se sabe que la acumulación de prolina es una respuesta conservada de las plantas al estrés que tiene múltiples funciones beneficiosas, pero esta respuesta ha sido poco aprovechada para el desarrollo de variedades de cultivos más resistentes. Por lo tanto, en este proyecto proponemos desarrollar un genotipo resistente a la alfalfa ajustando el metabolismo de la prolina a través de la edición de genes CRISPR/Cas9. Las plantas editadas estarán libres de transgénesis haciéndolas más aceptables por la sociedad. Las futuras aplicaciones de estos resultados incluyen el uso de esta leguminosa en la industria ganadera. Como subproducto también obtendremos plantas knock-out para el gen P5CS2 (es decir, con acumulación reducida de prolina), que serán un recurso valioso para apoyar diferentes proyectos de ciencia básica en curso en nuestro grupo y el grupo de nuestros colaboradores.

PCR - S. Signorelli. ICGEB, Italia.

DNA

Aceleración de la evolución: ingeniería de enzimas invertasa para mejorar el metabolismo de la fruta en el banano

Las bananas se producen en más de 120 países de América del Sur, África y Asia y alrededor del 85 % de la cosecha se conserva como fuente vital de alimento para 400 millones de personas. Con una producción mundial de 145 millones de toneladas, el banano representa uno de los cultivos alimentarios más importantes. La principal amenaza para el cultivo de banano es la sequía, que provoca pérdidas de rendimiento de hasta un 65%.

Las frutas de plátano pueden acumular cantidades más pequeñas de fructanos de tipo inulina, oligo y polisacáridos que contienen fructosa que son bien conocidos por sus propiedades prebióticas, inmunomoduladoras y antioxidantes que contribuyen a la salud humana cuando se usan en alimentos funcionales. Por otro lado, los fructanos de tipo inulina están emergiendo como señales importantes durante las respuestas al estrés de las plantas. En el banano, los fructanos son producidos por una o más enzimas invertasas vacuolares (VI) que están "en camino" de convertirse en enzimas biosintéticas de fructanos "genuinas" o fructosil transferasas (FT), como ocurre en las plantas que acumulan fructanos en mayor cantidad (por ejemplo, la achicoria). , alcachofa de Jerusalén, etc.). Es ampliamente aceptado que los FT evolucionaron a partir de los VI en las plantas.

El objetivo de este proyecto es usar la tecnología CRISPR/Cas 9 para editar el genoma del banano de tal manera que se acelere la evolución al transformar dos VIs de banano en FTs, con un doble propósito:

(i) Aumentar los niveles de fructanos en la fruta del banano como una estrategia directa para introducir estos compuestos que mejoran la salud en las dietas humanas.

(ii) Aumentar los niveles de fructanos en otras partes de las plantas de banano para contrarrestar el estrés (con énfasis en el estrés por sequía).

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Proyecto de Beca Postdoctoral - S. Signorelli. FWO Bélgica.

Acumulación de prolina en plantas: un enfoque multidisciplinario para dilucidar 

La acumulación de prolina es una respuesta evocadoramente conservada de las plantas al estrés. La relevancia bioquímica y fisiológica de esta respuesta aún no está clara y, por lo tanto, no se ha utilizado como marcador molecular para el desarrollo de cultivos más resistentes. Este proyecto tiene como objetivo ampliar nuestro conocimiento actual sobre el papel de la acumulación de prolina en la aclimatación de las plantas al estrés abiótico.

Evaluaremos el proteoma de plantas mutantes KO incapaces de acumular prolina en condiciones de sequía y estrés salino para determinar qué procesos biológicos se ven afectados por la acumulación de prolina. En estos mutantes también evaluaremos su capacidad fotosintética y daño oxidativo cloroplástico en condiciones de sequía y estrés salino. Además, si el catabolismo de la prolina contribuye a la aparición de la autofagia inducida. Finalmente, estudiaremos las propiedades físico-químicas de la prolina para determinar su capacidad osmolítica y comosmótropa en relación con otras osmolitas compatibles de las plantas. Comprender el papel de la acumulación de prolina bajo estrés ampliaría nuestro conocimiento actual en un tema de relevancia agronómica. Además, proporcionaría nuevos conceptos para que los mejoradores los consideren en los programas de mejoramiento convencional oa través de la biotecnología, para mitigar el impacto negativo causado por el estrés ambiental  en el rendimiento y la calidad de los cultivos.

Proyecto I+D CSIC - S. Signorelli. - AH Millar - CSIC, Uruguay.

Image by Rodion Kutsaev

Revelando el papel de la acumulación de prolina bajo estrés abiótico en las plantas

Los estreses abióticos (p. ej., la sequía) son limitaciones constantes para el rendimiento y la calidad de los cultivos uruguayos. La prolina es un aminoácido relevante en las plantas y su acumulación está relacionada con la respuesta de las plantas al estrés abiótico. Sin embargo, la relevancia bioquímica y fisiológica de esta respuesta sigue siendo poco conocida y, por lo tanto, poco explotada para el desarrollo de variedades de cultivos más resistentes. Esto se atribuye en parte al hecho de que la mayoría de las investigaciones se han centrado en la propia prolina y no en los beneficios de la activación de su biosíntesis y degradación. En este proyecto, utilizaremos un enfoque innovador centrado en el metabolismo de la prolina como estrategia de las plantas para permitir una aclimatación eficaz al estrés abiótico. La hipótesis principal de este proyecto es que la acumulación de prolina es necesaria para la regeneración del NADP cloroplástico, que es esencial para mantener la actividad fotosintética. Por lo tanto, la biosíntesis de prolina jugaría un papel importante en el bienestar de las plantas en condiciones de estrés. Para probar esto, evaluaremos la actividad fotosintética y el estado redox cloroplástico en dos mutantes KO independientes para la acumulación de prolina y la planta de tipo salvaje bajo condiciones de control, salinidad y sequía. Usando enfoques proteómicos, determinaremos la localización subcelular de las enzimas del metabolismo de la prolina e identificaremos proteínas expresadas diferencialmente en las líneas mutantes para determinar qué procesos metabólicos se ven afectados por la biosíntesis de prolina. El resultado previsto de este proyecto es contribuir a la comprensión de esta respuesta clave al estrés en la biología vegetal y, a más largo plazo, proporcionar beneficios significativos para los fitomejoradores.

Proyecto DT - S. Signorelli. CSICUruguay.

Test Tubes

Ecología, selección, formulación y uso de microorganismos benéficos en la agricultura

La necesidad de alcanzar una agricultura sostenible ha potenciado el interés por la fijación biológica de nitrógeno (FBN) y con ello el interés por desarrollar nuevos inoculantes para la simbiosis rizobio-leguminosa, en particular para aquellos de relevancia en forrajes y alimentos._cc781905-5cde-3194- bb3b-136bad5cf58d_

En Uruguay, los inoculantes actuales utilizados para loto, alfalfa y trébol fueron seleccionados en la década del 60, en ambientes agronómicos diferentes a los que tenemos. Al menos la mitad de los productores no inoculan loto y trébol, alegando que no observan ningún beneficio de la inoculación.

En los campos uruguayos, la mayoría de los nódulos están ocupados por cepas nativas, y esto también se observó en Australia y Nueva Zelanda. Las poblaciones de parásitos ineficientes pueden ser la causa principal del fracaso de los pastizales. La alfalfa se usa a menudo en condiciones edáficas marginales con suelos ácidos que afectan negativamente la simbiosis y el crecimiento de las plantas. Investigadores regionales han identificado cepas tolerantes a suelos ácidos, pero no evaluadas en campo.  

En Uruguay, trabajos de Mallarino et al. (1990 a,b,c) han sugerido que el componente principal determinado por el N fijado es el área producida de la leguminosa. Sin embargo, la productividad de las leguminosas en Uruguay también se ve limitada por niveles subóptimos de pH del suelo y la nutrición de fósforo, potasio y azufre tiene un efecto directo sobre la BNF.

Este proyecto tiene como objetivo mejorar la sostenibilidad de nuestro sistema de producción de animales de pastoreo mediante la mejora de la BNF a través de (i) el desarrollo de nuevos inoculantes basados en cepas eficientes seleccionadas por su competitividad y persistencia, y (ii) mejorar nuestra comprensión del efecto de los factores agronómicos en el BNF.

J. Monza - S. Signorelli. FPTA-INIA Uruguay.

Cattle in Pasture

Edición del gen eIF4E de chile (Capsicum annuum) para desarrollar cultivares resistentes a Potyvirus

El chile (Capsicum spp.) es una de las hierbas más importantes en muchas culturas del mundo. Sin embargo, la oferta a menudo es inadecuada para satisfacer la demanda debido a enfermedades, como el potyvirus. Esta familia de fitovirus está muy extendida a nivel mundial y utiliza los áfidos como vectores de transmisión. El chile y los pimientos son propensos a la infección de al menos 11 tipos de potyvirus. Por lo tanto, esta investigación tiene como objetivo desarrollar un cultivar de chile (Capsicum annuum) resistente a potyvirus a través del método de edición de genes de CRISPR-Cas9. Se sabe que el factor de iniciación de la traducción eucariota 4E (eIF4E) confiere a las plantas susceptibilidad a los virus, en particular al potyvirus. La aparición del rasgo de resistencia de la planta al potyvirus al silenciar (Knock Out) el gen eIF4E ha demostrado ser exitosa en varios tipos de cultivos, como tomates, pepinos y soja. Desafortunadamente, esta estrategia tiene inconvenientes negativos, como sacrificar la aptitud de la planta, porque los genes de susceptibilidad a menudo también tienen funciones celulares importantes. Una forma de resolver este problema es diseñar una variante del gen de susceptibilidad que sea idéntica al alelo resistente en la naturaleza. Se sabía que el alelo eIF4E resistente a potyvirus en algunos cultivares de chile difería solo en unos pocos aminoácidos, en comparación con el eIF4E sensible a potyvirus. El resultado esperado de esta investigación es un cultivar de Chile con el gen eIF4E editado que es resistente a la infección por potyvirus con morfologías inalteradas.

Red Chili Pods

K. Meitha - RISET ITB 2021

Desarrollo de un inoculante de alfalfa persistente a los suelos ácidos de la cuenca lechera uruguaya

Los ganaderos lecheros utilizan la alfalfa (Medical sativa) en pastos de ciclo largo, aunque en baja proporción en comparación con las leguminosas de menor capacidad productiva y/o persistencia. Si bien las condiciones edáficas de la Cuenca del Diario son marginales para la alfalfa, su cultivo tiene un alto potencial productivo, por lo que la ampliación del área puede mejorar la competitividad del sector al reducir los costos de alimentación pastoril. La menor preferencia por este pasto se debe a la variabilidad de los resultados obtenidos a nivel de finca desde el establecimiento, etapa en la que la nodulación es clave para el desarrollo posterior. ​La acidez del suelo afecta negativamente la simbiosis alfalfa-rizhobia, y restringe el crecimiento y persistencia de Sinorhizobium meliloti, lo que condiciona la producción al éxito de la inoculación. Por ello, es relevante para la producción lechera uruguaya contar con cepas persistentes, como las que nodulan Lotus corniculatus, Trifolium pratense y T. repent. En este proyecto se propone (i) desarrollar un inoculante eficiente para el pH ácido que persiste en los suelos de la Cuenca Lechera, (ii) generar información de cuánto afecta la temperatura del suelo al establecimiento de la simbiosis, la cual es aplicable a Recomendaciones sobre fechas de siembra. La prospección y evaluación de cepas en la Cuenca Lechera permitirá la primera aproximación a un problema sin dimensión, cual es la presencia de cepas parásitas tipo Oregón en dichos suelos.

J. Monza - FMV-ANII

Cows in Pasture
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