2011_13 Mejoramiento asistido por marcadores.pdf - FBMC ...
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Agrobiotecnología<br />
Curso <strong>2011</strong><br />
<strong>Mejoramiento</strong> <strong>asistido</strong> <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong> moleculares<br />
Mariano Bulos<br />
Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular<br />
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales<br />
Universidad de Buenos Aires
Indice<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Introducción<br />
Selección asistida <strong>por</strong> <strong>marcadores</strong> moleculares<br />
Diferentes clases de <strong>marcadores</strong> moleculares<br />
y ejemplos de su aplicación<br />
Conversiones<br />
Diversidad genética<br />
Nuevos traits (abril 2010)<br />
<strong>Mejoramiento</strong> molecular<br />
El mejoramiento hoy<br />
Referencias
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Introducción
La<br />
necesidad<br />
de producir<br />
más.<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
“Los agricultores del mundo de hoy están<br />
alimentando a más del doble de gente que en<br />
1950 con la misma cantidad de tierra”<br />
(Will, G., 1995)<br />
El incremento de los rendimientos de los cultivos<br />
(IR) se ha logrado <strong>por</strong> ganancia genética (Gg),<br />
ganancia <strong>por</strong> manejo (prácticas agronómicas<br />
(Gm) y <strong>por</strong> la interacción entre ambas (Ig*m).<br />
IR= Gg + Gm + Ig*m
Interaccion<br />
es entre<br />
progreso<br />
genético y<br />
manejo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Rendimiento (qq/ha)<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
0 40 80 120 160<br />
Nitrógeno (kg/ha)<br />
Trigo<br />
convencional<br />
Trigo enano<br />
Arroz<br />
convencional<br />
Arroz enano<br />
Se ha mejorado y se debe continuar mejorando<br />
para obtener genotipos que permitan maximizar<br />
el aprovechamiento de la interacción entre la<br />
oferta edafoclimática y las tecnologías biológica,<br />
química y agronómica.
Una definición<br />
de<br />
mejoramiento<br />
genético<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Conjunto de principios científicos, métodos,<br />
técnicas y estrategias aplicadas a la<br />
obtención de genotipos o grupos de<br />
genotipos con características deseables,<br />
según objetivos previamente definidos<br />
Proceso fundamental:<br />
cambio adaptativo <strong>por</strong> sustitución alélica<br />
bajo selección, seguido <strong>por</strong> el aislamiento<br />
de los productos diferenciados
Procesos del<br />
mejoramiento<br />
genético<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Recombinación<br />
Un ciclo de selección<br />
Selección<br />
Evaluación
Factores<br />
determinantes<br />
del progreso<br />
genético<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Gy=<br />
kσ²A<br />
y σP<br />
Ref.: Lush, 1945; Eberhart, 1972
<strong>Mejoramiento</strong><br />
y <strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Aplicaciones<br />
1. Selección asistida<br />
2. Conversiones<br />
3. Organización, mantenimiento<br />
e incremento de la diversidad<br />
genética.
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Selección asistida <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong> moleculares
Selección<br />
asistida <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
S R H R H H R H R R H R H R H H H
Metodologías<br />
de extracción<br />
de ADN<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
El tipo de extracción varía de acuerdo<br />
con las necesidades específicas de<br />
cada proyecto<br />
Manual:<br />
- SDS<br />
- Papel nucleico<br />
Automática:<br />
- Partículas magnéticas
¿Porqué<br />
distintos<br />
métodos de<br />
extracción?<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Manual<br />
SDS:<br />
Permite obtener grandes cantidades de ADN con<br />
buena calidad y un costo muy bajo. Implica mayores<br />
tiempos que el resto de los métodos.<br />
Papel nucleico:<br />
Es extremadamente sencillo el muestreo y la<br />
extracción a partir del papel. Disminuye<br />
notablemente los volúmenes de consumibles y se<br />
almacena a temperatura ambiente. Es más caro que<br />
el método de SDS.<br />
Automática<br />
Partículas magnéticas:<br />
Tiene mejor calidad que el método de SDS y además<br />
permite obtener una gran cantidad de muestras <strong>por</strong> día.<br />
Es, en este momento, el método más caro.
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Diferentes clases de <strong>marcadores</strong><br />
moleculares y ejemplos de su aplicación
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto<br />
Permiten conocer<br />
información sobre<br />
un único punto<br />
del genoma<br />
Multipunto<br />
Permiten conocer<br />
información de<br />
varios puntos del<br />
genoma al mismo<br />
tiempo<br />
Dentro de nuestro laboratorio…<br />
De un punto<br />
SSRs<br />
SCARs<br />
SNPs<br />
Multipunto<br />
ISSRs<br />
TRAPs<br />
SRAPs<br />
RGAs<br />
HMWG (prot)<br />
Gliadinas (prot)
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto: SSRs<br />
-Es la tecnología más utilizada dentro del laboratorio.<br />
- Utilizada en:<br />
- Conversiones, para recuperar el trasfondo<br />
genético de las líneas recurrentes<br />
- Selección Asistida, cuando el SSR esta ligado a<br />
algún carácter de im<strong>por</strong>tancia<br />
- Diversidad Genética, permitiendo analizar un<br />
gran número de locus de los cuales se conoce<br />
su distribución dentro del genoma<br />
- Control de Calidad Genética, para establecer si<br />
la semilla es F1 en la producción de híbridos dado<br />
su naturaleza co-dominante
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto: SSRs<br />
Las plataformas de análisis varían de acuerdo<br />
con el tipo de resultado buscado:<br />
Agarosa<br />
Poliacrilamida<br />
Secuenciador Automático<br />
Conversiones<br />
Control de Calidad<br />
Mapeo<br />
Selección Asistida<br />
Análisis de Diversidad<br />
Identidad de Germoplasma<br />
Conversiones<br />
Selección Asistida<br />
Análisis de Diversidad<br />
Identidad de Germoplasma<br />
Conversiones<br />
Selección Asistida
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto: SNPs<br />
- Es principalmente utilizada para selección asistida<br />
- Las plataformas varían de acuerdo al método de<br />
. detección del SNP<br />
-Visualización en geles de agarosa<br />
- Cortes con enzimas sitio específico<br />
- Cortes con endonucleasas (Cel I)<br />
- Presencia/Ausencia (PCR directa)<br />
-Visualización en Real Time PCR<br />
-Sybr Green<br />
-TaqMan<br />
-Visualización en Plataforma Fluidigm<br />
- TaqMan (96 x 96)
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto: SNPs<br />
(WO 2008/124431) HERBICIDE-RESISTANT SUNFLOWER PLANTS WITH MULTIPLE HERBICIDE<br />
RESISTANT ALLELES OF AHASL1 AND METHODS OF USE.<br />
Sala, Bulos, Echarte, Singh, Weston, Whitt
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto: SNPs<br />
1 2 3 4 5 6 7 8<br />
1 2 3 4 5 6 7 8<br />
1 – 122 homo<br />
2 – WT homo<br />
3 – 205 homo<br />
4 – 197 homo<br />
5 – 122/197<br />
6 – 122/WT<br />
7 – 122/205<br />
8 – 122 homo<br />
(WO 2008/124431) HERBICIDE-RESISTANT SUNFLOWER PLANTS WITH MULTIPLE HERBICIDE<br />
RESISTANT ALLELES OF AHASL1 AND METHODS OF USE.<br />
Sala, Bulos, Echarte, Singh, Weston, Whitt
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
De un punto: SCARs<br />
• Es principalmente utilizada para selección asistida<br />
• Las plataformas utilizadas pueden ser:<br />
- Visualización en geles de agarosa<br />
- Presencia/Ausencia (PCR directa)<br />
- Visualización en Real Time PCR<br />
- Sybr Green (este sirve también para<br />
. predecir la cigosis del locus bajo análisis
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Multipunto<br />
Se utilizan en rondas<br />
finales de conversiones<br />
para establecer identidad<br />
Se utilizan en proyectos<br />
de mapeo para la saturación<br />
de regiones que contienen<br />
QTLs
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Multipunto Proteínas<br />
Gliadinas HMWG<br />
Se utilizan en control de calidad de lotes de trigo, análisis de breeder<br />
Seed, confirmación de off type provenientes de fenoles (en la<br />
campaña 09 se analizaron hasta el día de hoy unas 3.800 muestras<br />
entre diciembre y abril)<br />
Se utilizan para selección asistida para alta calidad panadera
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Ensayos inmunológicos: Strips<br />
Se utilizan en control de calidad de lotes de maíz para asegurar la<br />
presencia de los caracteres incor<strong>por</strong>ados y descartar presencias<br />
adventicias<br />
Se utilizan para selección durante conversiones y etapas de endocría
Diferentes<br />
clases de<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Ensayos inmunológicos: ELISA cuantitativo<br />
Se utilizan en control de calidad de lotes de maíz para<br />
asegurar una cantidad mínima de proteína transgénica
Consideraciones<br />
para la<br />
implementación<br />
de <strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
• El tipo de marcador: basado en hibridación<br />
o en PCR, dominante o co-dominante.<br />
Dificultades y resolución.<br />
• La distancia entre el marcador y el gen de<br />
interés.<br />
• La existencia de múltiples fuentes para el<br />
carácter de interés.
¿Cuando usar<br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
para selección<br />
asistida?<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
• Selección en enfermedades de baja<br />
heredabilidad<br />
• Ausencia de métodos efectivos de selección<br />
• Ausencia de patógeno o presencia errática<br />
• Selección individual en generaciones<br />
tempranas(ej.: calidad panadera, resistencia<br />
a Fusarium)<br />
• Piramidizar genes
Ejemplos<br />
de selección<br />
asistida en<br />
diferentes<br />
cultivos<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Especie Caracter Tipo de Marcador<br />
Soja Resistencia a Cercos<strong>por</strong>a sojina<br />
Resistencia a Nematodo del Quiste<br />
Resistencia a Phytophtora sojae<br />
Trigo Resistencia a Puccinia graminis<br />
Resistencia a Puccinia striiformis<br />
Calidad Panadera<br />
Porcentaje de Proteina en Grano<br />
Resistencia a Fusarium graminearum<br />
Dureza del grano<br />
SSR<br />
SSR y SNP<br />
SSR<br />
SCAR<br />
SSR<br />
HMWG y SCAR<br />
SSR<br />
SSR<br />
SCAR<br />
Maíz Resistencia a Mal de Rio IV SSR<br />
Sorgo Fact. de Rest. de la Fertilidad Polínica SSR<br />
Girasol Fact. de Rest. de la Fertilidad Polínica SCAR<br />
Resistencia a Puccinia helianthi SCAR
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Conversiones
Método<br />
convencional<br />
de retrocruzas<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Definición:<br />
Método de mejora consistente en<br />
el cruzamiento repetido de la<br />
progenie híbrida derivada de una<br />
cruza con uno de sus parentales.<br />
Objetivo:<br />
Mejorar al recurrente en una<br />
característica para la cual es<br />
deficiente
Método<br />
convencional<br />
de retrocruzas<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
R D<br />
x<br />
R x F1<br />
R<br />
x<br />
RC1<br />
Esquema general<br />
R<br />
x<br />
RC6<br />
@<br />
RC2<br />
Línea R con el carácter del<br />
Dador incor<strong>por</strong>ado
Método<br />
convencional<br />
de retrocruzas<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Recuperación del trasfondo genético<br />
del padre recurrente<br />
% de genoma recurrente<br />
Generación<br />
F1 50<br />
BC1F1 75<br />
BC2F1 87,5<br />
BC3F1 93,75<br />
BC4F1 96,88<br />
BC5F1 98,4<br />
BC6F1 99,2<br />
En ausencia de selección y ligamiento:<br />
RPR= (1-0.5 (n+1) )*100
Método<br />
convencional<br />
de retrocruzas<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Implementación<br />
Control genético del carácter a incor<strong>por</strong>ar<br />
Caso 1: Herencia monogénica, carácter<br />
favorable controlado <strong>por</strong> alelo dominante,<br />
seleccionable antes de floración.<br />
- Estación 1: Padre R (rr) x Dador (RR)<br />
- Estación 2: F1 (Rr), X Recurrente<br />
- Estación 3: RC1F1 (Rr:rr), Rr X Recurrente<br />
- Estación 4: RC2F1 (Rr:rr); Rr X Recurrente<br />
- Estación 5: RC3F1 (Rr:rr), Rr X Recurrente<br />
- Estación 6: RC4F1 (Rr:rr), Rr X Recurrente<br />
- Estación 7: RC5F1 (Rr: rr), Rr X Recurrente<br />
- Estación 8: RC6F1 (Rr:rr), @ Rr<br />
- Estación 9: RC6F2 (RR: Rr:rr), @ RR y Rr, cosecha<br />
individual<br />
- Estación 10: Familias RC6F3, descartar segregantes,<br />
restantes se seleccionan y reemplazarán al<br />
recurrente
Método<br />
convencional<br />
de retrocruzas<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Caso 2: Selección del carácter, controlado <strong>por</strong> alelo<br />
. dominante, después de floración.<br />
- Idem caso 1 pero primero se cruza, luego se evalúa y<br />
se descarta.<br />
Caso 3: Carácter controlado <strong>por</strong> alelo recesivo.<br />
- Incluir @ o testcross y análisis de progenie en cada<br />
generación para diferenciar los individuos Rr y RR<br />
Otros casos como, <strong>por</strong> ejemplo,<br />
que se necesite gran cantidad de semilla<br />
para evaluar cada genotipo.
Método<br />
convencional<br />
de retrocruzas<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Efecto del ligamiento<br />
Probabilidad de eliminar un gen indeseable<br />
ligado al gen de interés:<br />
1 – (1-p) (n+1)<br />
p 5retrocruzas<br />
0.5 0.98<br />
0.20 0.74<br />
0.10 0.47<br />
0.02 0.11<br />
0.01 0.006
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
D R<br />
Segregantes en retrocruza 1 (RC1)
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Variación dentro de la misma<br />
generación de retrocruzas<br />
Nro de Individuos<br />
Nro de Individuos<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
% de Similitud en Retrocruza 1<br />
40-45 45-50 50-55 55-60 60-65 65-70 70-75 75-80 80-85<br />
% de Similitud<br />
% de Similitud Retrocruza 2<br />
86-88 88-90 90-92 92-94 94-96 96-98<br />
%de Similitud<br />
% de Similitud RC2F2<br />
1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00<br />
% de Similitud<br />
98,0-98,5 98,5-99,0 99,0-99,5 99,5-100 100
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
X<br />
Extracción de ADN<br />
Amplificación del marcador de interés X X<br />
Descarte de individuos sin alelo de interés<br />
Amplificación de <strong>marcadores</strong> para el resto del genoma<br />
Lectura de geles<br />
Cálculo de similitudes genéticas con respecto al padre<br />
recurrente<br />
84,3 67,6 ............................... 74,3<br />
Planta seleccionada<br />
para cruzar con<br />
el padre recurrente
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Línea elite Línea dadora<br />
r<br />
R
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
RC1 RC2 RC3 RC4 RC5<br />
RC6<br />
R R<br />
75.0<br />
<strong>Mejoramiento</strong> <strong>por</strong> retrocruzas : recuperación del padre recurrente<br />
RC1<br />
R<br />
85.5<br />
Tradicional<br />
R<br />
RC2<br />
R<br />
87.5 93.8 96.9 98.5 99.3<br />
Asistido <strong>por</strong> <strong>marcadores</strong> moleculares<br />
R<br />
RC3<br />
R R<br />
98.0 100<br />
R
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
<strong>Mejoramiento</strong> <strong>por</strong> retrocruzas : arrastre <strong>por</strong> ligamiento<br />
F1<br />
R<br />
1<br />
RC1<br />
R<br />
2<br />
Tradicional<br />
RC2<br />
R<br />
3<br />
RC20<br />
Asistido <strong>por</strong> <strong>marcadores</strong> moleculares<br />
F1<br />
R<br />
1<br />
RC1<br />
R<br />
2<br />
R<br />
21<br />
RC2<br />
R<br />
3<br />
RC100<br />
R<br />
100
Conversiones<br />
asistidas <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
% similitud con recurrente<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Resultados experimentales<br />
P F1 BC1 BC2 BC3 BC4 BC5 BC6<br />
Teórico Obtenido<br />
58 proyectos<br />
finalizados
Conversiones<br />
Ejemplo 1<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Conversiones para un carácter complejo:<br />
Resistencia a Mal de Río Cuarto en maíz<br />
Dificultades de selección <strong>por</strong> tolerancia<br />
Necesidad de sembrar en zonas endémicas<br />
Presencia del vector y su variabilidad<br />
Variabilidad ambiental<br />
Dificultad para discernir entre escape y tolerancia<br />
Dificultades en la cría del vector
Conversiones<br />
Ejemplo 1<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Disección de un carácter complejo<br />
mediante <strong>marcadores</strong> moleculares<br />
GMA<br />
PAS<br />
SSR1<br />
SSR2
Conversiones<br />
Ejemplo 1<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Marcadores SSRs flanqueantes de un QTL<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7<br />
R S R R S R R R S R R S R R<br />
SSR1 SSR2
Conversiones<br />
Ejemplo 1<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Hibrido<br />
Análisis fenotípico de los productos<br />
de conversión<br />
AX888 Original – Susceptible MRCV<br />
27,8<br />
AX888 M1<br />
Descripción<br />
Resultados de la conversion<br />
% de Ataque Severo<br />
Heterocigoto para los 3 QTLs hallados 19,3<br />
AX888 MRCV Homocigoto para los 3 QTLs hallados 9,4
Conversiones<br />
Ejemplo 2<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Conversiones para otro carácter complejo:<br />
Calidad Panadera en Trigo<br />
Genes involucrados<br />
Marcadores para tales genes<br />
Resultados de conversiones
Conversiones<br />
Ejemplo 2<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Ubicación genómica de algunos genes<br />
relacionados con la calidad panadera en trigo<br />
Gli-A1 Gli-B1 Gli-R1 Gli-D1<br />
Glu-A3<br />
Gli-A3<br />
Glu-B3<br />
Gli-B3 Gli-R3<br />
Glu-D3<br />
Gli-D3<br />
Glu-A1 Glu-B1 Glu-B1<br />
Glu-D1<br />
1A 1B<br />
1BL/1RS<br />
1D
Conversiones<br />
Ejemplo 2<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Análisis de gluteninas de alto peso<br />
molecular en SDS-PAGE
Conversiones<br />
Ejemplo 2<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
1<br />
2<br />
2*<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
10<br />
12<br />
Análisis de gluteninas de alto peso<br />
molecular en SDS-PAGE<br />
Contribución de cada alelo para el W<br />
2* = 1 > nulo<br />
<strong>13</strong>/16 > 7/8 > 7/9 = 17/18 > 7/0 > 6/8<br />
5/10 > 3/12 = 2/12 > 4/12<br />
17<br />
18<br />
<strong>13</strong>/16
Conversiones<br />
Ejemplo 2<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Detección de la translocación<br />
Trigo/Centeno (1B/1R)<br />
P A P P A P P P P<br />
1,5Kb
Conversiones<br />
Ejemplo 2<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Genotipo<br />
Original<br />
Convertido<br />
Análisis fenotípico del producto<br />
de conversión<br />
Gluteninas<br />
de Alto PM<br />
Translocación<br />
1B/1R<br />
Resultados 0 , 6+8 , 5+10 Presente de la conversion<br />
190<br />
1 , 7+8 , 5+10<br />
Ausente<br />
W Vol. de Pan<br />
350<br />
870<br />
980
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Diversidad genética
Diversidad<br />
genética<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
• Grupos heteróticos: métodos de análisis, inclusión<br />
. de líneas en cada grupo<br />
• Grupos reproductivos<br />
• Otras estructuras: origen geográfico, programa de<br />
. mejora, ciclo, etc. El problema de la estructura<br />
. basada en producto: MG en soja, trigos invernales<br />
. y primaverales, soft y hard; maíz tropical y<br />
. templado, etc.<br />
• Estimaciones indirectas de la estructura de la<br />
. diversidad entre y dentro de grupos:<br />
- Método fenotípicos<br />
- Método genealógico<br />
- Métodos basados en el uso de<br />
<strong>marcadores</strong> . moleculares<br />
- Relaciones entre métodos y con el<br />
agrupamiento . basado en aptitud<br />
combinatoria
Análisis<br />
fenotípico<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
• Caracteres morfoagronómicos, estados,<br />
. diversidad.<br />
• Interacción con el ambiente en su expresión.<br />
. Reproducibilidad.<br />
• Análisis: métodos multivariados.<br />
• Interpretación de los resultados, outliers.<br />
• Conclusiones: ventajas y desventajas.<br />
• Utilidad:<br />
- Caracteres discriminantes<br />
- Cultivos relativamente nuevos<br />
- Conocimiento de la diversidad disponible<br />
para seleccionar el germoplasma
Análisis<br />
genealógico<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
• Mapas genealógicos del cultivo<br />
• Coeficiente de coascendencia. Definición y reglas<br />
para su estimación<br />
• Supuestos en los que se basa el cálculo de<br />
coascendencias.<br />
• Matriz básica de datos y análisis multivariado.<br />
• Utilidad:<br />
- Estructura genealógica del germoplasma<br />
- Base genética del germoplasma<br />
- Tamizado de caracteres: ancestros versus<br />
germoplasma derivado.
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
• Tipos de <strong>marcadores</strong> a usar<br />
• Estimación cuantitativa de la diversidad global<br />
- PIC= 1- Σ pi²<br />
- D= 1- Σ Σ pi²<br />
- D (Nei, 1987)= n(1- Σ pi²)/<br />
(n-1)<br />
• Similitud genética entre genotipos<br />
- SMC= m/(m+n)<br />
- Construcción de MBD y análisis<br />
multivariado
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Precisión de la estimación de distancias genéticas<br />
en función del número de <strong>marcadores</strong> utilizados<br />
(Bar-Hen and Charcosset, 1994)<br />
Nro de<br />
Marcadores<br />
10<br />
20<br />
30<br />
50<br />
100<br />
200<br />
Dist. 0% 10% 30% 50%<br />
0-30,8 0,2-44,5 6,6-65,2 18,8-81,2<br />
0-16,8<br />
0-11,5<br />
0-7,1<br />
0-3,6<br />
0-1,8<br />
1,2-31,7<br />
2,1-26,5<br />
3,3-21,8<br />
4,9-17,6<br />
6,2-15<br />
11,8-54,3<br />
14,7-49,4<br />
17,8-44,5<br />
21,2-40<br />
23,7-36,9<br />
27,2-72,8<br />
31,3-68,7<br />
35,6-64,4<br />
39,9-60,1<br />
42,9-57,1
Relaciones<br />
entre métodos<br />
de análisis<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Dist. Molecular<br />
0.2500<br />
0.2000<br />
0.1500<br />
0.1000<br />
0.0500<br />
0.0000<br />
Comparación entre Distancias Morfologicas y Moleculares<br />
3.0000 8.0000 <strong>13</strong>.0000 18.0000 23.0000<br />
Dist. Morfologica
Relaciones<br />
entre métodos<br />
de análisis<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Método<br />
A<strong>por</strong>te de los genomas parentales<br />
Derivados de F2<br />
Retrocruza Modificada<br />
Derivados de BC1<br />
Contribución de 40-3-2<br />
Genealogía Molecular<br />
Resultados de la 0,50 conversion<br />
0,25<br />
0,25<br />
0,211**<br />
0,058**<br />
0,263ns
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Ejemplo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
Marcadores<br />
moleculares moleculares y<br />
y<br />
mejoramiento<br />
mejoramiento<br />
genético genético gen tico<br />
Análisis de germoplasma de soja<br />
V y<br />
VI<br />
VII,<br />
VIII y<br />
IX<br />
III y<br />
IV
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Ejemplo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
Marcadores<br />
moleculares moleculares y<br />
y<br />
mejoramiento<br />
mejoramiento<br />
genético genético gen tico
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Ejemplo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
Marcadores<br />
moleculares moleculares y<br />
y<br />
mejoramiento<br />
mejoramiento<br />
genético genético gen tico<br />
Análisis de germoplasma de sorgo
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Ejemplo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
Marcadores<br />
moleculares moleculares y<br />
y<br />
mejoramiento<br />
mejoramiento<br />
genético genético gen tico<br />
Investigación de impacto de estrategias<br />
de mejora sobre la diversidad o sobre la<br />
estructuración de la diversidad:<br />
el caso de la soja transgénica resistente<br />
a glifosato y de la introducción a Argentina<br />
del germoplasma europeo de trigo
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Ejemplo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
Marcadores<br />
moleculares moleculares y<br />
y<br />
mejoramiento<br />
mejoramiento<br />
genético genético gen tico<br />
Diversidad genética en variedades de soja<br />
convencionales y resistentes a glifosato<br />
- Los cultivares transgénicos muestran una diversidad<br />
(D=0.474) similar a la de los cultivares convencionales<br />
(D=0.445; t=0.<strong>13</strong>4 ns)<br />
- El promedio de similitud genética (SG) entre cultivares<br />
resistentes es similar a la SG existente entre cultivares<br />
resistentes y susceptibles.<br />
- Los cultivares transgénicos actuales presentan una<br />
diversidad (D=0.493) similar que la que presentaban<br />
las variedades de soja en Argentina antes de 1996<br />
(D=0.469, t=0.456).<br />
El transgen para resistencia a glifosato fue introgresado<br />
en todos los grupos de madurez cultivados en Argentina<br />
manteniendo un mínimo de contribución de la línea 40-3-2<br />
y, <strong>por</strong> ende, manteniendo el desempeño agronómico<br />
y la diversidad genética del germoplasma original.
Análisis <strong>por</strong><br />
<strong>marcadores</strong><br />
moleculares<br />
Ejemplo<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
Marcadores<br />
moleculares moleculares y<br />
y<br />
mejoramiento<br />
mejoramiento<br />
genético genético gen tico<br />
Impacto de la introducción de germoplasma<br />
Europeo sobre la estructuración de<br />
la diversidad genética del trigo en la Argentina<br />
GEU<br />
GAT<br />
GNT
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Nuevos traits (abril 2010)
Creación de<br />
nuevos traits:<br />
aproximaciones<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Objetivo: identificación de mutantes con<br />
características agronómicas deseadas<br />
Población mutante<br />
Agente de selección<br />
Efectivo No efectivo<br />
Herbicidas<br />
Toxinas<br />
Resistencia<br />
a patógenos<br />
Heladas<br />
Sequía<br />
Genética directa Genética reversa<br />
Secuenciacion
Genética<br />
directa<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Genética directa:<br />
Selección de mutantes CL-PLus
Genética<br />
directa<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Selección de mutantes<br />
Caracterización molecular<br />
Desarrollo del trait
Genética<br />
reversa<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Agente selectivo no efectivo<br />
Genética reversa<br />
Genes candidatos potencialmente<br />
asociados a un trait<br />
Mutantes para los genes candidatos<br />
Evaluación<br />
Mutantes individualizados<br />
Secuenciación de 30.000<br />
individuos para identificación<br />
de mutantes<br />
GG<br />
A T G C C T A G G C T G C C T<br />
T A C G G A T C C G A C G G A
Genética<br />
reversa<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Tilling<br />
Identificación del individuo mutante
Otras<br />
aplicaciones<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Tilling y Eco-Tilling para generar<br />
plataformas de <strong>marcadores</strong> moleculares
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
<strong>Mejoramiento</strong> molecular
Diseño de<br />
germoplasma<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Se basa en la armonización de trasfondos genéticos<br />
de alto rendimiento, creados <strong>por</strong> selección en<br />
ambientes agronómicos de máxima oferta potencial,<br />
con caracteres que incrementan el rango de<br />
adaptación, la estabilidad o la calidad del producto<br />
de esos trasfondos.<br />
Esos caracteres están gobernados <strong>por</strong> genes<br />
mayores y su introgresión se monitorea <strong>por</strong><br />
tecnología de <strong>marcadores</strong> moleculares.
Diseño de<br />
germoplasma<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
Dadora<br />
F1<br />
BC1<br />
BC2<br />
Líneas elite<br />
Nuevas<br />
variedades<br />
convertidas<br />
Recombinación
Interacción<br />
entre los<br />
programas<br />
de mejora<br />
convencional<br />
y molecular<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
DATOS<br />
MOLECULARES<br />
Poblaciones experimentales<br />
Materiales producidos<br />
durante los programas de<br />
conversión<br />
Materiales del programa de<br />
mejora (ciclos de selección<br />
recurrente)<br />
Localización y validación de QTLs y genes<br />
DATOS<br />
FENOTIPICOS
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
El mejoramiento hoy
El<br />
mejoramiento<br />
hoy<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares y<br />
mejoramiento<br />
genético gen tico<br />
<strong>Mejoramiento</strong> molecular<br />
Conversiones<br />
Genes/QTLs<br />
Genotipos elite<br />
pero deficientes en<br />
uno o más<br />
caracteres<br />
Genotipos elite<br />
Cruzamiento<br />
Selección<br />
Programa convencional<br />
Germoplasma base<br />
Nuevas<br />
Variedades<br />
Evaluación
Referencias<br />
Agrobiotecnología<br />
Marcadores<br />
moleculares<br />
y mejoramiento<br />
genético<br />
1. Cubero, J. Introducción a la Mejora Genética Vegetal. Mundi<br />
Prensa, 1999.<br />
2. De Vienne, D. (ed.). Les marquerurs moléculaires en<br />
génétique et biotechnologies végétales. Institut National de la<br />
Recherche Agronomique (INRA), 1998.<br />
3. Ferreira, M.E. y Grattapaglia, D. Introdução ao uso de<br />
<strong>marcadores</strong> moleculares em análise genética. EMBRAPA,<br />
1996.<br />
4. Moctezuma, E.V. y Kahl, G. Huellas de ADN en genomas de<br />
plantas. Mundi Prensa, 2000, 147p.<br />
5. Paterson, A. (ed.). Molecular Dissection of Complex Traits.<br />
CRC Press, 1998.
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