Publicación 2012: "Programa Genoma: Una década de avances y aprendizajes"

Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables Programas CONICYT

Una dĂŠcada de avances y aprendizajes

Genome Program on Natural Renewable Resources A decade of advances and learning

Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables Genome Program on Natural Renewable Resources Contenidos / Contents 1

Presentación Foreword

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Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables Genome Program on Natural Renewable Resources

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Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa I Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage I

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14 Publicación financiada por el Programa Genoma de FONDEF de CONICYT, a través de los proyectos G07I1002 y G07I1003, ejecutados por el Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA), la Universidad Andrés Bello, la Universidad de Chile, la Universidad de Talca y la Universidad Técnica Federico Santa María.

Publication funded by the Genoma Program from CONICYT’s FONDEF, through the projects G07I1002 y G07I1003, carried out by the Institute of Agricultural Research (INIA), Universidad Andrés Bello, Universidad de Chile, Universidad de Talca and Universidad Técnica Federico Santa María.

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26 Universidad de Chile Facultad de Ciencias Agronómicas Departamento de Agroindustria y Enología

Contenidos y edición / Contents and editing Ideaconsultora Ltda. (www.ideaconsultora.cl) © CONICYT-FONDEF Santiago de Chile, Junio de 2012 Registro de Propiedad Intelectual Nº 217.749 Registration Nº 217.749 ISBN: 978-956-7524-15-0 ISBN: 978-956-7524-15-0 Las fotografías incluidas en el documento han sido proporcionadas por los proyectos FONDEF - Programa Genoma.

The pictures for this document have been provided by the FONDEF projects - Genome Program

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Estudios genómicos y de expresión génica en vides: respuesta a la infección viral y desarrollo de sistemas de diagnóstico Genomic and gene expression studies in grapes: response to the viral infection and development of diagnostic systems Genómica funcional en nectarines: plataforma para fomentar la competitividad nacional en exportación de frutas, Etapa II Functional genomics in peaches and nectarines: platform to sustain Chile’s competitiveness in fruit exports, Stage II Identificación de genes relacionados con el desarrollo y crecimiento de bayas apirenas de vid mediante genómica funcional Identification of genes related to berry development and growth in seedless table grapes by means of functional genomics Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa II Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage II Desarrollo y aplicación de herramientas de genómica e ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento de vides de mesa Development and application of genomic and genetic engineering tools to enhance table grape breeding Desarrollo y aplicación de técnicas de ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento del cerezo (Prunus avium) Development and application of genetic engineering tools to enhance cherry (Prunus avium) breeding Publicaciones científicas generadas por los proyectos del Programa Genoma (ISI y otras) Scientific publications generated by Genome Program projects (ISI and others Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables: Proyectos financiados por InnovaChile de CORFO Genome Program on Natural Renewable Resources: Projects funded by InnovaChile – CORFO

Diseño gráfico / Graphic design Guillermo Feuerhake Se autoriza la reproducción parcial de la información contenida en este documento, siempre y cuando se cite la fuente.

Partial reproduction of the information contained in the document herein is authorized, provided that reference is made to the source.

Presentación

Foreword

En el marco de los esfuerzos del país por fortalecer la competitividad de sus sectores productivos más relevantes, incorporando en forma creciente ciencia y tecnología, el Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDEF) de CONICYT puso en marcha en la década pasada un conjunto de programas estratégicos en áreas claves de la economía del país. Se trató de un esfuerzo de largo alcance que respondía claramente a la misión de FONDEF de contribuir al aumento de la competitividad de la economía nacional y al mejoramiento de la calidad de vida de los chilenos, promoviendo la vinculación entre instituciones de investigación, empresas y otras entidades para la realización de proyectos de investigación aplicada y desarrollo tecnológico realizados en Chile.

As part of Chile’s efforts to strengthen competitiveness in its most important productive sectors through the increasing incorporation of science and technology, the Scientific and Technological Development Promotion Fund (FONDEF) from CONICYT set in motion during the past decade a set of strategic programs in key areas of the Chilean economy. It was a long-range effort, in the spirit of FONDEF’s mission to contribute to the growing competitiveness of the nation’s economy and to the improvement of Chilean citizens’ quality of life by linking research institutions, private enterprises, and other entities in the implementation of applied research, and technological development projects carried out in Chile.

En coherencia con el creciente desarrollo que las herramientas modernas de la biotecnología alcanzaban a nivel mundial y con la convicción de su enorme potencial para fortalecer actividades productivas basadas en recursos naturales, el Programa Genoma Chile se puso en marcha como primer programa estratégico de FONDEF, en una apuesta de país que se concretó en alianza con la CORFO a través de lo que hoy es InnovaChile.

En la base del programa está la clara visión sobre la necesidad de favorecer en el país el desarrollo de capacidades científico-tecnológicas de nivel mundial y, al mismo tiempo, impulsar el desarrollo productivo mediante la alianza entre investigación e industria, que caracterizó al programa desde su inicio. Así, la iniciativa se diseñó con el objetivo de “incorporar al país masiva y sistemáticamente en el desarrollo mundial de la genómica, proteómica y bioinformática en áreas relevantes de la economía nacional”, favoreciendo a la vez la contribución de estas disciplinas al aprovechamiento de las oportunidades que el país requiere para mantener y aumentar su competitividad. El énfasis en lo productivo quedó expresado en los dos programas en que se concretó la iniciativa: Genoma en Biominería y Genoma en Recursos Naturales Renovables, que se focalizó en la fruticultura de exportación.

Teniendo claro que un desarrollo productivo sostenido no puede depender de los avances generados en el extranjero, el programa se orientó a fortalecer la base científico-tecnológica del país en el ámbito de la biotecnología, apoyando las alianzas entre entidades tecnológicas, y entre estas y las empresas; la creación de equipos que sumaran capacidades en diversas disciplinas y especialidades; la formación de recursos humanos, mediante el trabajo en el marco de programas de pregrado y postgrado; la estrecha colaboración con especialistas y entidades de alto nivel en el extranjero; y el desarrollo de herramientas biotecnológicas en apoyo a programas de mejoramiento genético tradicionales y otras tecnologías orientadas a resolver problemas de la industria frutícola.

Después de diez años de operación, FONDEF ha querido dar a conocer los resultados, lecciones aprendidas y desafíos del programa, y en particular de los proyectos apoyados por este fondo de CONICYT, en el marco del esfuerzo conjunto con InnovaChile. Al mirar los logros de los proyectos y del programa, así como su estrecha vinculación con otras iniciativas nacionales e internacionales en el área, resulta evidente el carácter gradual y de largo plazo de un esfuerzo como este, en que los objetivos se van alcanzando de manera escalonada, contando en cada etapa con mayores capacidades y experiencia, nuevos aprendizajes y nuevos desafíos.

In tune with the growing development reached by modern biotechnological tools around the world, and armed with the conviction that these tools bring in enormous potential to strengthen productive activities based on natural resources, the Genoma Chile Program was implemented as FONDEF’s first strategic program. This commitment at a national level was made reality, in collaboration with CORFO through what is known today as InnovaChile.

At the base of this program is a clear vision about the need to promote at the national level the development of world-class scientific and technological capabilities. At the same time, it recognized the need to foster production development by means of an alliance between research institutions and private industries –this alliance became the program’s hallmark from the onset. Therefore, the initiative was designed with the goal of “bringing the nation, massively and systematically, into the world-wide developments in genomics, proteomics, and bioinformatics, related to key areas of the national economy”. At the same time, the program aimed at creating a favorable environment for the contributions from these disciplines to the full exploitation of opportunities needed by the country to maintain and increase its competitiveness. The emphasis on production was manifested in the creation of the two programs that made the initiative a reality: Genome Bio-Mining and Genome Natural Renewable Resources, the latter focused on fruit production for export.

In the belief that sustained productive development cannot depend solely on advances generated abroad, the program was oriented to the strengthening of the country’s scientific and technological base in the realm of biotechnology. This was accomplished by supporting alliances among technological entities, and between technological research entities and private enterprises. It was also accomplished by creating teams that gathered and added together capacities from diverse disciplines and specialties and by training human resources through work in the context of undergraduate and graduate academic programs. The program also fostered close collaboration with high level specialists and institutions abroad and promoted the development of biotechnology tools to support traditional breeding programs, along with other technologies oriented to solve problems in the fruit growing industry.

After ten years in operation, FONDEF would like to communicate the program’s results, the lessons learned during these years, and the challenges still ahead. In particular, FONDEF would like to highlight the projects it supported in the context of its joint efforts with InnovaChile. Considering the progress achieved by the projects and by the program as a whole, it is evident that this is a gradual and longterm effort whose objectives are necessarily reached in a staggered, phased manner, and that each stage brings increased capabilities and experience, as well as new knowledge and new challenges.

Gonzalo Herrera J.

Director Ejecutivo Executive Director FONDEF – CONICYT 1

Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables Genome Program on Natural Renewable Resources El Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables es parte de la Iniciativa Genoma Chile, uno de los programas estratégicos de investigación y desarrollo del Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDEF) de CONICYT.

The Genome Program on Natural Renewable Resources is part of the Genoma Chile Initiative, one of the strategic research and development programs of the Scientific and Technological Development Promotion Fund (FONDEF) of CONICYT.

La Iniciativa Genoma Chile fue diseñada y puesta en marcha en 2001 en forma conjunta por FONDEF de CONICYT y el Fondo de Desarrollo e Innovación (FDI), hoy Comité InnovaChile, de CORFO. Su propósito es incorporar al país, masiva y sistemáticamente, al desarrollo mundial de herramientas de la biotecnología moderna como son la genómica, la proteómica y la bioinformática en áreas relevantes de la economía nacional. El objetivo es que estas disciplinas contribuyan, mediante la investigación aplicada, a potenciar desarrollos y establecer estrategias efectivas y eficientes en la identificación y solución de problemas reales planteados por los sectores productivos y en el aprovechamiento de oportunidades que el país requiere para mantener y aumentar su competitividad mundial.

The Genoma Chile Initiative was designed and set in motion in 2001 jointly by CONICYT’s FONDEF and CORFO’s Development and Innovation Fund (FDI), today called InnovaChile Committee. Its stated goal is that of bringing the nation, massively and systematically, into the world-wide developments in genomics, proteomics, and bioinformatics, related to key areas of the national economy. The objective is that these disciplines contribute, through applied research, to maximize the potential of developments and to establish effective and efficient strategies in the task of identifying and solving real problems presented by producers. The initiative also pursues the full exploitation of opportunities needed by the country to maintain and increase its world-wide competitiveness.

En coherencia con ese propósito, la Iniciativa Genoma incluyó dos programas: Genoma en Biominería, que terminó con éxito el año 2005, apoyando iniciativas que posteriormente siguieron su curso con financiamiento de otras fuentes; y Genoma en Recursos Naturales Renovables, que tiene actualmente proyectos en ejecución, después de tres convocatorias realizadas por FONDEF e InnovaChile como fuentes de financiamiento.

El Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables se puso en marcha como una apuesta de país, con el claro propósito de aprovechar oportunidades y resolver problemas de impacto económico nacional en el ámbito de los recursos naturales mediante el desarrollo de capacidades, conocimiento y tecnologías basadas en genómica, bioinformática y proteómica.

Se trata de proyectos asociativos, en que se ha buscado generar nexos entre instituciones y empresas, y también incorporar a científicos y empresarios, favoreciendo la creación de capacidades estables en el tiempo, más allá de un proyecto específico. Un énfasis central fue la articulación temprana con la industria y la creciente incorporación a las iniciativas del conjunto de actores de los sectores productivos involucrados.

El trabajo conjunto de las dos principales agencias de financiamiento público a la I+D y la innovación, CONICYT a través de FONDEF y CORFO a través de InnovaChile, ha sido otro rasgo distintivo del programa. En este esfuerzo, se ha buscado catalizar y aprovechar las sinergias entre los proyectos del programa y también con otros proyectos y acciones en curso o ya desarrolladas, en especial aquellas financiadas por FONDEF, InnovaChile y otros fondos nacionales, de modo de lograr el desarrollo de competencias de nivel mundial.

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In accordance with this purpose, the Genoma Initiative included two programs: Genome on Bio-mining, which came to term successfully in 2005 and supported initiatives that were later continued with funding from other sources; and Genome on Natural Renewable Resources, which currently has ongoing projects after three calls for proposals from FONDEF and InnovaChile as funding sources.

The Genome Program on Natural Renewable Resources was set in motion as part of a national commitment, with the clear purpose of taking advantage of opportunities and solving problems that impact the national economy in the area of natural resources. It seeks to do so through the development of capabilities, knowledge and technologies based on genomics, bioinformatics, and proteomics.

These are essentially associative projects which have been designed to generate connections among institutions and private companies and to bring in together scientists and entrepreneurs, thus fostering the creating of stable capabilities through time, beyond specific projects. Among the central emphases were the early coordination with industry and the growing inclusion into these initiatives of the entire set of participants in the production sectors involved.

Another distinctive feature of the program is the joint work by the two main public funding agencies for R&D and innovation: CONICYT through FONDEF and CORFO through InnovaChile. This effort has sought to act as catalyst and to benefit from the synergies created by the different projects in the programs and by the interactions with other ongoing or finished projects and activities, especially those funded by FONDEF, InnovaChile and other national funding sources, with the ultimate goal of developing world-class competencies.

Un foco gradual en el mejoramiento genético frutícola

A gradual focus on fruit-breeding

En el marco de su formulación general, el Programa se fue focalizando de manera gradual para favorecer el logro de los impactos que la biotecnología puede impulsar. En primer lugar, el foco se puso en genómica de vegetales y se aprobaron proyectos en fruticultura, como una industria de alta relevancia nacional, líder a nivel internacional en materia de exportaciones, y en la cual se consideró de suma relevancia el estudio del genoma de algunas de sus principales especies.

In the context of its general formulation, the Program gradually set its focus on the achievement of the kind of results that biotechnology can bring about. At first the focus was aimed at vegetable genomics, so fruit production projects were approved for support, since the fruit industry is of key importance in the national economy and an international leader in exports; studying the genome of some of the principal fruit species was therefore judged to be of the greatest importance.

La primera convocatoria se realizó en 2001, en el tema Calidad vegetal de productos de alto impacto económico para Chile. El objetivo fue desarrollar nuevos productos y/o procesos que mejoraran la calidad o sanidad de productos vegetales de importancia económica nacional, desarrollando y fortaleciendo capacidades en genómica, bioinformática y proteómica que se complementaran con las existentes en el extranjero. Para ello, se priorizaron como áreas de impacto la sanidad (virus y otros patógenos) y la postcosecha. En este marco, se aprobaron e iniciaron en 2002 tres proyectos, dos financiados por FONDEF y uno por InnovaChile.

The first call for proposals was carried out in 2001, under the heading Plant Quality in Products of High Economic Impact for Chile. The goal was developing new products and/or processes to improve the quality and sanitation of plant products important to the national economy by developing and strengthening capabilities in genomics, bioinformatics and proteomics amenable to be complemented with similar capabilities abroad. In this effort, two areas were considered priorities: sanitation (viruses and other pathogens), and post-harvest. In this context, three projects were approved and launched in 2002, two of them funded by FONDEF and one by InnovaChile.

La segunda convocatoria, en 2006, iba dirigida a dar continuidad a los proyectos financiados en la primera convocatoria. Con foco en la Sanidad, productividad y competitividad de variedades nuevas o mejoradas de vides o carozos de exportación, tuvo como objetivo contribuir al desarrollo de variedades mejoradas de estas especies, apoyando iniciativas de mejoramiento genético, mediante el desarrollo y uso de capacidades en genómica, bioinformática, proteómica y metabolómica. Se aprobaron e iniciaron en 2007 cuatro proyectos, tres con financiamiento de FONDEF y uno de InnovaChile.

The second call for proposals, in 2006, was aimed at providing continuity to the projects funded in the first call. It was focused on the theme Sanitation, Productivity, and Competitiveness of New or Improved Varieties of Grape or Pit Fruits for Export. Its objective was contributing to the development of improved varieties of these species by means of giving support breeding initiatives and through the development and use of capabilities in genomics, bioinformatics, proteomics, and metabolomics. In 2007, four projects were approved and launched, three with funding from FONDEF and one from InnovaChile.

La tercera convocatoria, Programa de mejoramiento genético en frutales: desarrollo de herramientas biotecnológicas basadas en genómica, en 2009, tuvo por objetivo contribuir al establecimiento y fortalecimiento de programas de mejoramiento genético para el desarrollo de variedades nuevas y mejoradas de especies frutícolas de exportación, apoyando el desarrollo de herramientas biotecnológicas basadas en genómica y la generación de productos y servicios biotecnológicos requeridos por dichos programas. Se aprobaron y pusieron en marcha seis proyectos, dos con financiamiento de FONDEF y cuatro de InnovaChile.

The third call for proposals, under the aegis of Program for Breeding in Fruit Trees: Development of Biotechnological Tools Based on Genomics, in 2009, was aimed at contributing to the establishment and strengthening of breeding programs for the development of new and improved varieties of fruit-bearing species for export, by means of supporting the development of biotechnological tools based on genomics and the creation of the biotechnological products and services required by such programs.

Six programs were approved and set in motion, two with funding from FONDEF and four from InnovaChile.

Diez años de investigación en genómica frutícola en Chile

Ten years of research on fruit genomics in Chile

En valores reales ( junio 2012), el programa ha comprometido en sus tres convocatorias una inversión por $ 21.308,7 millones (alrededor de US$ 41,8 millones, con un tipo de cambio de $ 510), de la cual un 63% corresponde a aporte público y que ha permitido la ejecución de trece proyectos. FONDEF ha impulsado el desarrollo de siete proyectos, con una inversión total de $ 9.503 millones. El aporte de FONDEF llega a $ 5.716,4 millones (60% del total) y ha movilizado recursos de contraparte por $ 3.786,7 millones, de los cuales $ 1.673,5 millones son aportes del sector privado.

In real value (June 2012), the program has committed in its three calls for proposals an investment of 21,308.7 million Chilean pesos (nearly US$ 41.8 million, exchange rate $ 510), 63% from public funds. This money has allowed thirteen projects to be carried out. FONDEF has supported the development of seven projects, with a total investment of 9,503 million Chilean pesos. FONDEF’s contribution amounts to 5,716.4 million Chilean pesos (60% of the total) and has mobilized matching resources for 3,786.7 million Chilean pesos, of which 1,673.5 million come from private sector contributions..

Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables: Indicadores de resultados de los proyectos FONDEF

Genome Program on Natural Renewable Resources: Result indicators of FONDEF projects

Indicador Número Tesis de pregrado realizadas y en curso 18 Tesis y trabajos de postgrado realizados y en curso 26 Presentaciones de patentes y registros de propiedad intelectual 3 Artículos ISI publicados / en proceso 21/ 6

Indicator Number Undergraduate theses completed and in development 18 Postgraduate theses and works completed and in development 26 Patent applications and intellectual property registration 3 ISI papers published / in process 21/6

Fuente: Elaborado sobre la base de información de FONDEF.

Source: Elaborated on the basis of information from FONDEF. 3

Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables: proyectos financiados, beneficiarios y montos adjudicados, convocatorias 2001, 2006 y 2009 (en pesos de cada año) Genome Program in Natural Renewable Resources: funded projects, beneficiary institutions and awarded amounts, open calls 2001, 2006 and 2009 (Chilean pesos, current money) Proyecto Entidades beneficiarias Project Beneficiary institutions

Monto total y aporte adjudicado por la fuente de financiamiento Total amount and contribution from funding agency

Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa I (G02P1002) Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage I (G02P1002)

• Universidad Técnica Federico Santa María • Universidad de Chile • Universidad de Talca • Universidad de Santiago de Chile • Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA)

Monto total / Total amount: $ 1.547 mill.

Estudios genómicos y de expresión génica en vides: respuesta a la infección viral y desarrollo de sistemas de diagnóstico (G02S1001) Genomic and gene expression studies in grapes: response to the viral infection and development of diagnostic systems (G02S1001)

• Pontificia Universidad Monto total / Total amount: $ 1.092 mill.

Católica de Chile • Universidad de Chile Aporte FONDEF / Funding • Fundación Ciencia para la Vida from FONDEF: $ 647 mill. (59%) • Bios Chile Ingeniería Genética S. A.

Genómica funcional en nectarines: plataforma para fomentar la competitividad de Chile en exportación de frutas (G02P001) Functional genomics in peaches and nectarines: platform to sustain Chile’s competitiveness in fruit exports (G02P001)

• Universidad de Chile

Monto total / Total amount: $ 1.048 mill.

Aporte Innova / Funding from Innova: $ 670 mill. (64%)

Genómica funcional en nectarines: plataforma para fomentar la competitividad de Chile en exportación de frutas, Etapa II (G07I1001) Functional genomics in peaches and nectarines: platform to sustain Chile’s competitiveness in fruit exports, Stage II (G07I1001)

• Universidad de Chile • Universidad Andrés Bello • Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA)

Monto total / Total amount: $ 508 mill.

Identificación de genes relacionados con el desarrollo y crecimiento de bayas apirenas de vid mediante genómica funcional (G07I1002) Identification of genes related to berry development and growth in seedless table grapes by means of functional genomics (G07I1002)

• Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) • Universidad de Chile • Universidad Andrés Bello

Monto total /Total amount: $858 mill.

Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa II (G07I1003) Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage II (G07I1003)

• Universidad Técnica Federico Santa María • Universidad de Talca • Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA)

Monto total/ Total amount: $1.337 mill.

Genómica funcional en vides viníferas y de mesa. Aporte de la ciencia a la industria (07GENOMA01) Functional genomics in wine and table grapes. A contribution from science to industry (07GENOMA01)

• Pontificia Universidad Católica de Chile

Monto total / Total amount: $1.464 mill.

Desarrollo y aplicación de herramientas de genómica e ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento de vides de mesa (G09I1007) Development and application of genomic and genetic engineering tools to enhance table grape breeding (G09I1007)

• Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) • Universidad Andrés Bello

Monto total / Total amount: $1.457 mill.

Desarrollo y aplicación de técnicas de ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento del cerezo (Prunus avium) (G09I1008) Development and application of genetic engineering tools to enhance cherry (Prunus avium) breeding (G09I1008)

• Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) • Universidad Andrés Bello

Programa de mejoramiento genético para el desarrollo de nuevas variedades de uva de mesa en función del mercado nacional e internacional (09PMG-7229) Breeding program for the development of new table grape varieties for the domestic and international markets (09PMG-7229)

• Biofrutales S. A. • Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA)

Fortalecimiento del mejoramiento genético del duraznero mediante la vinculación internacional y la selección asistida (09PMG-7240) Strengthening the breeding of peach trees by means of international networking and assisted selection (09PMG-7240)

• Universidad de Chile • Universidad Andrés Bello • Biofrutales S. A.

Aporte Innova / Funding from Innova: $ 1.942 mill. (68%)

Programa chileno para el mejoramiento genético del cerezo (09PMG-7243) Chilean program for cherry breeding (09PMG-7243)

• Biofrutales S. A. • Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA)

Monto total / Total amount: $1.185 mill.

Aporte Innova / Funding from Innova: $ 711 mill. (60%)

Programa de mejoramiento genético hortícola para la agroindustria de exportación de Chile (09PMG-7244) Vegetable breeding program for the Chilean export agro-industry (09PMG-7244)

• Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) • Universidad de Chile

Monto total / Total amount: $1.109 mill.

Fuente: Elaborado sobre la base de información de FONDEF e InnovaChile.

Source: Elaborated on the basis of information from FONDEF and InnovaChile.

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Aporte FONDEF / Funding from FONDEF: $ 973 mill. (63%)

Aporte FONDEF / Funding from FONDEF: $ 289 mill. (57%)

Aporte FONDEF / Funding from FONDEF: $ 484 mill. (56%)

Aporte FONDEF / Funding from FONDEF: $ 727 mill. (54%)

Aporte Innova / Funding from Innova: $ 878 mill. (60%)

Aporte FONDEF / Funding from FONDEF: $ 945 millones (65%) Monto total / Total amount: $ 946 mill.

Aporte FONDEF / Funding from FONDEF: $ 600 mill. (63%) Monto total / Total amount: $2.860 mill.

Aporte Innova / Funding from Innova: $ 1.999 mill. (70%) Monto total /Total amount: $2.836 mill.

Aporte Innova / Funding from Innova: $ 712 mill. (64%)

En estos proyectos, el programa hizo posible reunir importantes capacidades del país para abordar el trabajo en esta área, además de favorecer la alianza entre los grupos científicos y la industria, la formación de capacidades humanas y la instalación de infraestructura y equipamiento científico. Las iniciativas sumaron a investigadores y equipos de siete universidades, un centro tecnológico público, dos entidades de investigación privadas, dos asociaciones gremiales y un total de 14 empresas, además de una universidad y un centro tecnológico extranjeros y, a partir de la segunda convocatoria, los dos consorcios tecnológicos ciencia-empresa que operan en el país en el ámbito frutícola, Biofrutales y el Consorcio Tecnológico de la Fruta, junto al consorcio del vino Vinnova.

A lo largo del desarrollo del programa, el aprendizaje de los investigadores y de los participantes privados permitió tomar conciencia de que una de las formas más relevantes en que la genómica en fruticultura permite capturar y crear valor es por medio del mejoramiento genético. En este sentido, los estudios de genómica han buscado desarrollar herramientas o generar variabilidad genética que permita a los programas de mejoramiento ser más eficientes. Así, los proyectos más exitosos en el marco del Programa Genoma han sido los que se han vinculado en forma temprana con programas de mejoramiento genético.

Entre sus logros globales, el programa ha posibilitado un alto grado de especialización de los investigadores y ha contribuido al posicionamiento y vinculación internacional de los equipos tanto en vides como en carozos (en transformación genética y genómica), facilitando así la retroalimentación con experiencias científicas extranjeras.

Es preciso tener presente que programas de esta naturaleza requieren esfuerzos de largo plazo que deben abordarse en forma gradual, mediante etapas sucesivas. Este programa ha hecho un aporte relevante en materia de infraestructura y equipamiento científico, desarrollo de capacidades humanas, creación y fortalecimiento de redes de trabajo y generación de resultados científicos y tecnológicos de alto valor (que se analizan a lo largo del presente documento). La continuidad de este esfuerzo, alineado con las políticas públicas, plasmado dentro de una iniciativa estratégica del Ministerio de Agricultura y en el cual la autoridad ha comprometido su apoyo futuro, mantiene vigentes un conjunto de desafíos. Estos incluyen profundizar el potenciamiento efectivo de las herramientas que ofrece la genómica al desarrollo de los programas de mejoramiento genético, concretar desarrollos científico-tecnológicos que permitan generar aplicaciones de valor para el sector empresarial, así como seguir avanzando en los desafíos científicos que permitan generar conocimientos que en última instancia respondan a demandas de este sector en la búsqueda de aumentar su competitividad•

With these projects, the program made it possible to join together significant nation-wide capabilities in order to approach work on this area; in addition, it fostered connections between scientific groups and industry, it enabled human capabilities training, and supported the development of infrastructure and scientific equipment. These initiatives involved in their efforts researchers and teams from seven universities, a public technological center, two private research organizations, two industry associations, and a total of 14 private companies, along with one university and one technological center from abroad. In addition, after the second call for proposal, the two scientific-entrepreneurial technological consortia operating in the Chilean fruit-growing field, Biofrutales and Fruit Technological Consortium, as well as the wine consortium Vinnova, became part of these efforts.

Through the length of the program’s implementation, discoveries by researchers and private sector participants gave rise to the awareness that one of the most important ways in which fruit cultivation genomics makes it possible capturing and creating added value is by means of breeding. In this sense, studies in genomics have endeavored to develop tools or to generate genetic variability in order to foster efficiency in breeding programs. It is the case that the most successful projects within the Genome Program are those that linked with breeding programs at an early stage.

Among its global achievements, the program has made it possible for researchers to achieve a high degree of specialization and has contributed to the positioning and international linking of teams working on grapes and in pit fruits (genetic transformation and genomics), facilitating in this manner the gathering of feedback derived from scientific experiences abroad.

It’s necessary to remember that programs of this kind require longterm efforts; these must be taken on gradually, in successive stages.

The program has made an important contribution related to infrastructure and scientific equipment, the development of human capabilities, the creation and strengthening of work networks, and the generation of highly valuable scientific and technological results—which are analyzed throughout the present document.

The continuity of this effort, which is in line with public policies and embodied in a Ministry of Agriculture strategic initiative, and to which the leadership has committed its support, still presents a set of challenges. These include, first, the need to deepen the actual fulfillment of the effective potential of tools offered by genomics in the development of breeding programs; secondly, to make concrete scientific and technological developments that would result in value added applications for the entrepreneurial sector, and, third, the need to keep advancing in the solution of scientific challenges in order to generate knowledge which will ultimately respond to this sector’s search for increased competitiveness• 5

Convocatoria I

OPEN CALL I

Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa I Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage I Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions

Entidades asociadas Associated entities

Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Director del proyecto Project director Director alterno Alternate director Investigadores principales Principal investigators

Datos de contacto Contact information

G02P1002 Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM) (principal / main) Universidad de Chile (U. de Chile) Universidad de Talca (U. de Talca) Universidad de Santiago de Chile (USACH) Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) Fundación para el Desarrollo Frutícola Fundación Chile Asociación de Exportadores de Chile A. G. (ASOEX) $ 1.547,2 mill. Chilean $ 1,547.2 mill. $ 973,0 mill. Chilean $ 973.0 mill.

Octubre de 2002 a diciembre de 2006 October 2002 to December 2006 Hugo Peña-Cortés (UTFSM) Manuel Pinto C. (U. de Chile) Mauricio Canales A. UTFSM Thomas Fichet L. U. de Chile Danilo González N. UTFSM Enrique González V. U. de Talca Patricio Hinrichsen R. INIA Matilde Jashes M. USACH Humberto Prieto E. INIA Marlene Rosales V. INIA Simón Ruiz L. U. de Talca E-mail: hugo.pena@usm.cl Teléfono / Telephone: (56-32) 2654732

El contexto

The context

En Chile, los productos derivados de plantas representan un porcentaje sustancial de las exportaciones y entre ellos los frutales son un grupo de particular relevancia. En este contexto, la aplicación de las nuevas herramientas de análisis genético hace posible agregar valor y ampliar las exportaciones de cultivos estratégicos para el país.

In Chile, the products derived from plants represent a substantial percentage of exports and among them, fruits are particularly relevant. In this context, the application of new genetic analysis tools makes it possible to add value and expand exports of strategic crops for the country.

Gran parte del trabajo internacional en genómica se centra en cultivos que difieren de los que son relevantes para Chile y las capacidades de investigación en estas áreas en el país no estaban desarrolladas al momento de inicio de este proyecto. La investigación en genómica de plantas en el mundo se había centrado mayoritariamente en especies modelo o cultivos anuales (cereales, canola y algodón) o en especies estratégicas para la economía chilena (como uva, pino y eucalipto) pero sin coincidencia con las variedades de interés local o las características de interés para las exportaciones nacionales. En el caso del trabajo en vid desarrollado en el mundo en ese momento, solo un mínimo se relacionaba con caracteres de interés en uva de mesa, producto central de las exportaciones de Chile.

La industria nacional de la vid sufre pérdidas económicas importantes causadas por enfermedades provocadas por fitopatógenos y por alteraciones en el desarrollo de la baya. El principal problema fitosanitario que enfrenta este cultivo lo constituyen las enfermedades de origen fungoso, que pueden desarrollarse tanto en la precosecha como en la postcosecha. En Chile una de las enfermedades fungosas más importantes es la causada por el hongo necrotrófico Botrytis cinerea. Por otro lado, ciertas variedades de vides, en especial Carménère, presentan durante su 6

Much of the international work in genomics focuses on crops that differ from those that are relevant to Chile and research capabilities in these areas in the country were not developed at the beginning of this project. Research in plant genomics in the world had focused mostly on model species or annual crops (cereals, canola and cotton) or strategic species for the Chilean economy (such as grapes, pine and eucalyptus) but not in line with the varieties of local interest or features of interest for national exports. As regards the work done in grapevine in the world at that time, just a little part of it was related to traits of interest in table grapes, a core product within Chilean exports.

The domestic grapevine industry has significant economic losses due to diseases caused by phytopathogens and alterations in the development of the berry. The main phytosanitary problem of this crop relates to fungus diseases, which can develop in both the pre-harvest and post-harvest. In Chile one of the most important fungal diseases is caused by the necrotrophic fungus Botrytis cinerea. On the other hand, certain varieties of grapes, especially Carménère, during the development present an irregular formation of the fruit that results at the end of the season in bunches with berries of different size. This affects varieties such as Merlot or Malbec and is characterized by the presence, in the same bunch, of irregular size berries, including big berries with normal seeds and

desarrollo una formación irregular de los frutos que se traduce al término de la temporada en racimos que presentan bayas de distinto tamaño. Esto afecta a variedades como Merlot o Malbec y se caracteriza por la presencia, en un mismo racimo, de bayas de irregular tamaño, incluyendo bayas de mayor tamaño que desarrollan una semilla normal y bayas de menor tamaño que carecen de semilla. Estas últimas no alcanzan plena madurez, poseen una alta cantidad de compuestos cuya presencia no es deseada en el mosto y son incapaces de producir metabolitos importantes para las propiedades organolépticas del vino, lo que afecta en forma significativa la calidad del producto final. Adicionalmente, el fenómeno de millerandage o corrimiento está asociado a otros problemas que afectan el cultivar de la vid tales como la abscisión de flores (fruto) y la baja fertilidad en el momento de la cuaja.

small berries without seed. The latter do not reach full maturity, have a high amount of compounds which presence is not desired in the must and are unable to produce metabolites important for the organoleptic properties of wine, which significantly affect the quality of the final product. Additionally, the phenomenon of millerandage or flowering is associated with other problems affecting the grapevine cultivar such as flower abscission (fruit) and low fertility at the time of fruit set.

El proyecto

Regarding the first research objective, expected results were to compile gene libraries corresponding to different developmental stages of the bunch and berries of the vine; the ESTs (Expressed Sequence Tags) database related to the growing of berries of seeded and seedless grapevine varieties; and the identification and classification through bioinformatics of genes related to various processes (genes associated with flower differentiation and development of the berry and bunch, genes presumably related to the formation of seeds and genes activated by gibberellin (GA3) and the presence of seed). Regarding the second research objective, the expected result was the identification of grapevine genes involved in the response to Botrytis and genes involved in the response to jasmonic acid or salicylic acid.

Los objetivos de investigación del proyecto fueron estudiar el desarrollo de la semilla y la maduración de la baya, con particular interés en el desarrollo de la apirenia; y la interacción Botrytis-vid, focalizada en las alteraciones de la planta frente a la infección por este patógeno.

En el primer objetivo de investigación, los resultados esperados eran la obtención de genotecas correspondientes a distintos estados de desarrollo del racimo y bayas de la vid; la base de datos de ESTs (Marcador de Secuencia Expresada, por su sigla en inglés) relacionados al proceso de desarrollo de la baya de variedades semilladas y no semilladas de vid; y la identificación y clasificación mediante bioinformática de genes relacionados a distintos procesos (genes asociados a la diferenciación floral y al desarrollo de la baya y racimo, genes presuntamente relacionados con la formación de semillas y genes activados por giberelina (GA3) y por la presencia de semilla). En el segundo objetivo de investigación, los resultados previstos eran la identificación de genes de vid involu-

The project The research objectives were to study seed development and maturation of the berry, with particular interest in the development of apirenia, and Botrytis-grapevine interaction, focused on changes in the plant due to this pathogen infection.

In the first stage, the project included the installation and commissioning of a service center for both, the project activities and the provision of services to other projects on a cost-effective basis.

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crados en la respuesta a la infección por Botrytis y genes involucrados en la respuesta a ácido jasmónico o ácido salicílico.

El proyecto contempló en su primera etapa la instalación y puesta en marcha de un centro de servicios, tanto para realizar actividades del proyecto como para prestar servicios a otros proyectos sobre una base costo-efectiva.

Organización del proyecto y rol de los actores Para abordar el proyecto, las entidades participantes se asociaron en un consorcio. La generación de muestras y material biológico en el caso de la variedad Thompson Seedless estuvo a cargo del INIA y la U. de Chile y en el caso de la variedad Carménère a cargo de la U. de Talca. La implementación de bioinformática y de la plataforma para confeccionar microarreglos para analizar perfiles de expresión estuvo a cargo de la UTFSM (interacción entre Botrytis y vid), con el INIA a cargo de la generación del material biológico y la UTFSM y la USACH a cargo de la biología molecular. El secuenciamiento fue realizado por la Universidad de Campinas (Brasil).

Resultados y lecciones aprendidas Entre sus principales resultados científicos el proyecto logró la identificación de expresión diferencial de genes relacionados con los estados de desarrollo de la uva y expresión diferencial de genes relacionados en el proceso de maduración en uva Thompson Seedless y Carménère para mesa y vino y su modificación en presencia de Botrytis cinerea, mediante dos aproximaciones: • Análisis in silico mediante herramientas bioinformáticas, con lo que se logró caracterizar un pool de genes que presentaban expresión estado– o tejido– dependiente, cuya importancia radica en el uso para chequeo de mecanismos de ese estado y para desarrollar herramientas de expresión sitio dirigidas (para silenciar o activar genes).

• Análisis por macroarreglos, que permitió establecer expresión diferencial de genes y determinar características de expresión de desarrollo de baya y comportamiento frente a Botrytis.

Esta información sugiere que los cultivares de vid presentan diferentes mecanismos de respuesta al hongo Botrytis cinerea, que dependen del tejido y del cultivar. Así, el proyecto generó información que: a) demuestra respuestas cultivar– y tejido– dependientes en la especie V. vinifera; b) identifica grupos de genes que son particularmente expresados y grupos particularmente inhibidos, ante la agresión por el hongo, y c) identifica rutas de respuesta común y rutas de respuesta específica y diferenciada en ambos cultivares, estableciendo grupos de genes involucrados en ellas.

También se identificó una nueva vía metabólica relacionada con el metabolismo de sustancias reguladoras del crecimiento en uva Carménère. Con expresión de genes y a través de bioinformática se reconstruyeron ciertas rutas metabólicas de interés en el desarrollo de bayas en la variedad Carménère (de los taninos). Esto permitió identificar numerosos genes cuya expresión estaba fuertemente inducida o reprimida en bayas no semilladas respecto de bayas normales. Entre los genes fuertemente reprimidos en bayas corridas (tamaño pequeño y sin semilla) destacaban aquellos asociados a metabolismo primario, metabolismo secundario, transportadores de io8

Organization of the project and role of participants To tackle the project, the participating institutions were associated in a consortium. The compilation of samples and biological material in the case of Thompson Seedless variety was responsibility of INIA and the U. of Chile and in the case of the Carménère variety, the U. Talca. The implementation of bioinformatics and microarray platform to analyze expression profiles was conducted by UTFSM (interaction between Botrytis and grapevine), with INIA in charge of the compilation of biological material and UTFSM and USACH in charge of molecular biology. The sequencing was conducted by the University of Campinas (Brazil).

Results and lessons learned Among the main scientific results of the project was the identification of differential expression of genes related to developmental stages of the grape and differential expression of genes involved in the ripening process of Thompson Seedless and Carménère grape for table and wine and its modification in the presence of Botrytis cinerea, using two approaches: •

In silico analysis using bioinformatics tools, which characterized a pool of genes showing status– or tissue– dependent expression, which importance lies in the use of mechanisms to check the state and to develop site-targeted expression tools (to silence or activate genes).

•

Analysis by macroarrays which established differential expression of genes and determined the expression characteristics of berry development and performance against Botrytis.

These data suggest that vine cultivars have different mechanisms of response to the fungus Botrytis cinerea, which depend on the tissue and cultivar. Thus, the project generated information that: a) shows cultivar– and tissue– dependent responses in the species V. vinifera; b) identifies groups of genes which are particularly expressed and particularly inhibited when attacked by the fungus, and c) identifies common response pathways and specific and differentiated response pathways in both cultivars, establishing groups of genes involved in them.

A new metabolic pathway was identified related to the metabolism of growth regulating substances in Carménère grape.

With gene expression and bioinformatics some metabolic pathways of interest in the development of berries in Carménère variety (the tannins) were reconstructed.

This allowed identifying numerous genes which expression was strongly induced or repressed in seedless berries respect to normal berries. Among the genes strongly repressed in flowering berries (small and seedless) those associated to primary metabolism, secondary metabolism, ion carriers, components of biosynthesis pathways and translation of phytohormone signals and transcription factors associated to flower and fruit development excelled. Among the genes induced in flowering berries genes associated with stress response, protein degradation and biosynthesis of metabolites associated with the regulation of plant development stood out.

To sequence Thompson Seedless and Carménère varieties, the project sought to characterize the ESTs with different strategies in terms of what RNA isolate to get those ESTs. ESTs were obtained in

nes, componentes de vías de biosíntesis y de traducción de señales de fitohormonas y factores de transcripción asociados a desarrollo floral y frutal. Entre los genes inducidos en bayas corridas se destacan genes asociados a respuesta a estrés, degradación de proteínas y biosíntesis de metabolitos asociados a la regulación del desarrollo vegetal.

Para someter a secuenciamiento las variedades Thompson Seedless y Carménère, se buscó caracterizar los ESTs con distintas estrategias, en términos de qué ARN aislar para tener esos ESTs. Se obtuvieron ESTs en secuencias en distintos estados de desarrollo de la baya, lo que permitió tener mayor cantidad de información sobre apirenia en Thompson Seedless y partenocarpia en Carménère, con un resultado de 130.000 ESTs. El proyecto consiguió incorporar un 21% de nuevos genes en el ámbito de la uva al pool de información conocida y que se encontraba depositada en el Genebank (base de datos de secuencias genéticas del National Institute of Health) al término del proyecto (40.000 ESTs al año 2006). La información generada a través de este proyecto representa el 64% de toda la información disponible a nivel mundial acerca de Vitis vinifera al momento del infome.

En cuanto a patentamiento, el proyecto desarrolló un estudio de patentabilidad de un nuevo método de extracción de material genético de importancia selectiva extrapolable a otras especies de frutas y hortalizas, dado que se logró un protocolo de aislamiento de ARN común, que fue probado en otras especies, como palto y chirimoyo, entre otras.

En términos de publicaciones científicas, se generaron cuatro artículos, cuyas referencias se entregan al final del documento.

En términos de formación de capital humano, el proyecto hizo posible ampliar la masa crítica existente en el país en materia de expertise molecular, impulsando la exploración de nuevos conceptos que en Chile no se habían trabajado anteriormente.

En ese momento, dentro de América Latina solo Brasil mostraba avances en microarreglos y macroarreglos y esta iniciativa fue clave para que Chile pudiera también incorporarse a estos esfuerzos. El proyecto también hizo posible el desarrollo de tres tesis doctorales y tres tesis de pregrado en los temas de análisis de mecanismos regulatorios metabólicos, expresión de genes, caracterización de respuesta de hipersensibilidad de plantas de vid, clonamiento de genes y caracterización de perfiles de transcripción y efecto del contenido de ácido jasmónico en la respuesta defensiva en vides.

En materia de posicionamiento internacional, es destacable el hecho de que el equipo de investigadores recibió una invitación para incorporarse al comité directivo del International Grape Genome Program, donde participan como miembros Italia y Francia, entre otros.

La continuidad de esta iniciativa fue apoyada en la segunda convocatoria del Programa Genoma, en el proyecto G07I1003 (Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa II), que se describe en este mismo documento•

sequences at different stages of berry development, which allowed to have more information on apirenia in Thompson Seedless and parthenocarpy in Carménère, with a score of 130,000 ESTs. The project achieved the incorporation of 21% new genes in the field of grapes to the pool of information that was known and deposited in the Genebank (database of genetic sequences from the National Institute of Health) at the end of the project (40,000 EST’s in the year 2006). The information produced through this project represents 64% of all information available worldwide on Vitis vinifera at the moment of the report.

The project developed a study of patenting a new method of extracting genetic material of selective importance that could be applied to other kinds of fruit and vegetables, since a common RNA isolation protocol was achieved, which was tested in other species, such as avocado and cherimoya, among others.

In terms of scientific publications, four articles were produced in the context of the project (the reference information is available at the end of this document).

In terms of human capital formation, the project made it possible to expand the critical mass in the country in terms of molecular expertise, encouraging the exploration of new concepts that had not been previously worked in Chile. At that time, within Latin America, only Brazil showed advances in microarrays and macroarrays and this initiative was a key consideration for the incorporation of Chile into these efforts. The project also enabled the development of six theses (three undergraduate and three doctorate) on the topics of analysis of methabolic regulatory mechanisms, genes expression, characterization of vine plants hypersensibility response, genes cloning and transcription profile characterization, and jasmonic acid content effect on vines defensive response.

In terms of international networking, it is noteworthy that the research team was invited to join the steering committee of the International Grape Genome Program, where Italy and France participate as members, among others.

The continuity of this initiative was supported in the second call for proposals of the Genome Program, in the project G07I1003 (Scientific-technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage II), described in this document• 9

Convocatoria I

OPEN CALL I

Estudios genómicos y de expresión génica en vides: respuesta a la infección viral y desarrollo de sistemas de diagnóstico Genomic and gene expression studies in grapes: response to the viral infection and development of diagnostic systems Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions

Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Director del proyecto Project director Director alterno Alternate director Investigadores principales Principal investigators

Datos de contacto Contact information

G02S1001 Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC) (principal / main) Bios Chile Ingeniería Genética S. A. Fundación Ciencia para la Vida (FCV) Universidad de Chile (U. de Chile) $ 1.092,4 mill. Chilean $ 1,092.4 mill.. $ 647,2 mill.

Chilean $ 647.2 mill.

Diciembre de 2002 a diciembre de 2005 December 2002 to December 2005 Patricio Arce J. (PUC) Francisco Melo L. (PUC) Nicola Fiore C. U. de Chile Rodrigo Gutiérrez I. PUC María Consuelo Medina A. PUC Tomás Pérez A. PUC Mario Rosemblatt S. FCV Pablo Valenzuela V. FCV Arturo Yudelevich S. Bios Chile E-mail: parce@bio.puc.cl Teléfono / Telephone: (56-2) 6862897

El contexto

The context

La industria frutícola es un sector relevante en términos de empleo y exportaciones, y un motor de desarrollo fundamental en diversas regiones del país. Desde el punto de vista fitosanitario, las virosis constituyen un problema muy importante para este sector, ya que afectan negativamente la productividad de los cultivos, la calidad del fruto y de los productos que se obtienen de ellos. El control de virus solo se realiza adoptando medidas preventivas que incluyen la detección de virus en las plantas, la erradicación de plantas enfermas y la búsqueda de variedades resistentes.

The fruit industry is an important sector in terms of employment and exports, and a key driver of development in various regions of the country. From the phytosanitary point of view, virosis is a major problem for this sector, adversely affecting crop productivity, fruit quality and products obtained from them.

The virus control is performed only by taking preventive measures that include the detection of viruses in plants, the eradication of diseased plants and the search for resistant varieties.

Frente a ello, el proyecto se orientó a hacer un aporte significativo a la fruticultura nacional entregando nuevas herramientas para aminorar este problema.

Se decidió trabajar en vid, en particular en la variedad Cabernet Sauvignon, por su relevancia en la producción de vino.

In keeping with the same, the project was aimed at making a significant contribution to the national fruit-growing industry providing new tools to reduce the aforementioned problem.

The decision was to work in grapevine, particularly the Cabernet Sauvignon variety for its relevance to winemaking.

El proyecto

The project

Como objetivo central, el proyecto planteó identificar, secuenciar y caracterizar genes de vid que reaccionan ante la infección viral, mediante genómica funcional, en un tipo de investigación que no había sido aún reportada en la literatura científica al momento de inicio del proyecto. Para ello, el equipo se propuso desarrollar una genoteca de expresión de ADNc (ADN complementario) de vides utilizando tejido infectado con el virus GFLV, empleando el ARN mensajero de tejido de vid infectado y no infectado, lo que permitiría identificar genes cuya expresión se afecta en respuesta a la infección por virus.

The main objective of the project was to identify, sequence and characterize vine genes that react to viral infection through functional genomics, in a kind of research that had not yet been reported in the scientific literature when this project began. In the same vein, the team decided to develop a gene library of vine cDNA (complementary DNA) using tissue infected with the GFLV, using messenger RNA of infected and not infected vine tissue, which would allow for the identification of genes which expression is affected due to the virus infection.

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Contar en el país con clones y secuencias de genes de vid propias representa una gran ventaja estratégica. En el marco del proyecto se esperaba también poder construir microarreglos de vid y evaluar directamente en ellos la expresión génica en esta especie. La identificación de genes relevantes cuya expresión se ve activada o inhibida por la infección viral en este sistema permitiría evaluarlos posteriormente de manera acuciosa. En forma adicional, a partir de las secuencias génicas obtenidas de la vid, sería posible modelar la estructura tridimensional de proteínas por comparación con estructuras conocidas determinadas empíricamente, un tipo de aproximación que permitiría avanzar de manera significativa en la comprensión de la función de los genes y de las proteínas que ellos codifican en las plantas.

Como segundo objetivo, el proyecto contempló desarrollar sistemas específicos que permitieran detectar las variantes chilenas de los virus GFLV, GLRaV y ToRSV en vides.

Organización del proyecto y rol de los actores En el proyecto participaron la Facultad de Ciencias Biológicas de la PUC (grupo de Biología Molecular Vegetal, experto en modelamiento de proteínas, y Centro de Genómica y Bioinformática); la Facultad de Agronomía de la U. de Chile (grupo de Fitopatología); la empresa Bios-Chile, de gran experiencia en desarrollo y comercialización de productos biotecnológicos, especialmente en el área de diagnóstico de patógenos; y la FCV, que aportó expertos en genómica funcional de patógenos e inmunología, y contactos nacionales e internacionales en bioinformática, normativa y patentes.

El Servicio Agrícola y Ganadero, dependiente del Ministerio de Agricultura, apoyó el proyecto en sus inicios proveyendo material de vides infectadas con virus. La secuenciación fue realizada por la empresa Qiagen Korea Inc. (Corea).

Having clones and gene sequences of domestic vines represents a great strategic advantage for the country. Under the project is also expected to develop vine microarrays to directly assess gene expression in this species. The identification of relevant genes which expression is activated or inhibited by viral infection in this system would make possible to evaluate them accurately. Additionally, from gene sequences obtained from the vine, it would be possible to model the three-dimensional protein structure by comparing it with known structures empirically determined, a type of approach that would mean a significant progress in understanding the function of genes and the proteins they codify in plants.

The second objective of the project was to develop specific systems enabling the detection of Chilean variants of GFLV, GLRaV and ToRSV viruses in grapevines.

Organization of the project and role of participants Participants in the project were the School of Biological Sciences of the PUC (Plant Molecular Biology Group, an expert in protein modeling, and Center for Genomics and Bioinformatics), the Faculty of Agronomy of the U. of Chile (Group of Plant Pathology), the company Bios-Chile, with extensive experience in developing and commercializing biotechnological products, especially in the area of pathogen diagnosis, and FCV, which brought experts in functional genomics of pathogens and immunology, and national and international contacts in bioinformatics, regulations and patents. The Agriculture and Livestock Service under the authority of the Ministry of Agriculture, supported the project in its early stage providing material of virus-infected vines. The sequencing was performed by the company Qiagen Korea Inc. (Korea).

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Resultados y lecciones aprendidas

Results and lessons learned

Entre sus principales resultados, el proyecto logró el desarrollo de nuevos kits de diagnóstico para virus que atacan la uva y que tienen gran incidencia en la industria del vino, los cuales actualmente son comercializados por la empresa Bios Chile.

Among the main results, the project succeeded in developing new diagnostic kits for viruses that affect grapevine and have great impact on the wine industry, which are currently marketed sold by the company Bios Chile.

Como resultados científicos, se suman el desarrollo de una metodología de transformación genética para generar portainjertos y variedades de vides con mayor resistencia a virus u otras características de interés; la generación de una base de datos pública que contiene modelos tridimensionales de numerosas proteínas de uva (disponible en el sitio web http://networks.bio.puc.cl:8080/ VirtualSite/) y diversos genes y promotores de vides que participan durante la senescencia de la hoja, la acumulación de azúcares y antocianos en el fruto verde y maduro.

Among the scientific results there is the development of a methodology for genetic transformation to produce grapevine rootstocks and varieties with greater resistance to viruses or other features of interest; the development of a public database containing three-dimensional models of numerous grapevine proteins (available on the Website http://networks.bio.puc. cl:8080/VirtualSite/) and various grapevine genes and promoters involved during leaf senescence, the accumulation of sugars and anthocyanins in green and ripe fruit.

En términos de formación de capacidades humanas, se desarrollaron seis tesis de pregrado en áreas de biotecnología, bioinformática, biología, virología y bioquímica, así como una tesis de magister, cuatro tesis doctorales y un trabajo postdoctoral. A su vez, se realizaron seis pasantías de investigación en Estados Unidos, Italia y Francia.

In terms of human capital formation six undergraduate thesis in the areas of biotechnology, bioinformatics, biology, virology and biochemistry and a master’s thesis, four doctoral dissertations and one postdoctoral work were developed. In turn, there were six research internships in the United States, Italy and France.

Las iniciativas de difusión y publicaciones científicas en el marco del proyecto incluyeron la participación en nueve congresos nacionales y diez internacionales (en Estados Unidos, Italia, Canadá, Cuba y Argentina); la dictación del curso internacional “ICROUNESCO Practical and Theoretical Course, Plant Functional Genomics and Molecular Genetics” (Facultad de Ciencias de la U. de Chile y Facultad de Ciencias Biológicas de la PUC, enero de 2005); y la participación en diversas actividades de difusión hacia escolares y público en general en el país. En el marco del desarrollo de las dos iniciativas Genoma de este grupo de investigación (financiadas por FONDEF e InnovaChile), se generaron diez publicaciones, cuyas referencias se entregan al final de este documento.

Initiatives of dissemination and scientific publications under the framework of the project included the participation in nine international and ten national congresses (in the United States, Italy, Canada, Cuba and Argentina); the international course “ICRO-UNESCO Practical and Theoretical Course, Plant Functional Genomics and Molecular Genetics” (School of Sciences of U. de Chile and School of Biological Sciences of PUC, January 2005); and participation in various dissemination activities for schools and general public in the country. Ten publications were generated in the context of the two Genoma initiatives of this research group (funded

by FONDEF and InnovaChile), which references are given at the end of this document.

En cuanto a vinculaciones de colaboración científica, los positivos resultados del proyecto se tradujeron en una invitación formal del Plant Genome Program de la National Science Fundation (NSF, USA), para participar en un consorcio que estudia mecanismos de estrés en Vitis vinifera.

As for scientific collaboration links, the positive results of the project resulted in a formal invitation of the Plant Genome Program of the National Science Foundation (NSF, USA), to participate in a consortium studying stress mechanisms in Vitis vinifera.

A su vez, el proyecto contó con la colaboración de los siguientes expertos extranjeros: el Dr. Roger Beachy, experto en biología molecular de virus vegetales y presidente del Donald Danforth Plant Science Center de Estados Unidos y la Dra. Shauna Somerville, del Consorcio de Genómica Funcional de Arabidopsis (AFGC), que desarrolla las más modernas tecnologías a nivel mundial para estudios en genómica funcional. También apoyó el proyecto el Dr. Andrej Sali, profesor de The Rockefeller University, experto mundial en modelamiento de estructuras proteicas. Se realizaron asimismo publicaciones conjuntas y otras colaboraciones con los Drs. Katrina Ramonel, Lucia Martinelli y Grant Cramer.

En materia de propiedad intelectual, se presentó en Chile la solicitud de patente “Procedimiento para producir vides resistentes al virus de la hoja en abanico de la vid (GFLV) que consiste en transformarlas con una secuencia nucleotídica del GFLV, la cual se incorpora en forma repetida invertida de manera que genere un ARN doble hebra que interfiere con la infección del GFLV” (solicitud 01837-2003 en Chile). También se hizo una aplicación de otra patente en Chile y Estados Unidos, “Method to produce sterile male flowers and parthenocarpic fruits by genetic silencing, associated sequences and vectors containing said sequences” (en Chile 33612006 y en Estados Unidos 11/948,397, solicitada el 30/11/2007 y asignada en 2011). Esta última patente además está en trámite en otros países (China: 200710169157.7, Canadá: 2,615,249, Brasil: 20070169288 y Australia: 2007237251).

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The project also had the collaboration of the following foreign experts: Dr. Roger Beachy, an expert in molecular biology of plant viruses and president of the Donald Danforth Plant Science Center in the USA and Dr. Shauna Somerville from the Arabidopsis Functional Genomics Consortium (AFGC), which develops the latest technology worldwide for functional genomics studies. The project was also supported by Dr. Andrej Sali, a professor of The Rockefeller University, a world expert on protein structures modeling. There were also joint publications and other collaborations with Drs. Katrina Ramonel, Lucia Martinelli and Grant Cramer.

In terms of intellectual property, the patent “Method for producing grapevine resistant to Grapevine Fanleaf Virus (GFLV) consisting of transforming it with a GFLV nucleotide sequence, which is incorporated in an inverted repeated manner so that it generates a double-stranded RNA that interferes with the GFLV infection” was presented in Chile (No. 01837-2003). Likewise, an application of another patent was presented in Chile and the United States, “Method to produce sterile male flowers and parthenocarpic fruits by genetic silencing, associated sequences and vectors containing said sequences” (in Chile, 3361-2006 and in the United States 11/948,397, filed on 30/11/2007, assigned in 2011). This patent is also pending in other countries (China: 200710169157.7, Canada: 2,615,249, Brazil: 20070169288 and Australia: 2007237251).

El proyecto, en el marco de la primera convocatoria del Programa Genoma, permitió implementar estudios de genómica en el país, dejando capacidad instalada, lo cual se tradujo en el fortalecimiento del Centro de Genómica y Bioinformática de la PUC con equipos e infraestructura. Hoy se cuenta con infraestructura de secuenciación, servicio que se ofrece a todo el país a través de OMICS Solutions, entidad en que participa la PUC junto a otras entidades socias y que está físicamente albergada en la Facultad de Ciencias Biológicas (con financiamiento de CONICYT, 2010).

Within the framework of the first call of the Genome Program, the project facilitated the implementation of genomic studies in the country, leaving an installed capacity, which resulted in strengthening the Center for Genomics and Bioinformatics of the PUC with equipment and infrastructure. Today there is a sequencing infrastructure, a service offered to the entire country through OMICS Solutions, an entity where PUC participates together with other partner entities, that is physically located at the School of Biological Sciences (funded by CONICYT, 2010).

En términos generales, el proyecto sentó las bases para la colaboración entre universidad y empresa, en el marco de un valioso esfuerzo del Estado, que es fundamental mantener hasta lograr el objetivo de aprovechar la información obtenida para la obtención de nuevas variedades con las características estudiadas.

Generally speaking, the project laid down the foundations for collaboration between the university and industry, as part of a significant effort of the State, what is essential to be maintained until achieving the goal of using the information obtained to find new varieties with the characteristics studied.

El proyecto tuvo continuidad en la segunda convocatoria del Programa Genoma, en un proyecto con financiamiento de InnovaChile de CORFO (07GENOMA01), que trabajó en la caracterización del metabolismo de la baya, presencia de semilla y calidad de fruta, respondiendo así a los intereses de la industria. Las líneas de investigación en que se continuó trabajando fueron: evaluación a nivel molecular del efecto de la infección viral en el desarrollo y calidad de la fruta en la variedad Crimson Seedless; caracterización de la incompatibilidad patrón/portainjerto en la variedad Redglobe asociada al virus GRSLaV; utilización de los genes de virus aislados previamente, en el desarrollo de vectores que permitan transformar vides para resistencia a virus; y aplicación del procedimiento de transformación genética desarrollado para conferir resistencia a virus en vides. Como nueva línea de investigación, en la actualidad se está trabajando en el estudio de la acumulación de antocianos en frutos mediante la caracterización de la expresión génica de VvWDL-1 y VvWDL-2 en diferentes tejidos de Cabernet Sauvignon.

The project had continuity in the second call for proposals of Genome Program, in a project funded by InnovaChile, CORFO (07GENOMA01), working on the characterization of the metabolism of the berry, the presence of seed and fruit quality, responding to the interests of the industry. The research areas in which the research group continued to work were: molecularlevel assessment of the virus infection effect in fruit growing and quality of Crimson Seedless variety; characterization of the stock/ rootstock incompatibility of Redglobe variety related to GRSLaV; use of genes, previously isolated from viruses, in the development of vectors to produce virus-resistant grapevines and, application of the genetic transformation procedure developed to get virusresistant vines. At present, there is a new research line working on the study of the accumulation of anthocyanins in fruits through the characterization of the gene expression of VvWDL-1 and VvWDL-2 in different tissues of Cabernet Sauvignon.

A su vez, el grupo de investigación participa con el Consorcio Tecnológico de la Fruta, en el ámbito del mejoramiento genético de uva, que cuenta con financiamiento público y de la industria hasta 2013•

The research group works with the Fruit Technological Consortium in the field of grapevine breeding, which has public and industry funding up to 2013•

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Convocatoria II

OPEN CALL II

Genómica funcional en nectarines: Plataforma para fomentar la competitividad nacional en exportación de frutas, Parte II1 Functional genomics in peaches and nectarines: platform to sustain Chile’s competitiveness in fruit exports, Stage II1 Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions

Entidades asociadas Associated entities Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Directores del proyecto Project directors Investigadores principales Principal investigators

Datos de contacto Contact information

G07 1001 Universidad de Chile (principal / main) Universidad Andrés Bello Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) Biofrutales S. A. Asociación de Exportadores de Chile A. G. $ 508,3 mill.

Chilean $ 508.3 mill. $ 289 mill.

Chilean $ 289 mill.

Junio de 2008 a abril de 2011 June 2008 to April 2011 Ariel Orellana L. (UNAB) Mauricio González C. (U. de Chile) Reinaldo Campos V. UNAB Bruno Defilippi B. INIA Rodrigo Infante E. U. de Chile Daniel Manríquez B. INIA Lee Meisel UNAB E-mail: aorellana@unab.cl / mgonzalez@inta.cl Teléfono / Telephone: (56-2) 7703270 / (56-2) 9781440

El contexto

The context

La genómica funcional se ha transformado en una valiosa herramienta para la identificación de marcadores moleculares que permitan predecir la expresión de características deseadas en especies vegetales de interés comercial. En la industria frutícola, la generación de variedades con potencial comercial se realiza en programas de mejoramiento genético que pueden tardar varios años. En el caso del duraznero, la evaluación de una nueva variedad obtenida a partir de un cruzamiento toma al menos 4 a 5 años y su consolidación como variedad comercial, entre 10 y 15 años.

Este proceso se encarece por los costos de mantener una población de múltiples líneas que es preciso evaluar para identificar aquellas que posean las características de interés. Una forma de optimizar el proceso de selección es la identificación temprana de individuos que posean características deseables mediante el uso de marcadores de selección precoz, en lo que se conoce como selección asistida por marcadores moleculares.

Functional genomics has become a valuable tool used to identify molecular markers that predict the expression of desired characteristics in plant species of commercial interest. In the fruit growing industry, the generation of species with commercial potential is carried out through breeding programs that may take several years. In the case of peach tree, evaluating a new variety obtained from crossbreeding takes at least 4 to 5 years, and its consolidation as a commercial variety may take between 10 and 15 years. This process is made costly due to the expenses needed to maintain a multiple line population that must be evaluated in order to identify the ones possessing the desired characteristics.

One way of optimizing the selection process is through the early identification of plants that possess the desired traits by means of early selection markers, a process known as molecular marker assisted selection.

Chile posee una activa industria exportadora de duraznos y nectarines. Entre los factores que ponen en riesgo su competitividad, el almacenamiento refrigerado por períodos superiores a 2 o 3 semanas afecta seriamente la calidad de la fruta, con la harinosidad como uno de los síntomas más evidentes. El país necesita por ello disponer de variedades que tengan baja susceptibilidad a esta característica, pero se trata de un proceso que puede tomar muchos años y que requiere el uso de todas las herramientas que optimicen la búsqueda de tales variedades. Hasta el inicio de este proyecto, no existían marcadores moleculares que permitieran seleccionar tempranamente variedades con estas características, lo que hacía urgente desarrollar estas herramientas.

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Chile has an active peach and nectarine exporting industry. Among the factors that diminish the industry’s competitiveness is the use of cold storage for periods longer than 2 to 3 weeks, as it seriously affects fruit quality, mealiness being one of the most evident symptoms. Chile needs therefore to have at its disposal varieties with low susceptibility to such trait; the acquisition of these species, however, involves a process that may take many years and that requires using all the tools capable of optimizing the search for such varieties. At the moment this project was started, there existed no molecular markers that would enable the early selection of varieties with the desired characteristics, and that’s why developing these tools was such an urgent task.

La primera parte del proyecto, también en el marco del Programa Genoma, fue financiada por InnovaChile.

The first part of this project, also included within the Genome Program, was funded by InnovaChile.

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El proyecto

The project

El objetivo general del proyecto fue utilizar la genómica funcional como una herramienta para la obtención de marcadores moleculares que faciliten la detección temprana de variedades de durazno y nectarines que posean características mejoradas de postcosecha.

The project’s general goal was utilizing functional genomics as a tool to obtain molecular markers that would facilitate the early detection of peach and nectarines varieties with improved post harvest characteristics.

En la Parte I del proyecto (financiada por InnovaChile en la primera convocatoria del Programa Genoma) se obtuvieron secuencias de genes asociados a la harinosidad, que se expresan diferencialmente, y se planteó que el presente proyecto buscara acotar mejor el conjunto de genes relacionados con este carácter, asociando ciertos genes a frutos y hojas.

In Part I of the project –funded by InnovaChile in the Genome Program first call for proposals– differentially expressed gene sequences were obtained that were linked to mealiness. It was then decided that the current project would seek to better narrow down the set of genes related to this trait, linking certain genes to fruits and leaves.

Los objetivos específicos fueron: caracterizar fenotípica y molecularmente variedades de alta y baja susceptibilidad a la harinosidad analizando tanto frutos como hojas; generar poblaciones segregantes a partir de parentales seleccionados en base a su alta y baja susceptibilidad a la harinosidad; realizar una caracterización fenotípica temprana a nivel fisiológico y molecular en las hojas de plántulas provenientes del cruzamiento de variedades con susceptibilidad diferencial a la harinosidad de los frutos; identificar genes y proteínas que se expresen diferencialmente en las variedades parentales utilizadas en la generación de una población segregante; analizar en la población segregante la distribución de los genes y proteínas que tienen una expresión diferencial en hojas de los parentales; generar información de productos génicos (Marcador de Secuencia Expresada, ESTs, por su sigla en inglés) expresados en hojas que permitan la identificación de potenciales marcadores de polimorfismo del tipo SNPs (Polimorfismo de Nucleótido Simple, por su sigla en inglés) y proceder a su posterior validación; y utilizar marcadores tipo SNPs para determinar la posible co-segregaTabla bilingue ción de marcadores con el fenotipo harinosidad.

Organización del proyecto y rol de los actores En el desarrollo de los distintos componentes del proyecto, la U. de Chile tuvo a su cargo lo referente a expresión génica y mejoramiento genético, el INIA la postcosecha y la UNAB, los marcadores moleculares y proteómica. El secuenciamiento de proteínas se realizó en los Centros de Proteómica de Cambridge University y de Michigan State University y posteriormente en la empresa Macrogen Inc. (Corea).

The specific goals were the following: the phenotypical and molecular characterization of varieties with high and low susceptibility to mealiness through an analysis of both fruit and leaves; secondly, the generation of segregating populations from parentals selected by their high or low tendency to mealiness; thirdly, to carry out an early phenotypical characterization at the physiological and molecular levels in leaves from seedlings generated by crossbreeding of varieties with differentiated susceptibility to fruit mealiness; fourth, the identification of genes and proteins that may be expressed differentially in the parental varieties used to generate a segregating population; fifth, to analyze the distribution of genes and proteins in the segregating population that may be expressed differentially in the parental leaves; sixth, to generate genic product information (Expressed Sequence Tags, EST) expressed in leaves that may help to identify potential markers of type SNP (Single Nucleotide Polymorphism) polymorphism, to be validated later; and to use type SNP markers in order to determine the possible co-segregation of markers with the mealiness phenotype.

Organization of the project and role of participants In the process of developing the different components for this project, the University of Chile was in charge of work related to genic expression and breeding; the INIA was in charge of activities related to post harvest; while the UNAB dealt with molecular markers and proteomics. Protein sequencing was carried out first in the Proteomics Centers of Cambridge University and Michigan State University, and later at Macrogen Inc., a private company in South Korea.

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Resultados y lecciones aprendidas

Results and lessons learned

En materia de resultados científicos, el proyecto logró generar una población segregante proveniente del cruzamiento de una variedad muy susceptible a la harinosidad (O´Henry (O)) con una variedad con mejor vida de postcosecha (NR-053 (N)) (parentales con susceptibilidad contrastante). Fueron identificados 198 individuos como progenie del cruce de OxN mediante el uso de marcadores polimórficos tipo SNP). Paralelamente, se analizó una población proveniente de la autofecundación de la variedad Venus, que al hacer un extenso y exhaustivo análisis de fenotipo de frutos expuestos a frío mostró segregación en el grado de jugosidad de los frutos provenientes de distintos individuos durante tres temporadas.

Utilizando marcadores tipo SSR (Secuencias Simples Repetidas), se confirmó que 200 individuos son producto de esta autofecundación. Ambas poblaciones resultan fundamentales para establecer correlaciones entre marcadores moleculares y el fenotipo jugosidad (como una medida de la harinosidad). Utilizando esta población de estudio, se extendió el número de marcadores moleculares disponibles para harinosidad: SNPs, expresión génica y proteínas.

As far as scientific results are concerned, the project was able to generate a segregating population coming from the crossbreeding of a variety with high tendency to mealiness (O’Henry (O)) with a variety with better post harvest life (NR-053 (N)), that is, contrasting susceptibility parentals. 198 individual plants were identified as progeny for the OxN crossbreeding by means of type SNP polymorphic markers. At the same time, an analysis was carried out for a population generated by the self-pollination within the Venus variety, which, after and extensive and exhaustive phenotype analysis of fruits exposed to cold, showed segregation in the juiciness of fruit coming from different individual plants for three growing seasons. By using type SSR markers (Simple Sequence Repeats), it was confirmed that 200 individuals were originated in this selfpollination. Both populations turned out to be fundamental to establish correlations between molecular markers and the juiciness phenotype (as a measure of mealiness). By using this reference population, the number of molecular markers linked to mealiness was extended: SNPs, genic expression, and proteins.

Se generó una base de datos que contiene secuencias de Prunus persica, que sirvió de base para la identificación de putativos SNPs. A partir de esta información se constituyó un panel confirmado de SNPs de Prunus persica. Se analizaron 30 genes en hojas de árboles que corresponden a los extremos de la curva de jugosidad de la población proveniente de la autofecundación de la variedad Venus, dos de los cuales mostraron una expresión diferencial en las temporadas analizadas. El análisis de proteínas en estas muestras permitió identificar 56 spots que presentan una expresión diferencial entre individuos que presentan frutos jugosos y harinosos.

A database was generated containing Prunus persica sequences. This database was used as a base for the identification of putative SNPs. From this information a confirmed Prunus persica SNP panel was constituted. Thirty genes were analyzed in leaves from trees located at the extremes of the juiciness curve of the population extracted from the Venus variety self-pollination process; two of these samples showed differential expressions in the analyzed growing seasons. Protein analysis in these samples was able to identify 56 spots of differential expression between juicy and mealy fruits.

Este conjunto de resultados representa una plataforma de información que puede transferirse a programas de mejoramiento genético (selección asistida por marcadores moleculares) en Prunus persica. Se generó también información de marcadores moleculares que están disponibles para el análisis de otros caracteres presentes en la población.

En cuanto a difusión y publicaciones científicas, en el marco del desarrollo de las dos iniciativas del genoma de Prunus persica se generaron siete artículos, cuyas referencias se entregan al final de este documento. En 2008, investigadores asociados a los proyectos Genoma I y II en nectarines organizaron en Chile la Cuarta Conferencia Internacional del Genoma de Rosáceas (RGC4), iniciativa muy importante para el posicionamiento internacional del grupo de investigadores.

This set of results constitutes an information platform that may be transferred to breeding programs (molecular marker-assisted selection) in Prunus persica. Information was also generated about molecular markers available for the analysis of other characteristics found in the source population.

As far as dissemination and scientific publications, seven articles were generated in the context of the development of the two initiatives based on the Prunus persica genome; the reference information is available below in this document. In 2008, researchers associated to the Genome I and II projects in nectarines hosted the Fourth International Rosaceae Genomics Conference (RGC4), an initiative that proved to be very important for the international positioning of this group of researchers.

En formación de capital humano, el proyecto hizo posible formar a ocho profesionales jóvenes, en expresión génica, proteómica y detección/validación de SNPs, mediante el desarrollo de dos tesis de pregrado en el área de postcosecha y fisiología vegetal relacionadas al análisis fenológicos de la población F2 de Venus, un seminario de título de pregrado en proteómica en duraznos, dos tesis (de pregrado y de doctorado) en el desarrollo de marcadores moleculares, dos tesis de PhD en análisis genómico y proteómico (en el marco de las partes I y II del proyecto) y pasantías fuera del país.

In the area of human capital formation, the project enabled eight young professionals to be trained on genic expression, proteomics, and the detection and validation of SNPs, through the writing of two undergraduate thesis on post harvest and plant physiology related to the phenological analysis of the F2 population of Venus, in addition to a senior undergraduate thesis seminar on peach proteomics, two theses (undergraduate and doctorate) on the development of molecular markers, two Ph.D. theses on genomic and proteomic analysis (under the aegis of parts I and II of the project), and internships abroad.

El proyecto (tal como su parte I) apoyó el desarrollo de los programas de Doctorado en Biotecnología de la UNAB, Nutrición y Alimentos y Ciencias Silvoagropecuarias y Veterinarias de la U. de Chile, ofreciendo espacio de trabajo a estudiantes del programa.

Varios de ellos, que hicieron sus tesis de postgrado en este proyecto (partes I y II) están hoy cursando sus postdoctorados en centros de vanguardia de Estados Unidos (Stanford, California) y otros trabajan en empresas de base tecnológica nacionales.

The project (as part I did) lent support to the development of Doctorate programs on Biotechnology at the UNAB, and on Nutrition and Foods, and Forest, Farming, Livestock and Veterinary Sciences at the University of Chile by giving work space to students affiliated to the program. Several of those who wrote their graduate theses on this project (parts I and II) are now in post-doctoral positions in leading research centers in the U.S. (Stanford and California), while others are working in Chilean technologically based companies.

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Esta área de trabajo, financiada por el Programa Genoma en sus dos primeras convocatorias, permitió a los grupos de investigación involucrados incorporarse a líneas completamente nuevas para ellos y para el país. La experiencia de la primera parte del proyecto mostró la necesidad de vincularse a programas de mejoramiento genético, para lo cual se incorporó a un especialista en la materia en esta segunda parte. Esta situación significó que los resultados proyectados tuvieran mayor complejidad y requirieran más tiempo para su desarrollo y aplicación en la industria. Este aprendizaje deberá ser transmitido con claridad al sector empresarial de modo de graduar las expectativas y lograr su compromiso financiero en el marco de programas de más largo plazo.

En materia de propiedad industrial, en cuanto a la protección de marcadores moleculares, de manera de transferirlos para que sean utilizados en programas de mejoramiento genético de Prunus persica y como plataforma para nuevos proyectos de investigación, se logró el Registro de Propiedad Intelectual de la base de datos de ESTs de Prunus persica (Ricky), mediante la inscripción N° 203.159 del 15 de abril de 2011.

En vinculaciones de colaboración científica, el grupo de investigadores asociados al desarrollo de los proyectos Genoma I y II participó activamente en el Consorcio Internacional del Genoma del Durazno, que secuenció esta especie. En el marco del proyecto, los investigadores se vincularon con grupos extranjeros que los invitaron a participar en la secuenciación del genoma de la frutilla (trabajo publicado en la revista Nature). También participaron en el secuenciamiento del genoma de la variedad Thompson Seedless de vides, que contó con aportes del Centro FONDAP de Regulación del Genoma (de la U. de Chile, en asociación con la PUC y la UNAB) y de la Fundación Ciencia para la Vida (en el marco de su Financiamiento Basal de CONICYT). En su parte I, el proyecto contó con un comité asesor que hizo importantes aportes y en que participaron Allan Bennett (UC Davis), Hugo Duner (Univ. de Rutgers) y Ben Burr (Brookhaven National Laboratory).

La complejidad del proyecto, si bien representó para el grupo de investigadores un desafío en términos de gestión, les permitió relacionarse con otras iniciativas relevantes a nivel nacional (como el Consorcio Biofrutales), formar parte de importantes iniciativas, como el comité científico del proyecto de infraestructura mayor en Genómica, Proteómica y Bioinformática, como centro nacional para el desarrollo de la investigación y servicios de esta área (OMICS Solutions), aprobado en 2010, y las vinculaciones internacionales antes mencionadas.

La continuidad de esta iniciativa se verifica en su vinculación directa con el proyecto “Fortalecimiento del mejoramiento genético del duraznero mediante la vinculación internacional y la selección asistida” (09PMG-7240), presentado por la U. de Chile, la UNAB, Biofrutales y otras empresas, que cuenta con financiamiento de InnovaChile por 10 años en el marco de la tercera convocatoria del Programa Genoma. Con la participación de algunos de los investigadores de este proyecto, se están desarrollando marcadores moleculares para el mejoramiento genético de esta especie•

This work area, funded by the Genome Program in its two first calls for proposals, allowed the involved research groups to engage in research lines that were completely new for them and for the country in general. The experience derived from the project’s first part showed the need to establish connections to breeding programs, and in response a specialist in the area was brought into the project for the second part. As a consequence, the projected results were more complex and required more time to be further developed and applied in industry. This fact must be communicated clearly to private entrepreneurs so as to generate realistic expectations and to ensure their financial commitment for longer term programs.

In the matter of industrial property, the EST database on Prunus persica (Ricky) was registered as intellectual property (Register Number 203.159, April 15 2011), thus protecting access to molecular markers and allow them to be transferred for use in Prunus persica breeding programs, and as a platform for new research projects.

In the area of scientific collaboration networking, researchers associated to the development of the Genome I and II projects participated actively in the Peach Genome International Consortium, which sequenced this species. In the context of the project, researchers networked with research groups abroad and were invited to participate in the sequencing of the strawberry genome (published in Nature). They also took part in the sequencing of the Thompson Seedless variety of grape, which was partly funded by the FONDAP Center for Genome Regulation at the University of Chile, in association with the Catholic University of Chile and the Universidad Andrés Bello, and by the Science For Life Foundation (as part as its Basal Funding of CONICYT). In part I, the project had an advisory committee that made important contributions, with the presence of Allan Bennett (UC Davis), Hugo Duner (Rutgers University), and Ben Burr (Brookhaven National Laboratory).

The project’s complexity, while it challenged researchers in terms of its management, made it possible for them to make connections with other related initiatives at the domestic level (such as the Biofrutales Consortium). It also allowed them to participate in key initiatives, such as the major infrastructure project in genomics, proteomics, and bioinformatics scientific committee, the national center for the development of research and services in this area (OMICS Solutions), approved for funding in 2010, in addition to the international connections mentioned above.

The initiative’s continuity is seen in its direct connection with the project named “Strengthening the breeding of the peach trees by means of international networking and assisted selection” (09PMG-7240), presented by the University of Chile, the UNAB, Biofrutales and other private companies, funded by InnovaChile for ten years in the context of the Genome Program’s third call for proposals. Researchers involved in this project are developing molecular markers, in an effort to continue the breeding of this species• 17

Convocatoria II

OPEN CALL II

Identificación de genes relacionados con el desarrollo y crecimiento de bayas apirenas de vid mediante genómica funcional Identification of genes related to berry development and growth in seedless table grapes by means of functional genomics Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions

Entidades asociadas Associated entities

Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Director del proyecto Project director Director alterno Alternate director Investigadores principales Principal investigators

Datos de contacto Contact information

G07 1002 Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) (principal / main) Universidad de Chile (U. de Chile) Universidad Andrés Bello (UNAB) Biofrutales S. A. Asociación de Exportadores de Chile A. G. (ASOEX) Universidad Politécnica de Valencia Istituto Agrario di San Michele all’Adige (IASMA) $ 858,5 mill.

Chilean $ 858.5 mill. $ 484,0 mill.

Chilean $ 484.0 mill.

Abril de 2008 a octubre de 2012 April 2008 to October 2012 Patricio Hinrichsen R. (INIA) Manuel Pinto C. (U. de Chile / INIA) Andrés Aravena D. U. de Chile Thomas Fichet L. U. de Chile Mauricio González A. INIA Carlos Muñoz S. U. de Chile Ariel Orellana L. UNAB Andrea Miyasaka A. UNAB E-mail: phinrichsen@inia.cl Teléfono / Telephone: (56-2) 5779110

El contexto

The context

El país enfrenta la apremiante necesidad de impulsar el mejoramiento genético de la vid para la obtención de nuevas variedades de uva de mesa, pues hoy el exitoso negocio exportador depende en gran medida de genética extranjera. Lo anterior se debe no solo a las dificultades de acceso a las mejores variedades protegidas, sino también al hecho de que ellas no siempre se ajustan a las condiciones agroecológicas nacionales ni han sido desarrolladas para soportar largos viajes o períodos de conservación en frío. Así, este proyecto se propuso continuar el trabajo desarrollado en la primera fase (G02P1002), en que se aislaron más de 19.000 unigenes de vid a partir de 130.000 ESTs (Marcador de Secuencia Expresada, por su sigla en inglés) obtenidos desde los cultivares Thompson Seedless y Carménère en distintos estados de desarrollo, con o sin infección de Botrytis y en el caso de Thompson Seedless además con bayas tratadas o no con GA3 (giberelina). También se clonaron y caracterizaron genes que se relacionan con el crecimiento de la baya, en forma complementaria a la caracterización de las diferentes formas de la hormona en etapas tempranas del desarrollo. Asimismo, se realizó un estudio detallado de la economía del agua en la baya en respuesta a esta hormona. Estudios de genómica funcional basada en hibridaciones con 5.000 ESTs permitieron identificar preliminarmente algunos genes candidatos, por lo que resultaba fundamental validar los resultados obtenidos con nuevas muestras de mRNA.

Chile faces the pressing need to foster the breeding of grapes in order to obtain new table grape varieties, given that this successful export business depends to a large extent on foreign genetics. This is due not only to the difficulties in accessing the better protected varieties but also to the fact that they not always adapt well to Chile’s agricultural and ecological conditions, and that, additionally, they were not developed to withstand long trips or long periods of cold storage. Therefore, this project was aimed at continuing the work carried out in the first phase (G02P1002), in which more than 19 thousand grape UniGenes were isolated from 130 thousand ESTs (Expressed Sequence Tags) obtained from Thompson Seedless and Carmenere cultivars at different stages of development, with or without Botrytis infection, and, in the case of Thompson Seedless, additionally with grapes treated and untreated with GA3 (gibberellin).

Genes related to grape growth were also cloned and characterized, in complement with the characterization of this hormone’s different forms in the early growth stages. At the same time, a detailed study was done on water metabolism in the grape in response to gibberellin.

Functional genomics studies based on hybridizing with 5 thousand ESTs allowed for the preliminary identification of some candidate genes; for this reason, it was fundamental to establish the validity of the results obtained by means of new mRNA samples.

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El proyecto

The project

El objetivo fue profundizar estudios anteriores, a fin de identificar genes que sirvieran como marcadores de selección para dos de los caracteres más importantes de la calidad de la uva de mesa en apoyo a programas de mejoramiento genético de la especie: el tamaño de la baya y la ausencia de semillas (apirenia). Además, se agregó la arquitectura del raquis, carácter priorizado por los asociados (Consorcio Biofrutales y ASOEX).

The goal was to deepen previous studies in order to identify genes that could act as selection markers for two of the most important traits in the quality of grape table, as means to support programs for breeding of the species, namely, individual grape berry size and absence of seed (apirenia). The study of rachis architecture was added in response to a priority set by the associated entities (Biofrutales and ASOEX).

Los objetivos específicos fueron: identificar genes de vid expresados diferencialmente durante el desarrollo de la baya en segregantes apirenos y semillados; evaluar la respuesta de segregantes apirenos y semillados a tratamiento con GA3; identificar genes de vid expresados diferencialmente en respuesta al tratamiento con GA3; identificar péptidos de expresión diferencial en bayas de vid mediante análisis proteómico considerando distintos estados fenológicos; integración de la data mediante análisis bioinformático para contrastar y confirmar resultados de ambas aproximaciones; mapear genética y físicamente los genes identificados mediante genómica funcional y genes candidatos; e identificar marcadores de tipo SNP en los genes candidatos que co-localicen con QTLs (locus de un carácter cuantitativo) de los caracteres de interés y evaluar su correlación con fenotipos en diversos fondos genéticos.

The specific goals were: identifying grape genes expressed differentially during berry development in seedless and seeded segregants; evaluating the responses from seedless and seeded segregants to treatment with GA3; identifying differentially expressed grape genes in response to treatment with GA3; identifying differentially expressed peptides in grape berries by means of proteomic analysis, taking into account different phenological stages; integrating the data by means of bioinformatic analysis in order to contrast and confirm results obtained from both methods; genetically and physically mapping genes identified by means of functional genomics, as well as candidate genes; and identifying type SNP markers in candidate genes which can be co-localized with target trait QTLs (Quantitative Trait Loci) while assessing their correlation with phenotypes found in various genetic pools.

Organización del proyecto y rol de los actores

Organization of the project and role of participants

En el marco descrito, el INIA y la U. de Chile se hicieron cargo de la caracterización fenotípica y del análisis transcriptómico y de la expresión de genes; la UNAB, de la proteómica; y la Universidad Politécnica de Valencia y el IASMA, del análisis de giberelinas. El secuenciamiento de RNA se hizo en el Istituto di Genomica Applicata en Udine (Italia). Los asociados de la industria (viveristas y exportadores) participaron activamente en decidir los objetivos principales de la investigación desarrollada.

In the context described above, INIA and the University of Chile were in charge of phenotypical characterization, transcriptomic analysis, and gene expression. UNAB was in charge of proteomics.

The Polytechnic University of Valencia and IASMA were in charge of gibberellin analysis. RNA sequencing was done at the Istituto di Genomica Applicata in Udine (Italia). Industry associates (nursery owners and exporters) participated actively in deciding what would be the main objectives for this research.

Resultados y lecciones aprendidas

Results and lessons learned

Dado que el proyecto se encuentra en sus últimas etapas de ejecución, a continuación se indican tanto los resultados ya obtenidos como aquellos que se encuentran en curso.

Given that the project is in its last stages of implementation, the results given below correspond to already obtained results as well as those in the process of being obtained.

En cuanto a resultados científicos, se usó como material genético una población clonada (3x) de 140 segregantes de un cruzamiento de Ruby Seedless x Sultanina (RxS) que se caracterizó en sus estados fenológicos principales (brotación, floración, cuaja, desarrollo de baya, maduración, etc.), arquitectura del racimo (raquis y bayas), características de las semillas (tamaño y número) y respuesta a tratamiento estándar con GA3. Grupos de segregantes seleccionados por sus fenotipos contrastantes se han analizado

In relation to scientific results, the genetic material used consisted of a cloned population (3x) of 140 segregants from crossbreeding between Ruby Seedless and Sultanina (RxS). This population was characterized in its main phenological stages (sprouting, blooming, fruit set, berry growth, ripening, etc.), bunch architecture (rachis and berries), seed characteristics (size and number), and response to standard GA3 treatment. Segregant groups selected because of their contrasting phenotypes were analyzed by means of massive 19

por secuenciación masiva (una aproximación llamada RNA-seq), lo que ha permitido identificar cientos de genes, comparando bayas grandes y pequeñas, semilladas o apirenas, además de una colección específica de 40.000 SNPs (Polimorfismo de Nucleótido Simple, por su sigla en inglés). Al mismo tiempo, se está trabajando en la identificación de genes relacionados con el contenido de azúcar, por su posible relación con el tamaño final de las bayas.

sequencing (a method known as RNA-seq), which permitted the identification of hundreds of genes by comparing big and small, seeded and seedless grape berries, in addition to gathering a specific collection of 40 thousand SNPs (Single Nucleotide Polymorphism).

At the same time, work is being carried out on the identification of genes related to sugar content because of its possible relation to ultimate berry size.

De esta forma, se han identificado familias de genes diferencialmente expresados, información que será contrastada con las listas compiladas de genes de función conocida en vid u otras especies de plantas, y que podrían participar en la manifestación de los fenotipos de interés. Además, se consideró el nivel de cambio de cada gen para elegir algunos que están siendo estudiados mediante qPCR, para validar los resultados de genómica funcional, tanto a nivel de los segregantes usados como plataforma básica para este proyecto, como en una colección de vides de mesa y finalmente en una colección nuclear de vides importada del INRA (Francia), que comprende cerca del 90% de la diversidad genética de la especie Vitis vinifera L. Esta información constituye una base de datos que tiene la ventaja de estar disponible en el país, lo cual es relevante ya que, si bien a nivel internacional hay otras bases de datos de libre acceso, en la práctica subsisten dificultades operativas para acceder fluidamente a ellas.

This methodology has achieved the identification of differentially expressed gene families. This information will be compared with compiled known function gene lists from grapes or other plant species in order to assess possible participation of these genes in the manifestation of target phenotypes. In addition, each gene’s change level was taken into account in order to select some for qPCR studies aimed at validating the results from functional genomics, both at the level of the segregants used as basic platform for this project, as well as in a collection of table grapes, and finally in a collection of grapevine core-collection imported from the INRA in France containing around 90% of the genetic diversity of the Vitis vinifera L. species. The database constructed from this information has the additional advantage of being available in Chile. This is relevant because although there are other free access databases at the international level, in practice there are persistent difficulties when it comes to gaining actual easy access to them.

Entre los resultados en curso, se está trabajando en el perfil proteómico de bayas de vid relacionado a su tamaño final. Existe escasa información disponible sobre el proceso de crecimiento de las bayas, y en general lo que hay disponible está restringido a cepas de vino, de modo que la información que pueda generar el proyecto es de alto valor potencial para el desarrollo de nuevas variedades de uva de mesa.

In the category of results in progress, work is being carried out on the proteomic profile of grape berries as it relates to full grown size. There is little information available about the growth process in grape berries and, in general, what is available is limited to wine varieties. Therefore, the information potentially generated through the project is highly valuable and has high potential for the development of new varieties of table grapes.

Sumado a lo anterior, se cuenta con una colección de marcadores de tipo SNP ubicados en genes candidatos para tamaño de baya.

Hoy solo existen unos pocos marcadores de este tipo relacionados a apirenia y a aroma, pero no existen en relación al tamaño de la baya y a la respuesta a GA3. Contar con marcadores SNPs representa un beneficio directo sobre los programas de mejoramiento genético y tendría un apreciable impacto local e internacional.

También se sigue avanzando en la caracterización fisiológica y bioquímica de la población RxS en los diferentes estados fenológicos de la baya, en especial en lo que respecta a contenido de azúcares, acidez, contenido de pigmentos y evolución y contenido endógeno de giberelinas, además de la respuesta de los segregantes al tratamiento con ácido giberélico, lo cual se ha realizado durante varias temporadas para llegar a identificar los QTLs o determinantes genéticos cuantitativos que rigen estos caracteres.

In addition to this, there is a collection of type SNP markers located in berry size candidate genes. Today, there exist a few markers of this kind related to seedlessness and aroma, but there are none related to berry size or response to GA3. Having SNP markers represents a direct beneficial effect on breeding programs, and will have a noticeable impact at the local and international levels.

En materia de difusión y publicaciones científicas, se generaron dos artículos cuyas referencias se entregan al final de este documento y hay tres publicaciones en preparación relacionadas con la identificación de un set ad hoc de genes de expresión constitutiva, genética de la estructura del racimo y transcriptómica de uva de mesa en relación a tamaño de baya.

En formación de capital humano, el proyecto hizo posible el desarrollo de tres tesis ya terminadas (dos de pregrado y una de magister) en caracterización genética de la estructura del racimo, saturación dirigida del mapa de ligamiento genético de uva de mesa y análisis de expresión de genes MADS involucrados en el desarrollo 20

There is also some advance on the physiological and biochemical characterization of the RxS population in the different phenologic stages of grape berries; in particular, as it relates to sugar contents, acidity, pigment content, the evolution of and endogenous content of gibberellin, in addition to segregant response to gibberellic acid treatment, which has been done through several growing seasons in order to identify the QTLs or quantitative genetic determinants controlling these traits.

On the subject of dissemination and scientific publications, two articles were produced –reference is at the end of this document– and there are three publications in progress, dealing with the identification of a set of ad hoc constitutive expression genes, the genetics of bunch structure, and the trancriptomics of table grapes in relation to berry size.

On the issue of human capital formation, the project enabled the development of three already completed theses (two undergraduate and one master’s degree) on the topics of genetic characterization in bunch structure, directed saturation of the table grape genetic bonding map, and the analysis of expression for MADS genes involved in the development of table grape ovule, along with six theses in

del óvulo en uva de mesa, y seis tesis en curso (cuatro de pregrado y dos de doctorado). Además, el equipo de investigación se ha fortalecido ya que sumó un nuevo miembro al grupo de trabajo, en el área bioinformática.

En materia de propiedad industrial, el proyecto está manejando el concepto de secreto industrial para la información generada de SNPs asociados a genes de interés.

Como forma de transferencia de los resultados de la investigación, se generó un paquete tecnológico para el uso de marcadores de selección asistida (del cual se entregan detalles en la publicación antes mencionada). En resumen, se traduce en haber identificado un gen de la familia MADS, VvAGL-11, que está directamente relacionado con la formación de la semilla, habiéndose encontrado variantes alélicas estrechamente relacionadas con la ausencia de semilla, lo que se puede diagnosticar en estados tempranos del desarrollo de cada nuevo genotipo de vid, mediante una reacción simple de PCR. En cuanto a vinculaciones de colaboración científica, el proyecto ha permitido mantener y consolidar el posicionamiento que el grupo de investigadores ya tenía antes del proyecto. Existía una vinculación con el Vitis Microsatellite Consortium, que evolucionó al International Grape Genome Program. A su vez, en este proyecto se está trabajando en colaboración con el INRA de Montpellier y el INRA de Evry (con Anne Françoise Adam-Blondon, Subdirectora de Investigación del INRA de Francia) para genómica funcional y diversidad genética, y con el Dr. José Miguel Martínez Zapater (del Centro Nacional de Biotecnología en España y Director del CIVV de La Rioja) para el estudio de arquitectura del racimo. Cabe señalar también la colaboración con el Dr. Claudio Moser, del Istituto Agrario San Michelle al’Adige, de Trento (Italia), para la determinación de giberelinas endógenas de uva de mesa y para el estudio de los genes relacionados a su metabolismo.

Una de las principales lecciones aprendidas en el marco del proyecto es la confirmación de la importancia del fenotipado como sustrato para el diálogo entre los estudios de fenotipo y análisis moleculares. El proyecto también hizo posible lograr una alta expertise en el fenotipado, una plataforma fundamental para seguir explorando los fundamentos genéticos de otros caracteres complejos de esta especie. En el marco de la ejecución del proyecto se ha tenido la oportunidad de participar en eventos científicos internacionales que ofrecen la valiosa posibilidad de discutir los avances con colegas extranjeros.

En términos de continuidad, el proyecto en la actualidad se vincula estrechamente con los proyectos “Desarrollo y aplicación de herramientas de genómica e ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento de vides de mesa” (G09I1007) y “Programa de mejoramiento genético para el desarrollo de nuevas variedades de uva de mesa en función del mercado nacional e internacional” (09PMG-7229), ambos financiados en la tercera convocatoria del Programa Genoma, a los que ha traspasado sus principales resultados. El primero es financiado por FONDEF y liderado por el INIA, con la participación de la UNAB; el segundo es financiado por InnovaChile y liderado por el Consorcio Biofrutales, contando con INIA como principal socio tecnológico•

progress (four undergraduate and two doctoral). In addition, the research team has been strengthened with the arrival of a new working group member, an expert in the area of bioinformatics.

In the matter of intellectual property, the project has been using the concept of industrial secret for the information generated from SNPs associated to target genes.

As a form of transference of research results, a technological package was generated for the use of assisted selection markers (details of which are given in the aforementioned publication). In short, it boils down to the identification of a gene from the MADS, VvAGL-11 family which is directly related to seed formation, having found allelic variants closely related to seedlessness; this can be diagnosed in the early development stages of each new grape genotype by means of a simple PCR reaction.

On the matter of scientific collaboration networking, the project has enabled its researchers to maintain and firm up their standing and positioning from before the project. There existed already a link to the Vitis Microsatellite Consortium, which evolved into the International Grape Genome Program. At the same time, this project has also entered into a collaboration with the INRA at Montpellier and Evry (with Anne Françoise Adam-Blondon, Research Sub director at France’s INRA) for functional genomics and genetic diversity, and with Dr. José Miguel Martínez Zapater (from the Centro Nacional de Biotecnología and Director of the CIVV, La Rioja, Spain) for the study of bunch architecture. It is worth noting the collaboration with Dr. Claudio Moser, from the Istituto Agrario San Michelle al’Adige, Trento (Italy) aimed at determining endogenous gibberellins for table grapes and for the study of genes related to its metabolism.

One of the main lessons learned in the context of this project is the confirmation of the importance of the phenotyping as a substratum for a possible dialogue between phenotype studies and molecular analyses. The project also made it possible to acquire a high degree of expertise in phenotyping, a fundamental platform from which to continue to explore the genetic foundations of other complex characteristics of this species.

In the context of the project’s implementation, associated researchers have had the opportunity to participate in scientific meetings abroad and to take advantage of the valuable chance to discuss their work with colleagues from around the world.

In terms of continuity, this project is currently closely tied to the projects entitled “Development and application of genomic and genetic engineering tools to enhance table grape breeding” (G09I1007) and “Breeding program for the development of new table grapes varieties for the domestic and international markets” (09PMG-7229), both funded in the Genome Program third call for proposals, and to which this project has transferred its main results.

The first one is funded by FONDEF and led by INIA, with participation from UNAB. The second one is funded by InnovaChile and is led by the Biofrutales Consortium, counting INIA as its principal technology partner•

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Convocatoria II

OPEN CALL II

Plataforma científico-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile: genómica funcional en vid, Etapa II Scientific and technological platform for the development of plant genomics in Chile: functional genomics in grapevine, Stage II Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions

Entidades asociadas Associated entities

Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Director del proyecto Project director Director alterno Alternate director Investigadores principales Principal investigators

Datos de contacto Contact information

G07 1003 Universidad Técnica Federico Santa María (UTFSM) (principal / main) Universidad de Talca (U. de Talca) Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) Biofrutales S. A. Asociación de Exportadores de Chile A. G. (ASOEX) Investmaule S. A. Instituto Max Planck, Golm Viña Casa Silva S. A. Genvitis $ 1.337,5 mill. Chilean $ 1,337.5 mill. $ 727,0 mill. Chilean $ 727.0 mill.

Enero de 2008 a enero de 2013 January 2008 to January 2013 Hugo Peña-Cortés (UTFSM) Enrique González V. Marcela Carvajal T. UTFSM Yerko Moreno S. U. de Talca Humberto Prieto E. INIA Marlene Rosales V. INIA Simón Ruiz L. U. de Talca E-mail: hugo.pena@usm.cl Teléfono / Telephone: (56-32) 2654732

El contexto

The context

El proyecto tiene por objetivo continuar los estudios comenzados en la etapa I (G02P1002, anteriormente descrita en este documento), asociados a la obtención de plantas resistentes a enfermedades fungosas y al desarrollo de un programa de largo plazo para la obtención de nuevas variedades del cultivar Carménère.

The project aims to continue the studies started in stage I (G02P1002, previously described in this document) associated with the production of plants resistant to fungal diseases and the development of a long-term program to obtain new varieties of cultivar Carménère.

Como base para la realización del proyecto se cuenta con una colección de genes candidatos (putativos) que pueden estar jugando un papel crucial en los fenómenos estudiados. Con el objetivo de dilucidar y comprobar el posible papel de estos genes en el mecanismo de defensa de la vid contra Botrytis cinerea o en el fenómeno de corrimiento, el proyecto se ha planteado la necesidad de demostrar su funcionalidad y efectividad para ayudar al sistema de defensa de la vid a controlar la enfermedad causada por este hongo en Thompson Seedless o Carménère, o para evitar la carencia de semilla en las bayas, en Carménère. La demostración experimental de la participación funcional de estos genes candidatos en la respuesta defensiva de la vid o en el fenómeno de corrimiento permitiría contar con herramientas para combatir el patógeno o reducir el grado de corrimiento en las bayas. Esto se traduciría en un beneficio inmediato para el sector productivo y le permitiría potenciar nuevos programas de mejoramiento genético y desarrollar nuevas estrategias de manejo agronómico.

As a basis for the realization of the project, there is a collection of candidate genes (putative) that may be playing a crucial role in the studied phenomena. In order to elucidate and verify the possible role of these genes in the defense mechanism of the vine against Botrytis cinerea or flowering, the project has raised the need to demonstrate its functionality and effectiveness to help the defense system of the vine to control the disease caused by this fungus in Thompson Seedless or Carménère, or to avoid the lack of seed in Carménère berries. The experimental demonstration of the functional participation of these candidate genes in the defensive response of the vine or the flowering phenomenon would provide tools to fight the pathogen or reduce the flowering degree in berries. This would result in an immediate benefit to the productive sector and to put forward new breeding programs and develop new agricultural management strategies.

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El proyecto

The project

El objetivo general del proyecto fue profundizar los estudios asociados a la caracterización funcional de los genes de vid involucrados en el mecanismo de respuesta a Botrytis cinerea en Carménère y Thompson Seedless, y a la selección y mejoramiento genético de nuevos clones de Carménère para mejorar la calidad del vino mediante el uso de la genómica funcional, metabolómica y evaluación fenotípica.

The overall objective of the project was to study in depth the functional characterization of genes involved in grapevine response mechanism to Botrytis cinerea in Carménère and Thompson Seedless, and the selection and breeding of new clones of Carménère to improve the quality of wine through the use of functional genomics, metabolomics and phenotypic evaluation.

Los objetivos específicos fueron: complementar la respuesta defensiva de cultivares de vid (Carménère y Thompson Seedless) frente a la infección con el hongo necrótrofo Botrytis-vid (objetivo de continuidad de la etapa I) a nivel de genes (transcriptoma) y metabolitos (metaboloma); generar plantas transgénicas modelo con los genes de vid seleccionados para verificar la funcionalidad y respuesta frente a la infección con B. cinerea; identificar y caracterizar a nivel transcripcional y metabolómico clones de Carménère con diferente grado de fertilidad, millerandage y abscisión; identificar marcadores moleculares basados en secuencias de retrotransposones para diferenciar los clones seleccionados; caracterizar desde el punto de vista bioquímico, fisiológico y molecular genes candidatos (identificados en la etapa I) involucrados en las características fenotípicas analizadas en sistemas heterólogos; y establecer un banco de correlación de transcriptoma y metaboloma de los clones seleccionados y los marcadores moleculares para determinar los criterios de una estrategia para la obtención de nuevas variedades.

El proyecto considera la puesta en marcha de un programa de largo plazo que permita abordar la obtención de variedades mejoradas de uvas viníferas para potenciar la producción de vino de alta calidad. Experimentos preliminares de microvinificación con diferentes clones de una colección de la variedad Carménère han demostrado diferencias en el desarrollo floral, desarrollo del fruto y calidad del vino producido. Estas observaciones demuestran el efecto que puede ejercer la variabilidad genética natural de este cultivar sobre aspectos de interés del sector viticultor, como la

The specific objectives were: to complement the defensive response of grapevine cultivars (Carménère and Thompson Seedless) against infection with the necrotroph fungus Botrytis-vid (objective of continuity of stage I) at genes level (transcriptome) and metabolites (metabolome); to produce model transgenic plants of grapevine genes selected to verify the performance and response to infection with B. cinerea; identify and characterize Carménère clones at transcriptional and metabolomic level with different degrees of fertility, millerandage and abscission; to identify molecular markers based on retrotransposons sequences to differenciate the selected clones; to describe from the biochemical, physiological and molecular viewpoint candidate genes (identified in step I) involved in the phenotypic characteristics analyzed in heterologous systems; and to establish a bank of correlation of transcriptome and metabolome of the selected clones and the molecular markers to determine the criteria of a strategy for obtaining new varieties.

The project includes the implementation of a long-term program that will address the obtention of improved varieties of wine grapes to enhance the production of high quality wine. Preliminary experiments of micro winemaking with different clones from a collection of the Carménère variety have shown differences in flower development, fruit growth and quality of wine produced.

These observations demonstrate the effect of natural genetic variability of this cultivar on relevant issues to the viticulturist sector such as fruit quality and, consequently, wine quality. This study seeks to obtain phenotypic, genotypic and metabolomic characterizations of a collection of Carménère accessions (from the Universidad de Talca, plus plants of Viña Casa Silva) to determine 23

whether there is any plant or clone typical of the country. Upon completion of this project, it will be possible to provide the national winemaking industry with tools for both, the selection of clones and the breeding and development of new varieties of Carménère presenting desired characteristics, for example, an efficient fertility, a minor or minimum millerandage and abscission, reduced fruit maturation time, better acid/sugar ratio and a lower content of undesirable substances (pyrazines, biogenic amines, etc.). This may reduce the impact of the phenomena affecting fruit quality of wine grapes and therefore, get a higher quality wine.

calidad del fruto y, consecuentemente, del vino. Este estudio pretende obtener caracterizaciones fenotípicas, genotípicas y metabolómicas de una colección de accesiones de Carménère (de la U. de Talca, a la cual se sumaron plantas de la Viña Casa Silva) para determinar si existe algún tipo de planta o clon característico del país. Ello permitirá, al término del proyecto, proveer a la industria vitivinícola nacional las herramientas tanto para la selección de clones como para el mejoramiento genético y desarrollo de nuevas variedades de Carménère que presenten características deseadas, por ejemplo, una fertilidad eficiente, un grado menor o mínimo de millerandage y abscisión, un menor tiempo de maduración de frutos, una mejor relación ácido/azúcar y un menor contenido de sustancias no deseables (pirazinas, aminas biogénicas entre otras). Así se podrá reducir el impacto de los fenómenos que afectan la calidad del fruto de la uva vinífera y, por consiguiente, obtener un vino de mayor calidad.

Los productos comprometidos son genes responsables de determinadas características, debidamente identificados y caracterizados, asociados a la protección de la planta de vid frente a enfermedades fungosas (B. cinerea) y al fenómeno de corrimiento; marcadores genéticos y metabólicos asociados a características de interés, incluidos SNPs (Polimorfismo de Nucleótido Simple, por su sigla en inglés); plantas transgénicas con características de interés para los productores y nuevas variedades de uva de mesa y vinífera.

Organización del proyecto y rol de los actores

El grupo de trabajo lo conforman la UTFSM, la U. de Talca, el INIA y el Instituto Max-Planck, Golm (Alemania). En esta segunda etapa sigue participando la ASOEX, que integra el Consorcio Tecnológico de la Fruta, y se sumaron el Consorcio Biofrutales y las empresas Investmaule y Viña Casa Silva. El INIA y la UTFSM estuvieron a cargo del aislamiento, caracterización, secuenciación y clonación de genes, además de la construcción de genes quiméricos para la introducción en plantas transgénicas y del análisis de expresión de genes, con la participación del Instituto Max Planck (análisis de metaboloma y PCR). A su vez, el uso de la genómica funcional, la metabolómica y la evaluación fenotípica en clones de Carménère son desarrollados por la UTFSM y la U. de Talca.

Resultados y lecciones aprendidas Entre los resultados científicos, el proyecto (aún en curso) ya realizó la caracterización fenotípica de accesiones de clones de Carménère, identificando dos grandes grupos de clones. A su vez, se aislaron dos genes de vid que se expresan en tejido infectado con el hongo Botrytis cinerea. Estos genes fueron aislados y su región codificante fue utilizada para construir un gen quimérico que fue 24

The products involved are genes responsible for certain characteristics, properly identified and characterized, associated with vine plant protection against fungal diseases (B. cinerea) and flowering; genetic and metabolic markers associated with traits of interest, including SNPs (Singe Nucleotide Polymorphism), transgenic plants with characteristics of interest to producers and new varieties of table and wine grapes.

Organization of the project and role of participants

The working group is made up by UTFSM, U. de Talca, INIA and the Max-Planck Institute, Golm (Germany). In this second stage ASOEX, which integrates the Fruit Technology Consortium continues taking part, and Biofrutales Consortium, Investmaule and Viña Casa Silva also joined the group. The INIA and UTFSM were responsible for the isolation, characterization, sequencing and cloning of genes, besides the construction of chimeric genes for introduction in transgenic plants and for the analysis of gene expression, together with Max Planck Institute (metabolome analysis and PCR). At the same time, the use of functional genomics, metabolomics and phenotypic evaluation of Carménère clones are developed by UTFSM and U. de Talca.

Results and lessons learned Among the scientific results, the project (still ongoing) performed the phenotypic characterization of Carménère clones accessions, identifying two groups of clones. In turn, two vine genes were isolated whose expression is observed on tissue infected with the fungus Botrytis cinerea. These genes were isolated and its coding region was used to construct a chimeric gene that was introduced in tobacco plants to verify its functionality, i.e., increased tolerance to infection by the fungus in leaf tissue. Two new vine genes are offered, that reduce the damage caused by the B. cinerea and that can be used to generate plants resistant or more tolerant to this phytopathogen.

Throughout the course of the research it has been possible to characterize vine genes involved in fertilization, millerandage, abscission and seed formation, and today analyses are done in transgenic plants (study of functionality in heterologous systems, model plants). In the case of parthenocarpy or flowering of this strain, genes related to the metabolism or transport of micronutrients associated with this process have already been identified.

Other ongoing results are the identification of biomarkers associated with desired attributes of the wine industry and its use for reducing the time of selection of clones of Carménère, and the provision of a bank of Carménère clones with different degrees of fertility, flowering and abscission.

As for formation of human capital, the project has strengthened the graduate programs of the participating institutions (PhD in Biotechnology of the UTFSM and Ph.D. in Genetic Engineering of Universidad de Talca) and has made possible the completion of a postdoctal research project.

introducido en plantas de tabaco para verificar su funcionalidad, es decir, aumento de tolerancia a la infección por el hongo en tejido foliar. Se ofrecen dos nuevos genes de vid que reducen el daño causado por B. cinerea y que pueden ser utilizados para generar plantas resistentes o más tolerantes a este fitopatógeno.

En el curso de la investigación se ha logrado caracterizar genes de vid involucrados en fertilización, millerandage, abscisión y formación de semilla, y hoy se están haciendo análisis en plantas transgénicas (estudio de funcionalidad en sistemas heterólogos, plantas modelo). En el caso de la partenocarpia o corrimiento de esta cepa, ya se han identificado genes relacionados con el metabolismo o transporte de micronutrientes asociados a este proceso.

Otros resultados en curso son la identificación de biomarcadores asociados a atributos deseados por la industria vitivinícola y su uso para la disminución del tiempo de selección de clones de Carménère, y la disposición de un banco de clones de Carménère con diferente grado de fertilidad, corrimiento y abscisión.

En cuanto a formación de capital humano, la realización del proyecto ha fortalecido los programas de postgrado de las instituciones participantes (Doctorado en Biotecnología de la UTFSM y Doctorado en Ingeniería Genética de la U. de Talca) y ha hecho posible la formación de un estudiante de postdoctorado.

En el marco del proyecto se han concluido ya tres tesis de doctorado, en las temáticas de caracterización funcional de genes en vid, caracterización de transportadores de boro en vid y análisis de transcriptómica y metabolómica en vides.

Asimismo se han elaborado ocho publicaciones científicas, cuyas referencias se entregan al final de este documento, y otras tres se encuentran en proceso de publicación.

En cuanto a posicionamiento internacional, el grupo de investigación sigue participando en el Comité Directivo del International Grape Genome Program (IGGP) y ha logrado un mayor posicionamiento en metabolómica. Además, se ha producido una sólida vinculación del proyecto, desde su postulación, con el grupo de metabolómica dirigido por el Dr. Lothar Willmitzer del Instituto Max-Planck.

En términos de continuidad, la línea de investigación relacionada con los mecanismos de respuesta a Botrytis cinerea ha proyectado su trabajo con el inicio en 2011 de la iniciativa “Desarrollo y aplicación de herramientas de genómica e ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento de vides de mesa” (G09I1007), en que participan el INIA, la UNAB y el Consorcio Biofrutales, aprobada en la tercera convocatoria del Programa Genoma y financiada por FONDEF (se describe en este mismo documento).

Los estudios relacionados con el uso de la genómica funcional, metabolómica y evaluación fenotípica en clones de Carménère continúan en un nuevo proyecto financiado por FONDEF (D10I1238) “Establecimiento de banco de perfiles metabólicos del cultivar Carménère y desarrollo de un sistema predictivo de la calidad del vino basado en biomarcadores metabólicos”, que ejecuta la UTFSM, en conjunto con Viña Casa Silva y el Instituto Max Planck.

Este proyecto, aprobado a fines de 2011, busca establecer perfiles metabólicos en las frutas, en los pasos intermedios de la elaboración y en los vinos ofrecidos al mercado, de manera de utilizar estos biomarcadores para desarrollar un modelo de predicción de la calidad del vino en forma temprana•

In the context of the project, three doctorate theses have already been produced on the topics of functional characterization of grapevine genes, characterization of boron transporters in vines and analysis of transcriptomics and metabolomics in vines.

In terms of scientific publications, eight articles have been written (reference information is provided at the end of this document) and there are three publications in progress.

As for scientific collaboration links, the research group is still participating in the Steering Committee of the International Grape Genome Program (IGGP) and has achieved a higher position in metabolomics. In addition, there has been a strong link between the project since its application, with the metabolomics group conducted by Dr. Lothar Willmitzer from the Max-Planck Institute.

As regards continuity, the research line related to the mechanisms of response to Botrytis cinerea has projected its work with the start in 2011 of the initiative “Development and application of genomic and genetic engineering tools to enhance table grape breeding” (G09I1007), involving the INIA, UNAB and Biofrutales Consortium and approved at the third call for proposals of the Genome Program and funded by FONDEF (described in this document).

Studies related to the use of functional genomics, metabolomics and phenotypic evaluation of Carménère clones continue on a new project funded by FONDEF (D10I1238) “Establishment of a metabolic profiles bank of Carménère cultivar and development of a predictive wine quality system based on metabolic biomarkers”, carried out by the UTFSM, together with Viña Casa Silva and Max Planck Institute. This project, approved in late 2011, seeks to establish metabolic profiles in fruits, in intermediate steps in winemaking and in the wines offered to the market, to use these biomarkers to develop a predictive model of wine quality in an early stage• 25

Convocatoria III

OPEN CALL III

Desarrollo y aplicación de herramientas de genómica e ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento de vides de mesa Development and application of genomic and genetic engineering tools to enhance table grape breeding Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions Entidades asociadas Associated entities Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Director del proyecto Project director Director alterno Alternate director Investigadores principales Principal investigators

Datos de contacto Contact information

G09 1007 Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) (principal / main) Universidad Andrés Bello (UNAB) Biofrutales S. A. $ 1.457,8 mill.

Chilean $ 1,457.8 mill. $ 945,0 mill.

Chilean $ 945.0 mill.

Noviembre de 2010 a noviembre de 2016 November 2010 to November 2016 Nilo Mejía Humberto Prieto E. Bruno Defilippi B. INIA Patricio Hinrichsen R. INIA Mauricio González A. INIA Carolina Uquillas H. INIA Ariel Orellana L. UNAB E-mail: nmejia@inia.cl Teléfono / Telephone: (56-2) 5779159

En la industria nacional de la uva de mesa se ha definido como prioridad el desarrollo de nuevas variedades. En este contexto surge este proyecto, dando continuidad a algunas líneas de investigación iniciadas en los proyectos ejecutados en las convocatorias I y II del Programa Genoma (G02P1002 y G07I1002), ya descritos. El proyecto se desarrolla en estrecha colaboración con el “Programa de mejoramiento genético para el desarrollo de nuevas variedades de uva de mesa en función del mercado nacional e internacional”, liderado por Biofrutales y financiado por InnovaChile (tercera convocatoria del programa). El objetivo es desarrollar y aplicar masivamente tecnologías analíticas, genéticas y moleculares, para consolidar el programa de fitomejoramiento de uva de mesa, impulsando nuevos negocios tecnológicos. Se busca hacer más eficiente el desarrollo y evaluación de nuevas variedades y desarrollar tecnologías alternativas al mejoramiento convencional.

Se desarrollarán vectores que no transfieran elementos exógenos a la vid durante la transformación genética (vectores intragénicos y cisgénicos) y que no estén sujetos a restricciones de propiedad intelectual.

El proyecto reúne capacidades del INIA (transformación genética, genómica estructural, genómica funcional, metodologías de selección genómica o asistida y metabolómica) y la UNAB (genómica estructural, genómica, transcriptómica y proteómica), con la colaboración de PIPRA (Public Intellectual Property Resources for Agriculture, UC Davis), la Universidad de Chile y la Universidad Técnica Federico Santa María.

El proyecto ya ha logrado ampliar la plataforma de embriogénesis somática en varios genotipos distintos al cultivar Thompson Seedless (en portainjertos y variedades viníferas y de mesa). A su vez, está en desarrollo la cisgenia en vid, con resultados prometedores.

En metodologías de selección genómica o asistida, basadas en el análisis genético de progenies experimentales, se ha obtenido una progenie de más 1.400 plantas del cruce de Moscatel de Alejandría con Crimson Seedless. Esta es una de las progenies experimentales más grandes desarrolladas a nivel mundial, y en ella se podrán estudiar genéticamente los atributos presentes en ambos padres.

En cuanto a formación de capital humano, el proyecto tiene previsto el desarrollo de trece tesis, ocho de pregrado, tres de doctorado, una de magister y una de postdoctorado. Dos tesistas de Ph. D. ya están trabajando en transformación genética y un tesista de magister en metabolitos de las variedades Moscatel y Crimson• 26

The Chilean table grape industry has defined as a priority the development of new varieties. This is the context in which this project came forth, continuing research lines started in projects implemented during the Genome Program first and second call for proposals (G02P1002 y G07I1002) described above. The project is carried out in close collaboration with the “Breeding program for the development of new table grapes varieties for the domestic and international markets”, led by Biofrutales and funded by InnovaChile (Genome Program third call for proposals). The project aims at developing and applying massively analytical, genetic, and molecular technologies in order to consolidate the table grape breeding program, giving impulse in turn to new technological enterprises. The objective is making more efficient the development and evaluation of new varieties and to develop alternative technologies to conventional phyto-improvement. The project will seek to develop vectors that do not transfer exogenic elements to the plants during the process of genetic transformation (intragenic and cisgenic vectors) and that are not subjected to intellectual property restrictions.

The project brings together capabilities from INIA (genetic transformation, structural genomics, functional genomics, genomic or assisted selection methodologies and metabolomics) and UNAB (structural genomics, genomics, trancriptomics, and proteomics), together with collaboration from PIPRA (Public Intellectual Property Resources for Agriculture, UC Davis), University of Chile and Universidad Técnica Federico Santa María.

The project has already succeeded in expanding the somatic embryogenesis platform in several genotypes other than Thompson Seedless (in graft carriers and wine and table varieties). At the same time, the project is developing cisgenic procedures in grapevines, with promising results. In relation to methodologies for genomic or assisted selection based on the genetic analyses of experimental progenies, a population of more than 1,400 plants has been obtained from crossbreeding between Alexandria Muscat and Crimson Seedless. This is one of the most numerous experimental progenies ever developed world-wide, and it will allow the genetic study of attributes present in both parental varieties.

In regard to human capital training, development of thirteen theses is being considered in the future, eight at the undergraduate, three at the doctorate, one at the magister and one at the postdoctoral level. Two Ph.D. thesis writers are currently working on genetic transformation, and a master’s degree thesis writer is working on metabolites from the Muscat and Crimson varieties•

Convocatoria III

OPEN CALL III

Desarrollo y aplicación de técnicas de ingeniería genética para potenciar el fitomejoramiento del cerezo (Prunus avium) Development and application of genetic engineering tools to enhance cherry (Prunus avium) breeding Código Code Instituciones beneficiarias Beneficiary institutions Entidades asociadas Associated entities Costo total Total cost Financiamiento FONDEF Funding from FONDEF Período de ejecución Implementation period

Director del proyecto Project director Director alterno Alternate director Investigadores principales Principal investigators Datos de contacto Contact information

G09 1008 Instituto de Investigaciones Agropecuarias (INIA) (principal / main) Universidad Andrés Bello (UNAB) Biofrutales S. A. $ 946,0 mill.

Chilean $ 946.0 mill. $ 600,6 mill.

Chilean $ 600.6 mill.

Febrero de 2011 a febrero de 2017 February 2011 to February 2007 Humberto Prieto E. (INIA) José San Martín A. (INIA) Andrea Miyasaka D. UNAB Evelyn Sánchez S. INIA E-mail: hprieto@inia.cl Teléfono / Telephone: (56-2) 5779129

El presente proyecto surge sobre la premisa de que el país necesita contar con un programa de mejoramiento genético de cerezo que permita disminuir la dependencia de esta industria para el mercado en fresco de variedades generadas en el extranjero. Esto haría posible solucionar problemas productivos locales, al ampliar el período de cosecha, extender hacia el norte la zona de cultivo y disponer de variedades con excelente postcosecha para llegar con fruta de calidad a los mercados internacionales.

This project originates from the premise that Chile needs to have a local cherry breeding program that will allow cherry growers to diminish their dependence on foreign-generated varieties for fresh market production. This would make it possible to solve local production problems by extending the harvest period, enlarging the cultivation area to the North, and having at their disposal varieties with excellent post-harvest qualities in order to arrive at international markets with high quality fruit.

Este proyecto se desarrolla en estrecha colaboración con el “Programa chileno para el mejoramiento genético del cerezo” (09PMG7243), liderado por Biofrutales y financiado por InnovaChile en el marco de la tercera convocatoria del Programa Genoma.

This project is carried out in close collaboration with the Chilean program for cherry breeding (09PMG-7243), led by Biofrutales and funded by InnovaChile as the result of the third call for projects under the Genome Program.

Su objetivo es establecer una plataforma de transformación genética en cerezo a partir de la experiencia y el éxito que ya ha logrado el INIA con otras especies de Prunus, como duraznero y ciruelo japonés, y busca desarrollar las capacidades técnicas que permitan ofrecer alternativas de solución a problemas como la resistencia a patógenos virales y la falta de frío invernal. A su vez, busca verificar la función de genes candidatos identificados mediante genómica.

The goal is establishing a platform of genetic transformation for cherry based on the experience and success already achieved by INIA with other Prunus species such as peach and Japanese plum.

At the same time, it aims at developing the necessary technical capabilities that will yield alternative solutions to problems such as viral pathogen resistance and insufficient winter low temperatures.

In addition, it seeks to verify the functions of candidate genes that are identified by means of genomics.

El proyecto lo desarrollan el INIA (a cargo de la transformación genética) y la UNAB (estudios relacionados con la floración), con el apoyo de Biofrutales (gestión de la propiedad intelectual) y la participación de PIPRA (Public Intellectual Property Resources for Agriculture, UC Davis) en estudios relacionados con propiedad industrial y regulaciones.

The project is carried out by INIA (in charge of the genetic transformation aspect) and the UNAB (studies related to blooming), supported by Biofrutales (intellectual property management) and the participation of PIPRA (Public Intellectual Property Resources for Agriculture, UC Davis) in studies related to industrial property and regulations.

Ya en su primer año el proyecto generó un sistema de regeneración de plantas de esta especie y se está trabajando con éxito en incluir la transformación genética (usando intragenia y cisgenia) sobre este protocolo de regeneración. Luego, se implementarán tecnologías de escalamiento productivo, como son los biorreactores, que permitan obtener tanto sistemas masivos de propagación como sistemas de alto flujo de transformación genética para esta especie.

Already in its first year the project generated a cherry plant regeneration system, and work is being carried out on including genetic transformation (through the use of intragenesis and cisgenesis) in this regeneration protocol. Production scaling technologies will be implemented later, such as bioreactors, which will make it possible to obtain massive propagation systems as well as high flow genetic transformation systems for the species.

En cuanto a formación de capital humano, está previsto el desarrollo de seis tesis, cuatro de pregrado y dos de doctorado. Actualmente y luego de un año de ejecución, ya hay un tesista de Ph.D. trabajando en silenciamiento de genes para resistencia a virus en Prunus y un tesista de pregrado en regulación de floración•

In regard to human capital training, development of six theses is being considered in the future, four at the undergraduate and two at the doctorate level. Currently, and after one year, there is one Ph.D. student working on gene silencing for virus resistance in Prunus, and one undergraduate working on blooming regulation• 27

Publicaciones científicas generadas por los proyectos del Programa Genoma (ISI y otras)* Scientific publications generated in Genome Program projects (ISI and others)* G02P1002 (FONDEF) • Pérez, R., Espinoza, A., Aguirre, C., Contreras, D., Orellana, D., Riquelme, A., Fichet, T., Pinto, M. and Hinrichsen, P. 2009. Functional genomic analysis of table grape (Vitis vinifera L.) associated to gibberellic acid treatment. Acta Horticulturae, 827, 363-368.

• Espinoza, A., Pérez, R., Aguirre, C., Contreras, D., Orellana, M., Castro, A., Riquelme, A., Fichet, T., Pinto, M. and Hinrichsen, P. 2009. Modulation by gibberellic acid of aquaporin genes expression during berry development in grapevine (Vitis vinifera L.). Acta Horticulturae, 827, 355-362.

• Peña-Cortés, H., Cuadros, A., Fichet, T., González, D., González, E., Hinrichsen, P., Jashes, M., Pinto, M., Prieto, H., Ramírez, I., Riquelme, A., Rosales, M., Ruiz, S. and Valdés, J. 2005. Chilean effort for improving fruit quality in grapevine: a genomic approach to understand seed formation, fruit ripening and pathogen response. Acta Horticulturae, 689, 505-512.

• Peña-Cortés, H., Barrios, P., Dorta, F., Polanco, V., Sánchez, C., Sánchez, E. and Ramírez, I. 2005. Involvement of jasmonic acid and derivatives in plant response to pathogen and insects and in fruit ripening. Journal of Plant Growth Regulation, 23, 246-260.

G02S1001 (FONDEF) - 07GENOMA01 (InnovaChile) • Cadavid-Labrada, A., Medina, C., Martinelli, L. and Arce-Johnson, P. 2008.

Somatic embryogenesis and efficient regeneration of Vitis vinifera L. cv.

Carménère plants. Vitis, 1, 73-74.

• Espinoza, C., Medina, C., Somerville, S. and Arce-Johnson, P. 2007. Senescenceassociated genes induced during compatible viral interactions with grapevine and Arabidopsis. Journal of Experimental Botany, 58(12), 3197-3212.

• Espinoza, C., Vega, A., Medina, C., Schlauch, K., Cramer, G. and ArceJohnson, P. 2007. Analysis of gene expression associated with compatible viral diseases in grapevine cultivars. Functional & Integrative Genomics, 7(2), 95-110.

• Cadavid-Labrada, A., Medina, C., Martinelli L. and Arce-Johnson, P. 2009.

Histological characterization of in vitro shoot induction from meristematic tissue in grapevine. Acta Horticulturae (ISHS), 827, 409-414. International Conference on Grape Genetics and Breeding.

• Pieper, U., Eswar, N., Davis, F. P., Braberg, H., Madhusudhan, M. S., Rossi, A., Marti-Renom, M., Karchin, R., Webb, B. M., Eramian, D. and Sali, A. MODBASE: a database of annotated comparative protein structure models and associated resources. 2006. Nucleic Acids Research, 1, 34.

• Kühn, N. and Arce-Johnson P. 2012. Pollination: A key event controlling the expression of genes related to phytohormone biosynthesis during grapevine berry formation. Plant Signaling & Behaviorm 7 (1): 7-11 • Aquea, F., Vega, A., Timmermann, T., Poupin, MJ. and Arce-Johnson, P.. 2011.

Genome wide analysis of the SET DOMAIN GROUP family in Grapevine.

Plant Cell Reports, 30: 1087-1097 • Dauelsberg, P., Matus, J. T., Poupin, M. J., Leiva-Ampuero, A., Godoy, F. and Arce-Johnson, P. 2011. Relationship between pollination and fertilization with the expression of genes regulating floral transition, hormone synthesis and early berry development in grapevine (Vitis vinifera L.). Journal of Plant Physiology, 168(14), 1667-74.

• Galbiati M, Matus JT, Francia P, Rusconi F, Cañón P, Medina C, Tonelli C and Arce-Johnson, P*. 2011. The grapevine guard cell-related VvMYB60 transcription factor is involved in the regulation of stomatal activity and is differentially expressed in response to ABA and osmotic stress. BMC Plant Biology, 11(142) 1-14 • Arce-Johnson, P., Torres, E., Vega A., Espinoza, C., Rubio, F. and Medin, C. 2011. Effect of viral infections in global gene expression in grapevine and strategies to induce resistance in plants. Tropical Plant Pathology, 36 (suplemento), 1316-13-18.

G02P001 (InnovaChile) – G07 1001 (FONDEF) • Campos-Vargas, R., Becerra, O., Baeza-Yates, R., Cambiazo, V., González, M., Meisel, L., Orellana, A., Retamales, J., Silva, H., Defilippi, B.G. (2006) “Seasonal effects on the development of chilling injury development in peach (Prunus persica [L.] Batsch) cv. O`Henry”. Scientia Horticulturae, 110: 79-83 • Latorre, M., Silva, H., Saba, J., Guziolowski, C., Vizoso, P., Martinez, V., Maldonado, J., Morales, A., Caroca, R., Baeza-Yates, R., Cambiazo, V., Campos-Vargas, R., Gonzalez, M., Orellana, A., Retamales, J., and Meisel, L. 2006. JUICE: a data management system which facilitates the analysis of large volumes of information in a EST project workflow. BMC Bioinformatics, 7:513 28

• González-Agüero, M., Pavez, L., Ibáñez, F., Pacheco, I., Campos-Vargas, R., Meisel, L., Orellana, A. Retamales, J., Silva, H., González, M. and Cambiazo, V. (2008) Identification of woolliness response genes in peach fruit after postharvest treatments. Journal of Experimental Botany, 59: 1973-1986 • González-Agüero, M., Pavez, L., Ibáñez, F., Pacheco, I., Campos-Vargas, R., Meisel, L., Orellana, A., Retamales, J., Silva, H., González, M. and Cambiazo, V. 2008. Identification of woolliness response genes in peach fruit after postharvest treatments. Journal of Experimental Botany, 59, 1973-1986.

• Vizoso, P., Meisel, L. A., Tittarelli, A., Latorre, M., Saba, J., Caroca, R., Maldonado, J., Cambiazo, V., Campos-Vargas, R., González, M., Orellana, A. and Silva, H. 2009. Comparative EST transcript profiling of peach fruits under different post-harvest conditions reveals candidate genes associated with peach fruit quality. BMC Genomics, 10, 423.

• Nilo, R., Saffie, C., Lilley, K., Baeza-Yates, R., Cambiazo, V., Campos-Vargas, R., González, M., Meisel, L. A., Retamales, J., Silva, H. and Orellana, A. 2010. Proteomic analysis of peach fruit mesocarp softening and chilling injury using difference gel electrophoresis (DIGE). BMC Genomics, 11, 43.

• Nilo, R., Campos-Vargas, R. and Orellana, A. 2012. Assessment of Prunus persica fruit softening using a proteomics approach. Journal of Proteomics, 75, 1618-1638.

G07 1002 (FONDEF) • Mejía, N., Gebauer, M., Muñoz, L., Hewstone, N., Muñoz C., Hinrichsen, P. (2007). Identification of QTLs for seedlessness, berry size, and ripening date in a. seedless x seedless table grape progeny. American Journal of Enology and Viticulture, 58(4):499-507.

• Mejía, N., Soto, B., Guerrero, M., Casanueva, X., Houel, C., Miccono, M. A., Ramos, R., Le Cunff, L., Boursiquot, J. M., Hinrichsen, P. and Adam-Blondon, A. F. 2011. Molecular, genetic and transcriptional evidence for a role of VvAGL11 in stenospermocarpic seedlessness in grapevine. BMC Plant Biology, 11:57

G07 1003 (FONDEF) • Caldana, C., Cuadros-Inostroza, A., Willmitzer, L. and Peña-Cortés, H. 2008.

A novel qRT-PCR platform for profiling over 800 genes of grapevine. Plant Biology, 271-272.

• Almada, R., Cabrera, N., Casaretto, J., Ruiz-Lara, S., González Villanueva, E. 2009. VvCO and VvCOL1, two CONSTANS homologous genes, are regulated during flower induction and dormancy in grapevine buds. Plant Cell Reports, 28,1193-1203.

• Cuadros-Inostroza, A., Caldana, C., Redestig, H., Kusano, M., Lisec, J., PeñaCortés, H., Willmitzer, L. and Hanna, M. 2009. TargetSearch- a bioconductor package for the efficient pre-processing of GC-MS metabolite profiling data. BMC Bioinformatics, 10, 428-440.

• Cuadros-Inostroza, A., Giavalisco, P., Hummel, H., Willmitzer, L. and PeñaCortés, H. 2010. Discrimination of wine attributes by metabolome analysis.

Analytical Chemistry, 82, 3573-3580.

• Cuadros-Inostroza, A., Caldana, C., Giavalisco, P., Dorta, F., Willmitzer, L. and Peña-Cortés, H. 2010. Characterization of the grapevine development and ripening by integrated analysis of transcriptome and metabolome.

Australian Journal of Grape Wine Research, 16 (Supp. 1), A8, O16.

• Peña-Cortés, H., Cuadros-Inostroza, A., Aeckardt, A.,Giavalisco, P. and Willmitzer, L. 2010. Using a high resolution LC-MS metabolic profiling for the discovery and characterization of biomarkers related to wine quality.

Australian Journal of Grape Wine Research, 16 (Supp. 1), A38, P38.

• Almada, R., Cabrera, N., Casaretto, J., Peña-Cortés, H., Ruiz-Lara, S. and González-Villanueva, E. 2011. Epigenetic repressor-like genes are differentially regulated during grapevine (Vitis vinifera L.) development.

Plant Cell Reports, 30, 1959-1968.

• Pérez-Castro, R., Kasai, K., Gainza-Cortés, F., Ruiz-Lara, S., Casaretto, J. A., Peña-Cortés, H., Tapia, J., Fujiwara, T. and González, E. 2012. VvBOR1, the grapevine ortholog of AtBOR1 encodes a efflux borate transporter and is differentially expressed in reproductive tissues from Vitis vinifera. Plant and Cell Physiology, 53, 485-94

* Total o parcialmente financiadas por el programa. * Totally or partially funded by the program.

Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables: Proyectos apoyados por InnovaChile de CORFO Genome Program on Natural Renewable Resources: Projects funded by InnovaChile – CORFO Nombre

Name

Entidades participantes Participant entities

Período de ejecución Period of implementation

Objetivo

Objective

Genómica funcional en nectarines: plataforma para fomentar la competitividad de Chile en exportación de frutas (G02P001)

Functional genomics in peaches and nectarines: a platform to sustain Chilean competitiveness in fruit exports (G02P001)

Universidad de Chile Fundación Chile Asociación de Exportadores de Chile Fundación para el Desarrollo Frutícola

2002 - 2006

Establecer un grupo interdisciplinario en genómica funcional con capacidad de abordar problemas de postcosecha, el cual construirá una genoteca de ADNc de nectarines en vectores de recombinación, formará una base de datos de secuencias génicas (ESTs) mediante bioinformática, y estudiará la correlación entre harinosidad y perfiles de expresión génica y proteínas.

Creating an interdisciplinary group focused on functional genomics, capable of tackling post harvest problems; the group will generate a nectarine cDNA gene library in recombinant vectors, will create a database of genic sequences (ESTs) by means of bioinformatics, and will study the correlation between fruit mealiness and genic expression profiles and proteins.

Genómica funcional en vides viníferas y de mesa. Aporte de la ciencia a la industria (07GENOMA01)

Functional genomics in wine and table grapes.

A contribution from science to industry (07GENOMA01)

Pontificia Universidad Católica de Chile Fundación Ciencia para la Vida Bioscan Consorcio Tecnológico de la Fruta S. A. Vinnova S. A.

2007 - 2012

Establecer una plataforma de estudios genómicos que permita el desarrollo de productos sustentables de la industria vitivinícola y de uva de mesa.

Creating a genomics study platform in order to develop sustainable products from the wine-making and table grape industries.

Programa de mejoramiento genético para el desarrollo de nuevas variedades de uva de mesa en función del mercado nacional e internacional (09PMG-7229)

Breeding program for the development of new table grape varieties for the domestic and international markets (09PMG-7229)

Biofrutales S. A. Federación Gremial Nacional de Productores de Fruta Instituto de Investigaciones Agropecuarias Consorcio ANA Agrícola Brown Ltda.

2010 – 2020

Obtener nuevas variedades de uva de mesa que respondan a demandas de productores y consumidores incorporando herramientas biotecnológicas.

Obtaining new table grape varieties that respond to demands by producers and consumers through the use of biotechnology tools.

Fortalecimiento del mejoramiento genético del duraznero mediante la vinculación internacional y la selección asistida (09PMG-7240)

Strengthening the breeding of peach trees by means of international networking and assisted selection (09PMG-7240)

Universidad de Chile Universidad Andrés Bello Consorcio ANA Soc. Comercial de Mostazal Ltda.

Frutícola Viconto S. A. Exportadora Geofrut Ltda.

Exportadora Magna Trading S. A. Biofrutales S. A.

2010 - 2020

Potenciar el programa de mejoramiento genético de duraznero/nectarino a través de la asociación tecnológica para la selección asistida y una estrategia de vinculación nacional e internacional para la gestión de nuevas variedades.

Developing the potential of the breeding program for peach and nectarine trees by means of technological partnerships for assisted selection and a domestic and international networking strategy for the management of new varieties.

Programa chileno para el mejoramiento genético del cerezo (09PMG-7243)

Chilean program for cherry breeding (09PMG7243)

Biofrutales S. A. Federación Gremial Nacional de Productores de Fruta Instituto de Investigaciones Agropecuarias Vivero Buenos Aires de Angol Consorcio ANA Sociedad Agrícola UNIAGRI Agrícola Los Olmos Ltda.

2010 - 2020

Establecer en Chile un programa de mejoramiento genético para cerezos con el objeto de crear nuevas variedades comerciales que satisfagan los requerimientos de productores y consumidores y que permita disminuir la dependencia del sector productivo de variedades extranjeras.

Establishing in Chile a breeding program for cherry trees with the aim of creating new commercial varieties to satisfy requirements by producers and consumers and to diminish producer dependence on foreign varieties.

Programa de mejoramiento genético hortícola para la agroindustria de exportación de Chile (09PMG-7244)

Vegetable breeding program for the Chilean export agroindustry (09PMG-7244)

Instituto de Investigaciones Agropecuarias Universidad de Chile Filia Inversiones Ltda.

Trade Plus S.A. Agrícola Los Olmos Ltda.

Semameris Ltda.

2010 - 2016

Obtener nuevas y mejores variedades hortícolas específicas para la agroindustria de exportación, mediante el establecimiento de una plataforma de mejoramiento genético y la formación de capacidades humanas de excelencia y equipos multidisciplinarios vinculados a nivel nacional e internacional.

Obtaining new and improved vegetable varieties specifically for the export agro-industry by means of establishing a breeding platform, by providing excellent human resource training, and by forming multidisciplinary teams with domestic and international connections.

Fuente: Elaborado sobre la base de información de InnovaChile. Source: Elaborated on the basis of information from InnovaChile.

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Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables – FONDEF Bernarda Morín 495, Providencia Santiago - CHILE (56-2) 3654544

CONICYT Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica www.conicyt.cl

FONDEF Fondo de Fomento al Desarrollo Científico y Tecnológico www.fondef.cl

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