La genética, el mundo molecular y la agronomía

INVESTIGADORES USC

Docentes investigadores de la USc publican en revistas indexadas. En este trimestre tenemos a dos de nuestros docentes investigadores.

Desde la Filial de Encarnación al Prof. Ing. Agr. M.Sc. Aldo Andrés Ortiz, que en colaboración con el centro de Desarrollo e Innovación Tecnológica (Cdit) y la Facultad de ciencias Agrarias de la Universidad católica presentaron el trabajo de investigación “Defoliación del maíz (Zea mayz L.) en floración ¿cómo afecta al rendimiento?”

https://www.brazilianjournals.com/index.php/ BJAER/article/view/44997/33695

Ing. Agr. M.Sc. Aldo Ortiz Docente Investigador de la USC - Filial Encarnación Ing. Agr. M.Sc. Andrés Armadans Docente Investigador de la USC - Sede Central

Por otro lado, desde la sede central el Prof. Ing. Agr. Andres Armadans presento “Evaluación de rendimientos de pepino (cucumis sativus L.) con la aplicación de diferentes dosis de boro”

https://www.horticulturaar.com.ar/es/articulos/evaluacion-del-rendimiento-de-pepino-cucumis-sativus-l-con-la-aplicacion-de-diferentes-dosis-de-boro.html

LA GENÉTICA, EL MUNDO MOLECULAR Y LA AGRONOMÍA

Dra. Ana Clarizza Rivarola - Vicedirectora de laboratorio USC Biol. PhD. en Biología Celular y Molecular Investigador PRONII Nivel 1

Las plantas son organismos fascinantes capaces de producir biomoléculas únicamente a partir del agua, la energía solar y el dióxido de carbono, constituyen una de las principales fuentes de alimento para la humanidad, además de proveernos de material para vestimenta, herramientas, medicina entre otros. Hace más de 12.000 años la humanidad comenzó a desarrollar la agricultura para asegurar la provisión de alimentos y evitar el hambre (Hasancebi, 2017).

Hoy día, la agricultura tiene el desafío de proveer alimentos a una población mundial en crecimiento, las proyecciones señalan que la población mundial llegaría a los 9 billones de habitantes para el 2050, en este contexto, será necesario producir más y mejor comida para alimentar a más personas utilizando una menor superficie de cultivo. Se estima que la producción agrícola debería incrementarse en un 70% para satisfacer las demandas futuras.

En la década de los 80, investigadores ya mencionan la aplicación de la genética molecular en la agricultura (Beringer, 1984), gracias al desarrollo de técnicas cómo la transformación de plantas mediada por Agrobacterium tumefacines es posible insertar genes de manera estable en el genoma de organismos complejos como las plantas. Lo que ha abierto una ventana de posibilidades en cuestión de edición genética de plantas.

Desde entonces, el gran desarrollo de las técnicas de biología molecular ha demostrado un creciente potencial para ayudar a mejorar los sistemas de cultivos, proteger el germoplasma, así como, mejorar la calidad y los resultados de los productos agrícolas al tiempo de proteger el medio ambiente, esto hace que los roles de la biología en la agricultura moderna sean cada vez más importantes (Fang et al., 2016).

Las innovaciones científicas en el mundo vegetal, deben traducirse en beneficios concretos para los pequeños, medianos y grandes productores. Se deben establecer conversaciones más fluidas entre los científicos de laboratorio, la academia y las personas que cultivan la tierra, ya que ambos sectores estén interesados en encontrar soluciones a problemas claves, que afectan a la producción agropecuaria (Delmer, 2005, #). VV gran escala, la agricultura se ha beneficiado de los avances científicos desde hace 3 décadas, ya en 1995, la primera planta comercialmente transgénica producida por tecnología de ingeniería genética ha revolucionado la agricultura vegetal y en la actualidad más de 50 billones de plantas transgénicas se cultivan en todo el mundo, entre las cuales el maíz, el algodón y la soja están contribuyendo con un papel importante (“Chapter 23 - Transformation Techniques and Their Role in Crop Improvements: A Global Scenario of GM Crops,” 2020, #).

Una de las técnicas moleculares, de gran impacto, que se han desarrollado en últimos años es la de ingeniería genética basada en la repetición palindrómica corta agrupada e interespaciada regularmente (CRISPR) por sus siglas en inglés (Schroeder et al., 2012), que podrá ser utilizada ampliamente en el mejoramiento de variedades de cultivo. La aplicación potencial de las herramientas basadas en CRISPR es ilimitada, desde la interrupción de un gen de interés hasta la inserción de genes de resistencia o la edición precisa para una evolución dirigida en plantas (Kovalchuk & Kovalchuk, 2021, #).

La biotecnología será indispensable para construir sistemas alimentarios resilientes y sostenibles, no sólo para mejorar el rendimiento de cada especie vegetal cultivada, sino además para el control de problemas fitosanitarios, como el control de malezas resistentes a herbicidas, tecnologías de biología molecular como Gene Drive (mediado por CRISPR) y RNAi, pueden adoptarse para hacer frente a la propagación de la resistencia a los herbicidas, y se puede discutir su posible aplicación a nivel de campo (Perotti et al., 2020, #).

Soy Ana Rivarola PhD. en Biología Celular y Molecular, recibida en la Escuela Normal Superior de Lyon - Francia, Becaria del Programa Nacional de Becas en el Exterior “Don Carlos Antonio López” (BECAL) e Investigadora Nivel I del Programa Nacional de Incentivo a los Investigadores (PRONII), he realizado la tesis doctoral en el Equipo de Evolución y Desarrollo de la Flor del Laboratorio de Reproducción y Desarrollo de Plantas (RDP), Lyon - Francia, bajo la dirección del Dr. Charles P. Scutt.

Durante el desarrollo del doctorado he trabajado en una línea de investigación principal: “El origen y evolución de la Flor”, en la cual he aplicado estrategias experimentales basadas en la planta modelo Arabidopsis thaliana con la utilización de material genético de diversas especies a lo largo de la evolución de las plantas terrestres realizando ensayos in silico, in vitro e in vivo.

He trabajado en biología molecular, principalmente en la extracción, modificación y clonación de ADN vegetal para la generación de vectores de transformación de plantas, he desarrollado protocolos de biología celular, e histología vegetal para la observación de estructuras florales y expresión de genes en la flor. Además he incursionado en la filogenia molecular y transcriptómica, generando datos de RNA-Seq con análisis en bioinformática.

Así mismo me he entrenado en técnicas de cultivo vegetal, in vitro, en cámaras de cultivo y a campo. Todas las técnicas antes mencionadas me han servido de herramienta para estudiar los mecanismos moleculares que dieron paso al origen de tejidos reproductivos femeninos en las primeras plantas con flores, específicamente la formación del carpelo de las flores. Cómo resultado de este proceso de formación académica y de investigación hemos publicado un artículo científico denominado “Custom methods to identify conserved genetic modules applied to novel transcriptomic data from Amborella trichopoda” (https://doi.org/10.1093/jxb/erac044) en la revista Journal of Experimental Botany de la Oxford Academic, el cual ha sido seleccionado por los editores de la revista como artículo de importancia por la contribución sustancial que aporta en el campo de la evolución vegetal.

Otro centro de interés profesional es la Biodiversidad Vegetal, línea que he desarrollado durante el grado de Máster en Ciencias con Énfasis en Biodiversidad y Sistemática en la Universidad Nacional de Asunción - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - FACEN, al tiempo de contribuir con los proyectos de investigación del Laboratorio de Análisis de Recursos Vegetales del Departamento de Biología de FACEN lo que ha permitido adquirir conocimientos en Botánica con una aproximación taxonómica y sistemática además del análisis de la diversidad genética y el perfil cromosómico de especies nativas y exóticas del Paraguay con énfasis en gramíneas con potencial forrajero.

Actualmente estoy al frente de los Laboratorios de la Universidad San Carlos, lo que representa para mí una oportunidad única de poner al servicio de la academia y la sociedad mis conocimientos y formación científica. Mi objetivo personal es integrar mis centros de intereses de investigación cómo la genética, biología molecular con énfasis en evolución y biodiversidad vegetal, a los objetivos y desafíos del Laboratorio USC, apuntando al fortalecimiento de nuestra agricultura y al desarrollo de prácticas agrícolas innovadoras y sostenibles.

Referencias

Beringer, J. E. (1984). La aplicación de la genética molecular en la agricultura. SpringerLink. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-009-6923-0_1

Chapter 23 - Transformation Techniques and Their Role in Crop Improvements: A Global

Scenario of GM Crops. (2020). In K. K. Singh, A. A. Singh, P. Singh, A. Borthakur, & A. Kumar (Eds.), Policy Issues in Genetically Modified Crops: A Global Perspective. Elsevier Science. https://doi.org/10.1016/B978-0-12820780-2.00023-6

Delmer, D. P. (2005). Agricultura en el mundo en desarrollo: Conectandoinnovaciones en la investigación de plantas paraaplicaciones descendent. PNAS, Vol. 102(No. 44), 15739-15746. https://doi.org/10.1073/ pnas.050589510202

Fang, J., Zhu, X., Wang, C., & Shangguan*, L. (2016, Agosto). Applications of DNA Technologies in Agriculture - PMC. NCBI. Retrieved April 26, 2022, from https://www.ncbi.nlm. nih.gov/pmc/articles/PMC4955036/

Hasancebi, S. (2017). Molecular World of the Plants and Agriculture. OMICS International. Retrieved April 26, 2022, from https://www.omicsonline.org/open-access/ molecular-world-of-the-plants-and-agriculture-95582.html

Kovalchuk, I., & Kovalchuk, O. (Eds.). (2021). Genome Stability: From Virus to Human Application. Elsevier Science. https://doi. org/10.1016/B978-0-323-85679-9.00013-1.

Perotti, V. E., Larran, A. S., Palmieri, V. E., Martinatto, A. K., & Permingeat, H. R. (2020). Herbicide resistant weeds: A call to integrate conventional agricultural practices, molecular biology knowledge and new technologies. Plant Science, 290, 110255. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110255.

Schroeder, R., Witte, A., & Bläsi, U. (2012, June 28). A programmable dual RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity. NCBI. Retrieved April 26, 2022, from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/ PMC6286148/

Escrito por: Dra. Ana Rivarola mayo 2022