El documento resume los recientes avances en genómica del arroz que permitirán acelerar el mejoramiento del cultivo, incluyendo la secuenciación completa del genoma del arroz, el desarrollo de nuevas tecnologías de secuenciación de alto rendimiento, y el uso de estas herramientas genómicas para identificar alelos de resistencia a enfermedades y estrés en especies silvestres y cultivadas de arroz que podrán ser introgresados en variedades elites mediante mejoramiento asistido por marcadores.

1. Las perspectivas desde la Genómica
p p
Hacia la reconstrucción del genoma del arroz
Joe Tohme
CIAT
XI Conferencia Internacional del Arroz
XI Conferencia Internacional del Arroz
Cali, Septiembre 22, 2010
Eco-Efficient Agriculture for the Poor

2. Hacia la reconstrucción
del genoma del arroz
Recientes avances tecnológicos
¿Cómo acelerar el mejoramiento del arroz?
¿Cómo acelerar el mejoramiento del arroz?
Obtención selectiva de alelos de especies silvestres y
cultivadas Alleles Mining
cultivadas – Alleles Mining‐
Nuevas características para nutrición
Cambios que vienen para la planta de arroz
Conclusión
C l ió
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3. Gran Avance Científico
El genoma del arroz es de los más estudiados
• Primer cultivo en haber sido
secuenciado completamente
p
• Muchas herramientas genómicas
disponibles
• Genotipos Indica y Japonica ahora
completamente secuenciados
• Secuencias de especies silvestres Enero 2002
disponibles
¿Cómo usarán los mejoradores esta información?
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4. Cambios en la escala de tecnologías
de secuenciación
1999: CELERA GENOMICS: 300
sequencers ABI 3700 Illumina HiSeq
GS Flex GS junior
454 sequencer
454 sequencer
Secuenciación Análisis Secuenciación Análisis
bioinformático bioinformático
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5. Revolución en las tecnologías de
secuenciación
i ió
El mayor
desafío es
comprender la
significancia de
significancia de
la variación
identificada y
id tifi d
su función
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6. Cómo acelerar el mejoramiento del arroz
para características específicas
Revolución Verde: Genética:
g
IR 8. IRRI Peter Jennings
Revolución Agronómica:
2004‐2010. FLAR
Necesidad de una segunda
Necesidad de una segunda
revolución genética
Mejorador de IR 8
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7. Integración de
Mejoramiento con Genómica y Fenómica
Mejoramiento con Genómica y Fenómica
Mejoramiento Genómica
Mapeo de poblaciones
Material Base Genotipificación
p
Genes/Marcadores Moleculares RIL, NIL, CSSL
& Producto Mutantes
para MAS
Transgénicos
Asociación de rasgos a genes
1000 a 50000 plantas para ser genotipificadas y fenotipificadas
en un ambiente de estrés particular
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8. Plataforma de Fenotipificación
para Desafíos Globales
para Desafíos Globales
Desarrollo de cultivos
ecoeficientes para el
fi i t l
cambio climático mediante:
i ifi ió i
•Fenotipificación precisa y
de alto rendimiento
•Detección de nuevos
genes
•Facilitar el mejoramiento
molecular
Pi-1+Pi-2+Pi-33
Pi 1+Pi 2+Pi 33
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9. CIAT: Plataforma para uso eficiente del agua
CIAT: Plataforma para uso eficiente del agua
Automatización para caracterizar el fenotipo de 500 líneas en 30 minutos
CIAT‐INFRATEC
I R CAMERA
Lector de Código
de Barras
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10. Nuevas herramientas genómicas:
¡Cómo l vamos a usar?
ó las ?
Plataforma de SNP B
– Diversidad Genética i
– Mapeo Genético (Genes, QTLs) o
– Selección Asistida por Marcadores
Selección Asistida por Marcadores i
– Aceleración de retrocruzamiento– Conversión de n
transgenes f
o
r
Secuenciación de siguiente generación de m
alto rendimiento – Tecnologías de SNPs á
– Descifrar las bases genéticas de la esterilidad t
interespecífica mediante líneas de retrocruzamiento i
avanzadas c
– Mapeo fino y clonación de QTLs
Mapeo fino y clonación de QTLs a
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11. Platoformas Genómicas del Arroz en CIAT
Platoformas Genómicas del Arroz en CIAT
1. Implementación de la caracterización fenotípica
1 Implementación de la caracterización fenotípica
2. Bioinformática
3. Implementación de tecnologías de marcadores
4. Búsqueda de alelos en el genoma AA ‐ Cultivadas x
líneas introgresión
5. Facilitar la introgresión de especies silvestres
6. Métodos transgénicos para productos tolerantes a
sequía; Uso eficiente del nitrógeno y, biofortificación
con Hierro
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12. Detección de SNPs – Illumina
Diversidad de germoplasma de LAC
Genotipos gráficos Genotipos gráficos
versus Japónica Tropical versus Indica
Mathias Lorieux, Constanza Quintero, Sept 2010
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13. Introgresión de genes de resistencia para el
RHBV en materiales elites de arroz
Desarrollo de marcadores Mapeo Fino: evaluación
asociados con la resistencia en i
invernadero y
d
genotipificación
Introgresión de QTLs y
Definición de un marcador
uso de SNPs : evaluación
específico para el gen de
en campo y
resistencia
genotipificación
Comparación de la nueva Evaluación con el nuevo
metodología con el método
d l í l é d marcador sin evaluación
d i l ió
clásico fenotípica
Identificación y optimización de una nueva metodología para la
Identificación y optimización de una nueva metodología para la
selección por RHBV
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14. Introgresión de QTLs de resistencia al virus de
de QTLs
hoja blanca (RHBV) y a su vector Tagosodes
hoja blanca (RHBV) y a su vector Tagosodes
orizicolus en materiales elites de arroz
LOD score:5.8
Varianza explicada: 30%
LOD score:4.8
Varianza explicada: 50%
LOD score:13.8
Varianza explicada: 46%
En los cruces de Fedearroz2000 y Fedearroz50 x WC366 se
identificaron 3 regiones asociadas con la resistencia al RHBV y a Sogata,
respectivamente: cromosomas 4, 5 y 7
El efecto fenotípico significativo es una característica de
El efecto fenotípico significativo es una característica de
importancia en el mejoramiento asistido por marcadores.
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15. Obtención selectiva de alelos de especies
silvestres y cultivadas
Alleles Mining
Exploración de la Diversidad Genética
‐ Desarrollo de Líneas de Introgresión “Chromosome Segment Substitution
de Líneas de Introgresión Chromosome Segment Substitution
Lines” (CSSLs):
CSSLs cultivadas (Oryza sativa x Oryza glaberrima)
CSSLs lti d
CSSL cultivadas x Sil t (O
Silvestres (Oryza sativa x O fi
i O. rufipogon, O.sativa x O
O i O. meridionalis)
idi li )
‐ Mapa Genético Universal de Arroz con SSR y SNP
‐ Resistencia al Virus de la Hoja Blanca del Arroz (RHBV)
‐ Puentes Interespecíficos (i‐Bridges) entre especies silvestres (O.sativa x
O.glaberrima)
‐ Desarrollo de Poblaciones NAM (Nested Association Mapping) como
( pp g)
fuentes de diversidad alélica
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16. Obtención selectiva de alelos de silvestres
Oryza glaberrima
y g Oryza sativa
y
• Cultivado sólo en el occidente de • Cultivado ampliamente
África alrededor del mundo
• Tolerancia a estrés biótico y abiótico
• Subsp. indica y japonica
• Mejorado
• Resistencia a RYMV, RSNV
• Rendimiento es más alto
• Rendimiento es más bajo
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17. QTL de resistencia al virus de la necrosis rayada del arroz
“entorchamiento” en la población de Caiapo x MG12
entorchamiento en la población de Caiapo x MG12
180 Líneas evaluadas con el virus
Fernando Correa y Gustavo Prado (CIAT)
Foto: Gustavo Prado (CIAT)
QTL altamente significativo en el
cromosoma 11 entre los SSRs
t l SSR
(RM202-RM26406)
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18. Valor nuticional del arroz
El hierro (Fe) se acumula principalmente en los
tejidos exteriores al grano
Arroz trillado Arroz integral Arroz blanco
20 ppm Fe
20 ppm Fe 2‐3 ppm Fe
2 3 ppm Fe
6 meses de vida útil 10 años de vida útil
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19. Arroz con alto contenido de hierro
El enfoque transgénico es la única opción
Endospermo‐Espresión específica del gen
de la ferritina
Gerard Barry
G dB
Inez Slamet‐Loedin
Sobreexpresión del gen de nicotianamina
sintasa (NAS) de arroz
Alex Johnson
James Stangoulis
Laura Moreno
L M
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20. Altas concentraciones de Fe (19 ppm) y Zn (75 ppm)
en arroz blanco
confirmado en las líneas T2 sobreexpresadas
Los niveles de hierro en varias líneas U. Melbourne
p pp p
35S::OsNAS2 supera la meta de 14.5 ppm Fe para la
biofortificación de arroz
Alex Johnson & James Stangoulis
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21. Arroz transgénico
Estado del Producto
Estado del Producto
OsNAS1, OsNAS2, OsNAS3 Eventos de
O NAS1 O NAS2 O NAS3 E t d 2011: ensayos de
2011: ensayos de
bioseguridad en invernadero en Australia
bioseguridad
confinados y
confinados y
retrocruzamiento
con líneas de gran
con líneas de gran
rendimiento en CIAT
Alex Johnson, Laura Moreno. U. Melbourne
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22. Cambios en arroz
Un novedoso sistema de híbridos
Estrategias Mejoramiento → mapeo & cruces
→ mapeo & cruces
Genética → ortólogos SD
→ ortó
Molecular → Letalidad sintética
Yale, U. Rhode Island, CIAT. Financiación: NSF
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23. Éxito reciente en el IRRI
Nuevas líneas no transgénicas Sub1
Nuevas líneas no transgénicas Sub1
después de 17 días de inmersión
en el campo en el IRRI‐Filippinas
IR64-Sub1
Samba-Sub1
S b S b1 IR49830 (Sub1)
Samba IR64 Samba
IR42 IR42 IR49830 (Sub1)
IR64 IR49830 (Sub1) IR64
IR64-Sub1
Samba IR64-Sub1
Samba-Sub1
IR42
IR42
IR49830 (Sub1)
( ) IR64-Sub1
IR64 Sub1
IR49830 (Sub1)
Samba
Samba-Sub1
IR64
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24. Hacia la reconstrucción
del genoma del arroz
Técnicas genómicas
disponibles para el
disponibles para el
desarrollo y
formación de
nuevos acervos
nuevos acervos
genéticos
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25. Hacia la reconstrucción
del genoma del arroz
• Las ciencias biológicas tienen un mayor potencial ahora
Las ciencias biológicas tienen un mayor potencial ahora
gracias a las nuevas tecnologías
• Mejoramiento‐biotecnología ofrece parte de la solución
• Necesidad de integrar el mejoramiento con nuevas
estrategias de implementación agronómica
• Medidas urgentes ya que la integración entre
descubrimiento científico, la innovación tecnológica y la
, g y
implementación, toma varios años
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26. Gracias
www.ciat.cgiar.org
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