Genética aplicada a la agricultura

Ejemplos clásicos y modernos

Genética
APA-300
Unidad 1
Prof Mario Mera
 Impacto del maíz híbrido
en rendimiento de maíz en USA
Maíz híbrido
 La cruza de ciertos maíces produce un hibrido de
alto vigor, rendimiento, calidad y uniformidad
Impacto del mejoramiento genético en
rendimiento de maíz en USA
Genética + Manejo
 Se estima que la mitad o más (50-60%)
del aumento de rendimiento de plantas
cultivadas proviene del mejoramiento
genético, y el restante del manejo
agronómico
Cereales semienanos

Orville Vogel
(WSU)

Genes de enanismo
(Rht1 y Rht2) en trigo
japonés Norin 10
 Revolución Verde (~1940-1970)

Norman Bourlaug (1914-2009)

CIMMYT, México
Premio Nobel Paz 1970

Vogel

Trigos semienanos responden a fertilización sin

sufrir tendedura y logran altos rendimientos
Arroz: resultado similar logra IRRI, Filipinas

CIMMYT = Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo

IRRI = International Rice Research Institute
Frutos de la Revolución Verde
Frutos de la Revolución Verde

Rendimiento de trigo en países en desarrollo

 Eliminación de principios tóxicos o
indeseables

Ejemplo:
Raps canola produce aceite libre de
ácido erúcico y glucosinolatos
CanOla = Canadian Oil 

 Canola no existía antes de

1974; hoy genera millones de
dólares a economía canadiense
 Ahora es aceite de alta calidad
 Eliminación de principios tóxicos o
indeseables

Ejemplo:
Lupinos sin alcaloides

Vavilov
Ley de Series Homólogas
de Variación von Sengbusch Lupino dulce
 Mayor rendimiento industrial
Ejemplo:
Remolacha con mayor tenor de
azúcar
Mejoramiento ha subido de <7% a 16-18%

Ha permitido producir
azúcar en zonas frías
donde no puede
cultivarse caña
Vilmorin
 Resistencia a enfermedades en plantas

 Variedades resistentes permiten disminuir uso

de agroquímicos  agricultura más limpia
 Muchos ejemplos

royas en trigo botritis en vid Virus PVY en papa

Biotecnología moderna
 Surge en los 80
 Esencialmente, consiste en la
manipulación del ADN
Aumento del precio de alimentos

La seguridad alimentaria es una prioridad mundial

 Aporte de la biotecnología
 Agrónomos y biotecnólogos pueden colaborar
y contribuir al mejoramiento genético vegetal
y animal

 Genómica
 Caracterización de recursos genéticos;
formación de “core collections”
Ámbitos  Selección asistida por marcadores =
“marker-assisted selection” (MAS)
 Transgenia y Cisgenia
 Transgénicos
 Hasta hace poco, el traslado de genes de un
individuo a otro estaba supeditado a la
reproducción sexual
 Ahora, gracias a la tecnología del ADN
recombinante, es posible mover genes entre
especies, géneros, familias, reinos
 Productos de esta tecnología se conocen como
transgénicos o cultivos genéticamente modificados
(GM), y últimamente como cultivos biotecnológicos

Prof Mario Mera

Transgenia
 Evento
 El desarrollo de una planta transgénica comienza cuando una
célula recibe un segmento de ADN ajeno que contiene un gen de
interés; este proceso se denomina transformación
 Cada célula que incorpora con éxito el gen de interés representa
un “evento” particular
 Cada evento puede ser identificado con marcadores genéticos, de
manera que la célula, y la planta que se origine a partir de ella,
recibe un código
 Los eventos pueden ser transferidos a través de cruzamientos, por
ello ciertos eventos (MON-810 por ejemplo) están incorporados en
muchos cultivares
 La utilidad de un evento exitoso depende del número de veces que
el gen se incorpora y el lugar de inserción en el genoma
Superficie mundial con ?

cultivos biotecnólogicos 170

175

2012 2013 2014

Cultivos biotecnológicos en 2012
 28 países cultivaron CB, 8 industrializados (48%
del área sembrada) y 20 en desarrollo (52%)
 11 países cultivaron > 1 millón ha: USA, Brasil,
Argentina, Canadá, India, China, Paraguay,
Sudáfrica, Pakistán, Uruguay, Bolivia
 Se incorporaron a la lista Sudán (algodón Bt) y
Cuba (maíz Bt)

Ver imagen internet

Soya transgénica
millones ha

2013: 47 millones ha
soya en Sudamérica

Porcentaje de tierra
cultivada sembrada
con soya:
Argentina: 59%
Brasil: 35%
Bolivia: s/i
Paraguay: 66%
Uruguay: 30%
Tipos de cultivos biotecnológicos

 Tolerantes a herbicidas (HT)

 Resistentes a insectos (Bt)

Muy secundariamente:
 Mejor calidad (arroz dorado)

 Tolerantes a sequía
Adopción de cultivos GM en USA

HT = Herbicide Tolerant
 Resistencia a herbicidas
 Glifosato, herbicida no selectivo de rápida
degradación en suelo; sistema “Roundup Ready” (RR)
de Monsanto en soya, maíz, remolacha, raps, algodón

 Glufosinato, herbicida no selectivo con modo de acción

diferente a glifosato; sistema “Liberty-Link” de Bayer en raps,
algodón y maíz

 Bromoxinil, herbicida de postemergencia para control de

malezas de hoja ancha anuales; gen BXN de Emergent Genetics
Inc. en algodón
 Soya resistente a herbicida glifosato
gen de Agrobacterium tumefaciens con enzima EPSPS modificada

Malezas constituyen
problema grave en
producción de soya

Soya “Roundup-Ready” (RR)

Prof Mario Mera

Maíz resistente a glifosato (RR)

Enzima EPSPS
modificada
introducida por
bombardeo

Prof Mario Mera

 Remolacha resistente a glifosato

ensayos
ANASAC

resistente convencional
Sistema tradicional: 6-10 aplicaciones de herbicidas selectivos
Remolacha transgénica: 3 aplicaciones de glifosato

2007-2008: inicio de comercialización de remolacha azucarera RR en EEUU y Canadá

Prof Mario Mera

 Raps resistente a glufosinato

Alternativa
de Bayer
Crop Science
a sistema RR
de Monsanto

Resistencia por gen pat , aislado de

bacterias del género Streptomyces

Prof Mario Mera

 Sistema Clearfield de BASF

Variedades Clearfield de trigo,

raps y otras especies, resistentes
a herbicidas, son transgénicos?

No, son obtenidos por mutaciones

dentro de la misma especie
 Maíz Bt resistente a insectos
toxina de Bacillus thuringiensis contra insectos

Barrenador
europeo del maíz
(lepidóptero)

La larva que consume tejido del maíz ingiere la toxina y muere

Prof Mario Mera

Algodón Bt resistente a insectos
Bt = Bacillus thuringiensis

Prof Mario Mera

Soya Bt

Prof Mario Mera

Papa Bt
escarabajo de la papa (Colorado potato beetle)

convencional Bt
Prof Mario Mera
Arroz Bt

Arroz Bt-IR58
resistente a insectos

Prof Mario Mera

Oposición a transgénicos
 www.chilebio.cl

Newsletter Num 66

• Beneficios del maíz transgénico van más allá

de la resistencia a plagas
• La UE pierde 300 millones de euros al año al
no utilizar remolacha azucarera transgénica
• Presidente de Ecuador: “Los cultivos
transgénicos son un poderoso instrumento”
• Filipinas ultima los requisitos para la
inminente comercialización del Arroz Dorado
• Los alimentos derivados de cultivos
transgénicos son los más estudiados en la
historia de la humanidad
• Confirman que arvejas transgénicas
resistentes a insectos no producen alergias
en ratones
Campañas del terror
Mejoramiento de calidad
Golden rice
Arroz proporciona 80% de calorías en sudeste
asiático, pero el grano no tiene caroteno
Consecuencia: deficiencia de vitamina A en la
dieta causa muerte de milones de niños, altos
índices de ceguera y mayor susceptibilidad a
malaria en poblaciones asiáticas

“Arroz dorado” sintetiza beta-

caroteno en endospermo gracias a
un gen de narciso y un gen de
bacteria del suelo Erwinia
uredovora
Ambientalistas se han opuesto…
Prof Mario Mera
Tomate morado transgénico desarrollado en Reino
Unido, rico en antocianinas, potente antioxidante
 Manzana que no se oxida
aprobada en USA (febrero 2015)

 En presencia de oxígeno, enzima

polifenol oxidasa produce
compuestos de color oscuro a
partir de polifenoles
 Gen de polifenol oxidasa puede ser
apagado
 Manzanas “Artic” a partir de
Golden Delicious y Granny Smith
 Amplía uso en restaurantes,
aerolíneas, negocios que venden
fruta procesada
Animales GM

Cerdos transgénicos capaces de producir fitasa, enzima

microbiana, asimilan mejor fósforo, disminuyendo en
40% expulsión de ácido fítico (contaminante)

Prof Mario Mera

Políticas públicas deben tener sustento científico
Cultivos transgénicos en Chile
 Se producen sólo para exportación
 Sin embargo, se consumen productos transgénicos
importados (!)
 En La Araucanía crecieron 107% entre 2007-08 y
2011-12, de 640 a 1331 ha (fuente: INE)
 Raps: 1330,4 ha
 Maíz: 1,1 ha
 Soya: 0,1 ha
 Nueva legislación sobre transgénicos parece
indispensable
El consumidor tiene derecho a saber

Salsa de tomates concentrada;

primer producto de planta GM
autorizado para comercialización,
en 1994

Exigencia de etiquetado

Prof Mario Mera

Etiquetado

No hay igual
preocupación
por aditivos de
alimentos
(colorantes,
preservativos)
que han sido
ligados a
hiperactividad,
asma, alergias.
 Unintended Compositional Changes in Genetically
Modified (GM) Crops: 20 Years of Research

Herman RA, Price WD (2013) J. Agric. Food Chem.

 The compositional equivalency between genetically modified (GM) crops

and nontransgenic comparators has been a fundamental component of
human health safety assessment for 20 years. During this time, a large
amount of information has been amassed on the compositional changes
that accompany both the transgenesis process and traditional breeding
methods; additionally, the genetic mechanisms behind these changes
have been elucidated.
 It is concluded that suspect unintended compositional effects that could
be caused by genetic modification have not materialized on the basis of
this substantial literature.
 Hence, compositional equivalence studies uniquely required for GM crops
may no longer be justified on the basis of scientific uncertainty.
Percepción pública
sobre alimentos GM
es determinante
 Pese a los avances, aun no hay suficiente
confianza en la ciencia

Opinión % que aprueba

Científicos Público
Alimentos genéticamente modificados son
88 37
seguros
Alimentos producidos usando agroquímicos son
68 28
seguros
Es necesario usar animales en investigación
89 47
médica
El cambio climático es causado mayoritariamente
87 50
por la actividad humana
Los humanos han evolucionado a través del
98 65
tiempo

Encuesta Scientific American enero 2015

¿Pollo del futuro? (Stableford 1984)

La innovación
empieza en la
imaginación, y
sólo debería ser
frenada por la
ética y la moral

Prof Mario Mera

 Evaluación posible
La genética aplicada al mejoramiento de plantas cultivadas ha
tenido grandes logros. Identifique la aseveración que no es veraz.
a) Cereales con genes de enanismo que aprovechan mejor la
fertilización
b) Cultivos transgénicos que permiten reducir la aplicación de
agroquímicos
c) Maíz híbrido que no contribuyó a aumentar rendimientos, pero
sí la calidad
d) Remolachas que permiten producir azúcar donde no se cultiva
caña
e) Eliminación de principios tóxicos
 Evaluación posible
Los avances en manipulación genética están dando lugar a nuevas
opciones para la agricultura, como:
I. Variedades de cultivos con genes bacterianos que confieren
resistencia a insectos
II. Variedades de maíz resistentes a herbicidas totales, como glifosato
III. Insectos capaces de destruir malezas, gracias a la toxina Bt
IV. Clones de mamíferos
a) I y II
b) II y III
c) II y IV
d) I, II y IV
e) todas
Genética y Agricultura

Fin de la unidad
Algodón BXN resistente a herbicida bromoxinil (Buctril)
gen aislado de bacteria del suelo Klebsiella oazenae

Primer algodón GM (1995);

retirado del comercio en 2004

Prof Mario Mera

Tomate larga vida
Bloqueo de enzima
poligalacturonasa impide
metabolización de pectina
durante madurez del fruto

Mejoraría sabor, ya que no se

cosechan frutos verdes para
soportar transporte, pero no
cumplió expectativas y
desapareció del mercado

Prof Mario Mera

Usos insospechados de genes

Pollo genéticamente
carente de plumaje

Prof Mario Mera

Clonación

Ian Wilmut
Roslin Institute
Escocia

1997: Primer mamífero clonado

a partir de célula diferenciada

Dolly
(1996-2003)

Prof Mario Mera

Dolly

Prof Mario Mera

 Clonación

Time - marzo 1997 Prensa - abril 1997

Prof Mario Mera
Célula diferenciada

¿Por qué es importante clonar individuos

a partir de células diferenciadas?

Prof Mario Mera

 Aporte de la biotecnología
 En ámbito salud, biotecnólogos pueden
contribuir a identificar riesgo de enfermedades
genéticas (cardiovasculares, cáncer, diabetes)
 Secuenciación de un genoma en 2009: $90 millones
 Se prevé que en una década (2019) su uso será masivo
 Aporte de la biotecnología
 En ámbito medioambiental, biotecnólogos
pueden contribuir a recuperar ambientes
contaminados (petróleo, cadmio, plomo,
mercurio, por ej.) usando biorremediación
con microrganismos o plantas
La bacteria Deinococcus radiodurans -el organismo más
resistente a la radiactividad conocido- ha sido modificado para
consumir y digerir tolueno y mercurio iónico de desechos
nucleares altamente radiactivos
 Fuente: Tardaguila Agromercados Octubre 2012 (http://tardaguila.com.uy/home/?p=1510)

URUGUAY APRUEBA LA COMERCIALIZACIÓN DE CUATRO

NUEVOS EVENTOS DE CULTIVOS TRANSGÉNICOS

El Gabinete Nacional de Bioseguridad de Uruguay aprobó cuatro nuevos eventos

transgénicos para su comercialización, uno de maíz y tres de soja.
El maíz transgénico aprobado es TC1507 x NK603, el cual es tolerante a glifosato y
resistente a insectos lepidópteros, especialmente a lagarta cogollera, ya que es más
específico contra este insecto. Lo ingresan al mercado las firmas Dow AgroSciences y
Pioneer.
Junto a estas aprobaciones comerciales se aprobaron además dos eventos de maíces
transgénicos para ensayos. Estos son los maíces MON89034 x NK603, resistente a
glifosato y a lepidópteros y coleópteros (de Monsanto) y MON89034 x NK603 x
TC1507, de Dow y Pioneer.
En maíz queda pendiente de resolución un evento triple de Syngenta y hay otro más
que está solicitado para producir semilla en contra estación.
En el caso de soja, se trata de dos eventos de Bayer contra glufosinato de amonio,
A270412 y A5547127, y el restante de Monsanto, BTRR2Y, resistente a lepidópteros y
a glifosato. Las tres autorizaciones son para eventos para comercializar, pero dado
que no hay variedades evaluadas, no hay semilla a nivel comercial, por lo que no se
podrán sembrar este año.
?
Defensas naturales
 Las plantas también producen compuestos contra
plagas
 Repelentes (volátiles)
 Inhibidores del crecimiento
 Tóxicos
 Afectan algunos insectos, pero no el ecosistema, son
seguros para mamíferos y otras
 Se siguen descubriendo; por ejemplo, recientemente
se encontró un insecticida natural en semillas de
chirimoya
 MacKenzie D & McLean M (2002) Who’s afraid of GM
feeds? Feed Mix 10(3):16-19.
Conclusiones
 Proteínas y ADN contenido en alimentos para humanos o
animales, sean provenientes de cultivos genéticamente
modificados o no, son típicamente degradados luego de su
consumo por los procesos digestivos normales
 En caso de cultivos GM comercialmente disponibles para
alimento de ganado, no hay evidencia de composición
nutricional significativamente alterada, de efectos nocivos, o de
ocurrencia de ADN o proteínas transgénicos en alimentos
subsecuentes de origen animal
 Estos datos, junto con el historial de uso seguro de proteínas
transgénicas en agricultura y/o su similitud con constituyentes
actuales, constituyen pruebas confiables sobre su inocuidad
Prof Mario Mera