Victoria_Bonnecarrere

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URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA y edición génica
Dra. Victoria Bonnecarrere
Unidad de Biotecnología, INIA Las Brujas
Taller Regional:
Edición génica en cultivos y ganadería para América
Latina y el Caribe. Fondo semilla – Fontagro
• Aprox. 25 % presupuesto de INIA es para Mejoramiento Genético 
Vegetal.
• Mejoramiento en: 
• Soja
• Arroz
• Trigo
• Cebada
• Citrus
• Fruticultura
• Forestal
• Horticultura
• Forraje
URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA
• Aprox. 25 % del presupuesto de INIA es para Mejoramiento Genético 
Vegetal.
• Mejoramiento en: 
• Soja
• Arroz
• Trigo
• Cebada
• Citrus
• Fruticultura
• Forestal
• Horticultura
• Forraje
URUGUAY: Mejoramiento genético vegetal en INIA
URUGUAY: Mejoramiento genético de soja en INIA
• Alta variabilidad de precipitaciones 
URUGUAY: Mejoramiento genético de soja en INIA
• Alta variabilidad interanual del rendimiento de grano 
URUGUAY: Mejoramiento genético de soja en INIA
Objetivos de mejoramiento 2017 - 2021
GM soybean
(Glypfhosate
Resistant)
• Yield-Adaptation-
Stability
• Diseases resistance
• Drought Tol; Flood
Tol
Non GMO soybean
• +
• Grain Quality (Prot) 
• Food Grade 
Soybean
“Commodity” 
Market
“Specialty” Market
URUGUAY: Mejoramiento genético de soja en INIA
3 Localidades (La Estanzuela, Mercedes, Young)
15 Has. Field Experiments
2 Fechas de siembra/Localidad
URUGUAY: Mejoramiento genético de soja en INIA
Crossing Block (INIA LE): 120-150 parental 
combinactions/year F1 – Winter Generación (INIA LE)
F3 –Winter Generation (INIA SG)
Progeny Rows F4:5 – RR /conv (INIA LE) . 8000-10000 rows/year
Crossing Block
Generation
advance
SSD/SPD
Plant selectioon.
Progeny rows
Field evaluation
Development
of comercial 
varieties
PMGS
Red Nacional de 
Biotecnologia
Agropecuaria (RNBA)
Biotic and abiotic
stresses
High thoughput
phenotyping. Genomic
tools.
INNOVAGRO
Biotic and abiotic
stresses
High thoughput
phenotyping. 
Genomic tools
JIRCAS 
(JAPON)
Soybean Rust
marker assited
backgrossing
program
PROCISUR
Biotic and 
abiotic
stresses
High 
thoughput
phenotyping.
Gene 
introgression
agreements
for agronomic
traits
INIA-Fcien-JKI 
(Germany) 
Genomic
Edition
INIA-CAAS
Genetic
variability, 
breding methods
Food grade 
soybeans
Transformation
events
Agreements with
U. Missouri
U. Arkansas
U. Tennessee
Private breeding
comp.
Germplasm
OTHERS
Fenotipado 
estrés abiótico
Transformación 
de soja
Genes de 
respuesta a 
enfermedades
Edición génica
Desarrollo de 
poblaciones
Genotipado y 
mejoramiento 
molecular
MEJORAMIENTO GENÉTICO DE SOJA
El propósito de la Red Nacional de Biotecnología Agrícola es contribuir al incremento
de la productividad y adaptabilidad de la soja. Para ello se implementaron plataformas
que incorporaron herramientas modernas de mejoramiento genético enfocadas a la
mejora de la tolerancia a estrés abiótico y biótico.
Colección de 
Germoplasma de 
interés
Genotipo
Programa 
mejoramiento de soja
Marcadores
Mapeo 
genético
QTL
Genes candidatos
SNPs Transgénesis
Edición 
genica
Predicción de 
cruzas
Mejoramiento 
Asistido
Selección 
genómica
Expresión diferencial de 
genes en genotipos 
contrastantes 
Fenotipo
Rendimiento
Resistencia a 
enfermedades
Tolerancia a 
sequía
Modelos de 
predicción 
de respuesta
BioinformáticaCalidad del grano
Edición génica en el contexto del mejoramiento genético de soja
Colección de 
Germoplasma de 
interés
Genotipo
Programa 
mejoramiento de soja
Marcadores
Mapeo 
genético
QTL
Genes candidatos
SNPs Transgénesis
Edición de 
genoma
Predicción de 
cruzas
Mejoramiento 
Asistido
Expresión diferencial de 
genes en genotipos 
contrastantes 
Fenotipo
Rendimiento
Resistencia a 
enfermedades
Tolerancia a 
sequía
Modelos de 
predicción 
de respuesta
BioinformáticaCalidad del grano
Edición génica en el contexto del mejoramiento genético de soja
Selección 
genómica
Colección de 
Germoplasma de 
interés
Genotipo
Programa 
mejoramiento de soja
Marcadores
Mapeo 
genético
QTL
Genes candidatos
SNPs Transgénesis
Edición de 
genoma
Predicción de 
cruzas
Mejoramiento 
Asistido
Selección 
genómica
Expresión diferencial de 
genes en genotipos 
contrastantes 
Fenotipo
Rendimiento
Resistencia a 
enfermedades
Tolerancia a 
sequía
Modelos de 
predicción 
de respuesta
BioinformáticaCalidad del grano
Edición génica en el contexto del mejoramiento genético de soja
Desarrollo de un protocolo de transformación genética de soja.
Plataformas de ingeniería genética
Aislamiento de genes 
de tolerancia a sequía 
a partir de líneas de 
soja tolerantes Gen de 
línea 
tolerante
ADN + 
partículas
de oro
Transformación de 
soja con bombardeo 
de partículas
Fenotipado
de planta 
“intragénica”
Transgénesis/tolerancia a sequía
Incremento de la tolerancia a sequía en plantas de soja intragénicas
Se identificaron genes asociados a 
tolerancia a sequía en variedades de 
soja contrastantes para este fenotipo
Tolerante Sensible
Transgénesis/tolerancia a sequía
Producción de plantas de Arabidopsis
transgénicas conteniendo diferentes
genes de soja asociados a tolerancia
a sequía.
Control
Transg.
Transg.
Dos de los genes evaluados
incrementaron significativamente la
tolerancia a la deshidratación en
plantas de Arabidopsis transgénicas.
Riego 
permanente
Riego 
interrumpido
Se estudió la función de los genes
identificados mediante su intro-
ducción en plantas modelo.
Transgénesis/tolerancia a sequía
Fenotipado de líneas de soja transgénicas (intragénicas).
Parámetros evaluados:
Biomasa vegetativo
Biomasa reproductivo
Número de granos
Peso de granos
Area y peso foliar
Area y peso radicular
Conductancia estomática
Fotosíntesis
Interrupción del riego
Interrupción del riego
Transgénesis/tolerancia a sequía
La introducción de una copia adicional de uno de los genes
identificados estimula el desarrollo radicular en sequía.
Sin 
riego
Con 
riego
Co: Variedad convencional
Tr-1: Línea transgénica 1
Tr-2: Línea transgénica 2
Tr-3: Línea transgénica 3
CoTr-1 Tr-2 Tr-3
Transgénesis/tolerancia a sequía
PCT application number PCT/EP2018/086228
METHODS FOR IMPROVING PLANT ABIOTIC 
STRESS TOLERANCE AND YIELD
Bolivia
SP-000274-2018 MÉTODOS PARA MEJORAR LA 
TOLERANCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO EN 
PLANTAS Y EL RENDIMIENTO DE LAS MISMAS
Paraguay 
Nº 18111986 – MÉTODOS PARA MEJORAR LA 
TOLERANCIA AL ESTRÉS ABIÓTICO EN 
PLANTAS Y EL RENDIMIENTO DE LAS MISMAS
USA Patent application: WO2019122146
METHODS FOR IMPROVING PLANT ABIOTIC 
STRESS TOLERANCE AND YIELD
Patentamiento de genes para 
incrementar tolerancia a sequía
Uruguay y Argentina
Adaptación e implementación de la tecnología CRISPR/Cas9 en soja
Mutagénesis dirigida en el genoma de soja 
mediante edición genómica (EG)
https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.11.007
Edición genómica de soja: CRISPR/Cas9
Transgénesis para introducir 
los componentes del sistema 
a las células vegetales
Edición genómica 
libre de ADN
A B
https://doi.org/10.1016/j.copbio.2014.11.007
Diseño
Producción de 
Cas9 recombinante
Introducción Genotipado
Estrategia: Edición genómica libre de ADNB
ARN guía
Blanco
Evaluación 
in vitro
Cas9
Secuencia 
guía
ARNg
Estrategia: Edición genómica libre de ADNB
Secuencia 
guía
ARNg
E E E
Diseño de 2 ARNg para cada gen y 
producción mediante transcripción in vitro
Diseño
Producción de 
Cas9 recombinante
Introducción Genotipado
Evaluación 
in vitro
Estrategia: Edición genómica libre de ADNB
Diseño
Producción de 
Cas9 recombinante
Introducción Genotipado
Evaluación 
in vitro
MBP
SpCas9
IMAC IEX
SEC
+TEV
Proteína 
pura
IEX SEC
Cromatografía 
de afinidad a 
iones metálicos
Cromatografía 
de intercambio 
iónico
Cromatografía 
de exclusión 
molecular
Diseño
Producción de 
Cas9 recombinante
Introducción Genotipado
Estrategia: Edición genómicalibre de ADNB
Evaluación 
in vitro
+
- +
Ensamblado de la 
Ribonucleoproteína
(RNP)
Ensayo de corte in 
vitro sobre 
fragmento de gen 
blanco
Determinación de la eficiencia 
de corte
Estrategia: Edición genómica libre de ADNB
Producción de 
Cas9 recombinante
Genotipado
Evaluación 
in vitro
IntroducciónDiseño
Transformación 
de protoplastos
(PEG) con RNP o 
ARNm/ARNg
Transformación de embriones 
somáticos (biolística) con RNP 
o ARNm/ARNg
Transformación de flores con 
RNP o ARNm/ARNg
Estrategia: Edición genómica libre de ADNB
Transformación 
de protoplastos
(PEG) con RNP o 
ARNm/ARNg
Transformación de embriones 
somáticos (biolística) con RNP 
o ARNm/ARNg
Transformación de flores con 
RNP o ARNm/ARNg
Edición genómica / Líneas de trabajo
Tolerancia a sequía: mutagénesis
dirigida para anular genes de
senescencia inducida por estrés.
El déficit hídrico 
provoca senescencia 
prematura
SEQUÍA
La senescencia es un 
proceso activo
activación de un gen que 
actúa en la degradación 
de los cloroplastos
célula 
vegetal
Identificación de líneas mutantes mediante genotipado
Obtención de líneas de soja editadas
PRODUCIR SOJA NO TRANSGÉNICA PARA
CONSUMO HUMANO, EDITADA PARA
CARACTERES DE CALIDAD:
OBJETIVOS: 
Eliminar genes de factores anti
nutricionales (aglutinina)
Mejorar el perfil de carbohidratos
Mejorar perfil de proteínas y aminoácidos
(Metionina y Cisteína)
Edición genómica / Calidad de grano
Edición genómica / Calidad de grano
Mutagénesis dirigida para anular genes 
de proteínas anti nutricionales
Generación de mutaciones KO en 
el gen SBA (soybean agglutinnin).
SBA: 
• Lectina, de unión a oligosacáridos 
(N-acetil galactosamina).
• Resistente a la degradación.
• SBA se une a las células epiteliales
del intestino de animales
monogástricos causando
inflamación y otros efectos. 
• Principal factor antinutricional de 
soja.
Soja 
SBA no degradada 
Interferencia con 
flora intestinal
Unión a células 
epiteliales
Inhibición del 
sistema inmune
Daño estructural de las 
células epiteliales
Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 554; doi:10.3390/ijms19020554
Edición genómica / Calidad de grano
Proteína Sacarosa
aceite
Rendimiento
Ácido oleico
Refinosa Estaquiosa
Cisteína
Alta BajaTemperatura
Correlaciones entre
rendimiento y distintos
componentes de la
semilla. Theor Appl Genet
(2017) 130:1975–1991
DOI 10.1007/s00122-017-
2955-8
Mutagénesis dirigida para:
Mejorar la composición
de carbohidratos en grano
(aumentar sacarosa, dismi-
nuir rafinosa y estaquiosa).
Aumentar la proporción
de proteínas con mayor
contenido de amino ácidos
azufrados (metionina y
cisteína)
(glicinina/conglicinina)
1
2
• Mejoramiento genético de soja
• Mejoramiento genético de citrus
• Mejoramiento genético de hortalizas
URUGUAY: Edición génica en plantas
Tipo de NBT Cultivo Rasgo Nivel de desarrollo
Cisgenia Soja Tolerancia a sequía Confirmación a nivel de fenotipo
Edición mediante 
CRISPR
Soja Componentes 
antrinutricionales del 
grano
Inicio del proyecto (julio, 2017)
Edición mediante 
CRISPR
Soja Tamaño del grano Inicio del proyecto (julio, 2017)
Edición mediante 
CRISPR
Tomate Contenido de licopeno en 
frutos
Inicio del proyecto (julio, 2017)
Edición mediante 
CRISPR
Mandarina Contenido de licopeno en 
frutos
Inicio del proyecto (julio, 2017)
Tabla 1: Estado del arte y nivel de desarrollo de NBT’s en INIA Uruguay con el Laboratorio de Biología Molecular 
Vegetal de la UdelaR. Grupo de trabajo: Sabina Vidal, Victoria Bonnecarrere, Ana Arruabarrena, Sergio Ceretta, 
Luciana Fleitas, Juan Pablo Gallino.
GRACIAS