El ITANOA promueve una política de publicaciones científicas orientada a la excelencia, priorizando la difusión de sus resultados en revistas internacionales de alto impacto, preferentemente del primer cuartil (Q1) y, cuando la temática lo justifica, del segundo cuartil (Q2). En concordancia con su perfil de Instituto Tecnológico, la protección de la propiedad intelectual y la generación de desarrollos transferibles constituyen una prioridad estratégica, procurando resguardar los resultados con potencial de innovación antes de su publicación. Al mismo tiempo, reconoce a las publicaciones científicas como un instrumento fundamental para la difusión del conocimiento y el fortalecimiento de la formación y trayectoria de investigadores y becarios.
A continuación usted podrá acceder a nuestra publicaciones más relevantes:
https://doi.org/10.3390/agronomy16020187
Transgenic Citrus sinensis Expressing the Pepper Bs2 R-Gene Shows Broad Transcriptional Activation of Defense Responses to Citrus Canker
Abstract
The pepper Bs2 resistance gene confers resistance to susceptible Solanaceae plants against pathogenic strains of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria carrying the avrBs2 avirulence gene. Previously, we generated Bs2-transgenic Citrus sinensis plants that exhibited enhanced resistance to citrus canker caused by Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc), although the underlying mechanisms remained unknown. To elucidate the molecular basis of the early defense response, we performed a comparative transcriptomic analysis of Bs2-expressing and non-transgenic plants 48 h after Xcc inoculation. A total of 2022 differentially expressed genes (DEGs) were identified, including 1356 up-regulated and 666 down-regulated genes. In Bs2-plants, 36.8% of the up-regulated DEGs were associated with defense responses and biotic stress. Functional annotation revealed major changes in genes encoding receptor-like kinases, transcription factors, hormone biosynthesis enzymes, pathogenesis-related proteins, secondary metabolism, and cell wall modification. Among hormone-related pathways, genes linked to ethylene biosynthesis and signaling were the most strongly regulated. Consistently, endogenous ethylene levels increased in Bs2-plants following Xcc infection, and treatment with an ethylene-releasing compound enhanced resistance in non-transgenic plants. Overall, our results indicate the Bs2 expression activates a complex defense network in citrus and may represent a valuable strategy for controlling canker and other Xanthomonas-induced diseases.
Resumen
El gen de resistencia Bs2 del pimiento confiere resistencia a las plantas de solanáceas susceptibles frente a cepas patógenas de Xanthomonas campestris pv. vesicatoria portadoras del gen de avirulencia avrBs2. Anteriormente, generamos plantas transgénicas de Citrus sinensis con Bs2 que mostraban una mayor resistencia al cancro de los cítricos causado por Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc), aunque los mecanismos subyacentes seguían siendo desconocidos. Para dilucidar la base molecular de la respuesta de defensa temprana, realizamos un análisis transcriptómico comparativo de plantas que expresaban Bs2 y plantas no transgénicas 48 horas después de la inoculación con Xcc. Se identificaron un total de 2022 genes expresados diferencialmente (DEG), incluyendo 1356 genes regulados al alza y 666 regulados a la baja. En las plantas Bs2, el 36,8 % de los DEG regulados al alza se asociaron con respuestas de defensa y estrés biótico. La anotación funcional reveló cambios importantes en genes que codifican quinasas similares a receptores, factores de transcripción, enzimas de biosíntesis hormonal, proteínas relacionadas con la patogénesis, metabolismo secundario y modificación de la pared celular. Entre las vías relacionadas con las hormonas, los genes vinculados a la biosíntesis y señalización del etileno fueron los más fuertemente regulados. De manera consistente, los niveles de etileno endógeno aumentaron en las plantas Bs2 tras la infección por Xcc, y el tratamiento con un compuesto liberador de etileno mejoró la resistencia en plantas no transgénicas. En general, nuestros resultados indican que la expresión de Bs2 activa una red de defensa compleja en los cítricos y puede representar una estrategia valiosa para el control.
https://doi.org/10.3390/agronomy16070754
Marker-Assisted Breeding for Pyramiding Multiple Resistance to Soybean Fungal Diseases
Abstract
Fungal diseases such as soybean stem canker (SSC), frogeye leaf spot (FLS), and sudden death syndrome (SDS) cause substantial yield losses in soybean worldwide. This study aimed to pyramid major resistance genes and QTLs against these diseases through marker-assisted backcrossing (MABC). Diagnostic SSR markers, linked to Rdm4 (SSC), Rcs3 (FLS), and SDS resistance QTLs, were validated and successfully employed for foreground and background selection in crosses between the elite cultivar A8100RR and the resistant donor ‘Forrest’. Molecular analyses confirmed the effective introgression and fixation of multiple resistance loci in BC2F5 lines. Under artificial inoculation, lines R30-11 and R25-13 displayed high resistance levels to Diaporthe aspalathi, Cercospora sojina, Fusarium virguliforme, and F. tucumaniae. Genotype R30-11 exhibited the most consistent resistance across pathogens, while R25-13 combined multi-disease resistance with glyphosate tolerance and stable agronomic performance under field conditions comparable to commercial cultivars. These results represent, to our knowledge, the first report of successful pyramiding genes and QTLs against three distinct fungal diseases (SSC, FLS, and SDS) in soybean through MABC. The developed lines constitute valuable germplasm for breeding programs designed to achieve broad-spectrum, durable and sustainable disease management.
Resumen
Las enfermedades fúngicas como el cancro del tallo de la soya (SSC), la mancha ocular de la soya (FLS) y el síndrome de muerte súbita (SDS) provocan pérdidas sustanciales de rendimiento en el cultivo de la soya en todo el mundo. El objetivo de este estudio fue piramidar los principales genes de resistencia y QTL contra estas enfermedades mediante retrocruzamiento asistido por marcadores (MABC). Se validaron marcadores SSR de diagnóstico, vinculados a los QTL de resistencia Rdm4 (SSC), Rcs3 (FLS) y SDS, y se emplearon con éxito para la selección de primer plano y de fondo en cruces entre el cultivar de élite A8100RR y el donante resistente «Forrest». Los análisis moleculares confirmaron la introgresión y fijación efectivas de múltiples loci de resistencia en las líneas BC2F5. Bajo inoculación artificial, las líneas R30-11 y R25-13 mostraron altos niveles de resistencia a Diaporthe aspalathi, Cercospora sojina, Fusarium virguliforme y F. tucumaniae. El genotipo R30-11 mostró la resistencia más consistente frente a los patógenos, mientras que el R25-13 combinó la resistencia a múltiples enfermedades con tolerancia al glifosato y un rendimiento agronómico estable en condiciones de campo comparables a las de los cultivares comerciales. Estos resultados representan, según nuestro conocimiento, el primer informe de piramidación exitosa de genes y QTL contra tres enfermedades fúngicas distintas (SSC, FLS y SDS) en la soya a través de MABC. Las líneas desarrolladas constituyen un germoplasma valioso para programas de mejoramiento diseñados para lograr un manejo de enfermedades de amplio espectro, duradero y sostenible.
https://doi.org/10.3389/fpls.2021.768609
Genetic Transformation of Sugarcane, Current Status and Future Prospects
Abstract
Sugarcane (Saccharum spp.) is a tropical and sub-tropical, vegetative-propagated crop that contributes to approximately 80% of the sugar and 40% of the world’s biofuel production. Modern sugarcane cultivars are highly polyploid and aneuploid hybrids with extremely large genomes (>10 Gigabases), that have originated from artificial crosses between the two species, Saccharum officinarum and S. spontaneum. The genetic complexity and low fertility of sugarcane under natural growing conditions make traditional breeding improvement extremely laborious, costly and time-consuming. This, together with its vegetative propagation, which allows for stable transfer and multiplication of transgenes, make sugarcane a good candidate for crop improvement through genetic engineering. Genetic transformation has the potential to improve economically important properties in sugarcane as well as diversify sugarcane beyond traditional applications, such as sucrose production. Traits such as herbicide, disease and insect resistance, improved tolerance to cold, salt and drought and accumulation of sugar and biomass have been some of the areas of interest as far as the application of transgenic sugarcane is concerned. Although there have been much interest in developing transgenic sugarcane there are only three officially approved varieties for commercialization, all of them expressing insect-resistance and recently released in Brazil. Since the early 1990’s, different genetic transformation systems have been successfully developed in sugarcane, including electroporation, Agrobacterium tumefaciens and biobalistics. However, genetic transformation of sugarcane is a very laborious process, which relies heavily on intensive and sophisticated tissue culture and plant generation procedures that must be optimized for each new genotype to be transformed. Therefore, it remains a great technical challenge to develop an efficient transformation protocol for any sugarcane variety that has not been previously transformed. Additionally, once a transgenic event is obtained, molecular studies required for a commercial release by regulatory authorities, which include transgene insertion site, number of transgenes and gene expression levels, are all hindered by the genomic complexity and the lack of a complete sequenced reference genome for this crop. The objective of this review is to summarize current techniques and state of the art in sugarcane transformation and provide information on existing and future sugarcane improvement by genetic engineering.
Resumen
La caña de azúcar (Saccharum spp.) es un cultivo tropical y subtropical, propagado vegetativamente, que contribuye aproximadamente al 80% de la producción mundial de azúcar y al 40% de la producción global de biocombustibles. Los cultivares modernos de caña de azúcar son híbridos altamente poliploides y aneuploides, con genomas extremadamente grandes (>10 gigabases), originados a partir de cruzamientos artificiales principalmente entre las especies Saccharum officinarum y S. spontaneum.
La complejidad genética y la baja fertilidad de la caña de azúcar bajo condiciones naturales de crecimiento hacen que la mejora genética tradicional sea extremadamente laboriosa, costosa y prolongada. Esto, junto con su propagación vegetativa, que permite la transferencia y multiplicación estable de transgenes, convierte a la caña de azúcar en un cultivo candidato para el mejoramiento mediante ingeniería genética.
La transformación genética tiene el potencial de mejorar características de importancia económica en caña de azúcar, así como diversificar sus aplicaciones más allá de los usos tradicionales, como la producción de sacarosa. Entre los caracteres de interés para la aplicación de caña de azúcar transgénica se incluyen la resistencia a herbicidas, enfermedades e insectos; una mayor tolerancia al frío, la salinidad y la sequía; y la acumulación mejorada de azúcar y biomasa.
Aunque ha existido un gran interés en el desarrollo de caña de azúcar transgénica, solo existen tres variedades oficialmente aprobadas para comercialización, todas ellas con resistencia a insectos, recientemente liberadas en Brasil. Desde principios de la década de 1990, se han desarrollado exitosamente diferentes sistemas de transformación genética en caña de azúcar, incluyendo la electroporación, el uso de Agrobacterium tumefaciens y la biobalística.
Sin embargo, la transformación genética de la caña de azúcar es un proceso muy laborioso, que depende en gran medida de procedimientos intensivos y sofisticados de cultivo de tejidos y regeneración vegetal, los cuales deben optimizarse para cada nuevo genotipo que se desea transformar. Por lo tanto, continúa siendo un gran desafío técnico desarrollar un protocolo eficiente de transformación para cualquier variedad de caña de azúcar que no haya sido previamente transformada.
Además, una vez obtenido un evento transgénico, los estudios moleculares requeridos para su liberación comercial por parte de las autoridades regulatorias —que incluyen la determinación del sitio de inserción del transgén, el número de copias transgénicas y los niveles de expresión génica— se ven dificultados por la complejidad genómica del cultivo y la ausencia de un genoma de referencia completamente secuenciado.
El objetivo de esta revisión es resumir las técnicas actuales y el estado del arte en transformación genética de caña de azúcar, así como proporcionar información sobre las estrategias actuales y futuras para el mejoramiento de este cultivo mediante ingeniería genética.