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Importancia de la Biotecnología, los cultivos transgénicos y los recursos hídricos en la producción nacional
Conferencia en Proyecto Sub-sectorial de Irrigación
29 abril 2008
Problemas que afectan a la humanidad
1.Crecimiento de la población
2.Dificultades con abastecimiento de alimentos, hambruna y desnutrición
3.Depresión económica causada por el crecimiento de la demanda de combustibles fósiles y sus altos precios
4.Cambio climático fijo en su ruta: aparente o real
5.Disponibilidad de tierras y del recurso hídrico
Problemática de la alimentación
• Para abastecer la demanda de alimentos al año 2025 el rendimiento promedio de cereales debe subir 80% sobre el nivel de 1990 (Norman Borlaug, Premio Nobel)
• El crecimiento anterior debe realizarse en los complejos sistemas de pequeños agricultores en los países más pobres.
• El crecimiento deberá venir de intensificación agrícola en tierras existentes.
Globalización, comercio internacional y desarrollo
• La globalización económica es un hecho irreversible.
• Los países, aún los mas grandes, son interdependientes en demanda de productos y servicios.
• El crecimiento del comercio es factor crítico del desarrollo económico.
• Existe una carrera de expansión del comercio e incremento de la competitividad.
• Ante el fracaso de la ronda de Doha de la OMC los acuerdos bilaterales favorecen el comercio.
La demanda de seguridad alimentaria y de transporte
• El mundo deberá producir 40% mas de alimentos para el año 2020.
• El mundo consumirá en los próximos 50 años el doble de la suma de los alimentos consumidos durante los últimos 10,000 años.
• Esta hazaña tendrá que realizarse ante recursos de aguas y tierras en disminución, evitando la tala y quema de bosques y de zonas reservadas de preservación de la biodiversidad natural y dejando además,capacidad de producción a áreas para biocombustibles.
Soluciones Integradas
1. AGRONOMICA
2. GENETICA
1. Convencional
2. Biotecnología e Ingeniería Genética
3. MANEJO DE RECURSOS HIDRICOS
4. MANEJO DE RECURSOS ECONOMICOS
5. ORGANIZACIÓN Y CAPACITACION DE LOS AGRICULTORES
6. SEGURIDAD DE MERCADOS Y SU APERTURA
7. ACCESO AL CREDITO
8. INCENTIVOS A LA INVERSION PRIVADA
9. POLITICA DE ESTADO FIRME, CONTINUA E INVARIABLE
Los que abogan por la agricultura sostenible y orgánica desean volver a los sistemas en uso hace mas de 60 años en Europa y Estados Unidos.¿Pero alcanzarán a alimentar al mundo en crecimiento acelerado de población?
Recursos de tierras arables
• Hay 3,134 millones de hectáreas de tierras arables con una perdida anual de 0.03% a nivel mundial.
• En el 2006 el área por habitante fue de 0.47 hectáreas.
• En el 2039 el área por habitante será de 0.24 hectáreas.
Países donde podría generarse conflicto por el agua
• Cuenca del Nilo: Egipto-Sudán-Etiopía• Cuenca del Eufrates: Turquía-Siria-Irak• Cuenca del Jordán: Siria-Israel- Jordán –
Autoridad Palestina• Cuenca del Colorado: México-EE.UU.• Cuenca del L. Titicaca: Bolivia-Chile-Perú
1 tonelada de agua
1 toneladade grano
Uso del agua para agricultura: 70%
Uso del agua para la industria
Uso del agua para el consumo humano
Usos del Agua
Coordinación en la gestión del agua en el Perú
• Proyecciones de demanda hídrica en función de modelos de cambio climático (CO2, precipitación, temperaturas)
• Planes y Acciones en Cuencas, Subcuencas, Acuiferos, Transvases y Desalinización
• Ordenamiento y cambio de cultivos• Introducción de cultivos de baja demanda de agua• Centralización del manejo del agua en el MINAG con
coordinaciones transversales en otros Ministerios y Gobiernos Regionales
• Comisión nacional para el manejo sostenible de los recursos hídricos para diversos usos
Biotecnología: desarrollo del término
U.S. Congress Office ofTechnology Assessment OTA
1984
Cualquier técnica o conjunto de técnicas que utilizan organismos vivos o sus
partes para obtener o modificar productos, para mejorar plantas o
animales o para desarrollar microorganismos con usos específicos
Biotecnología tradicional y biotecnología moderna
• Biotecnología tradicional
• Empleo de organismos completos no transformados para derivar un producto útil
• Biotecnología moderna• Utilización de la
ingeniería genética derivando ADN recombinante para obtener productos útiles
• Aplicaciones útiles en:
• Salud (terapias, kits de diagnósticos, medicinas recombinantes, productos naturales potenciados)
• Agricultura y Ganadería• Acuicultura• Industria• Minería• Biorremediación
Los organismos genéticamentemodificados o transgénicos
• Organismo genéticamente modificado (OGM) esaquella planta, animal, hongo o bacteria a la quese le ha agregado o suprimido por ingenieríagenética, uno o unos pocos genes con el fin de producir proteínas u ótras moléculas orgánicasde interés biomédico, agropecuario, industrial u otro, o bien para mejorar ciertos rasgos, como la resistencia a plagas, la calidad nutricional de alimentos, la tolerancia de plantas a heladas y sequías, entre otras características.
Cultivo de raíces para formar masas no diferenciadas de celulas
Células se han disociado en cultivo líquido
Cultivo inoculado con bacterias que llevan el plasmidio T alteradoPlanta adulta susceptible a
herbicidas
Herbicida añadido para seleccionar a células con ADN extraño
Rediferenciación de células y de embriones seleccionados
Embrión crece y forma planta
Planta adulta tolerante a herbicidas
Esquema de formación de una planta transgénica
Desarrollo de plantas transgénicas de soya resistente a la inundación y a la sequía. Arriba; construcción de un gen TPSP (trehalose phosphate synthasefusion) a ser transferido de con un promotor inductor de estress (ABRC) y un
terminador. Abajo fotos: arr.izq. Callos transformados; der, planta de soya transformada; ab. Izq. Planta de generación T1,
Universidades de Illinois y Missouri colaborando en este proyecto
Las nuevas variedades transgénicas vienen con hasta tres genes apilados de un máximo de cinco. Con la nueva tecnología MMC se podrán insertar hasta
10 nuevos genes apilados en un cromosoma artificial
Genes apilados: se pueden apilar hasta 5 con la tecnología actual; ej: tolerancia a herbicidas, resistencia a insectos, etc .
Centrosoma artificial con hasta 10 genes apilados con la nueva tecnología MMC
Los organismos genéticamente modificados incluyen uno o mas genes de procedencia de otras especies que se insertan en su genoma y en él siguen replicándose tal como lo hacían en la especie de la que proceden
La producción de proteínas u otra moléculas codificadas por los genes, se realiza en las células de la nueva especie tal cual se realizaba en la especie de procedencia
LA INGENIERÍA GENÉTICA ES UNA CONTINUACIÓN DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO CONVENCIONAL
En el mejoramiento genético convencional se transfieren genes entre variedades de la misma especie, ocasionalmente entre especies del mismo género y raramente entre especies de diferentes géneros.
Por medio de la ingeniería genética se logra hoy lo que antes era imposible, transferir genes entre diferentes familias de plantas, o de bacterias o hongos a plantas.
En buena cuenta la ingeniería genética es una continuación del mejoramiento genético convencional. Las estructuras comunes estaban presentes pero faltaban los métodos
Aplicaciones en mejoramiento de plantas
• Aumento de la productividad y calidad de los cultivos. • Resistencia a enfermedades y plagas. • Tolerancia a herbicidas, sequía, salinidad y temperaturas extremas. • Alimentos más nutritivos, como frutas y cereales con mayor contenido de vitaminas.• Vacunas comestibles, como bananas que contengan la vacuna contra la hepatitis B.• Alimentos más saludables, como aceites con menor contenido de ácidosgrasos indeseables, papas que absorban menos aceite, frutas con másantioxidantes y maní libre de alérgenos. • Producción de fármacos, bio-combustibles y plásticos biodegradables.
GENOMA DE LA PAPAYA REVELADO
Científicos de EE.UU. y China han revelado 90% del genoma de la papaya transgénica SunUP, incluyendo la inserción de ADN que hace que papayas transgénicas sean resistentes al virus anillado que interfiere con el sistema fotosintético de la planta.
Estudios de biología molecular permiten determinar rutas de evolución.-El análisis de proteínas de un hueso del dinosaurio Tyranosaurus rex,
excavado en el año 2003 en Montana, Estados Unidos, confirma que tiene mas relación de parentesco con aves del grupo de los avestruces y otras aves
que con cualquier otro grupo de vertebrados.
Las plantas cultivadas han pasado por domesticación y modificación humana a través de muchos siglos. Lo que es
“natural” hoy no lo fue antes.
Teosinte Maíz primitivo Maíz actual
Maíz transgénicoA la izquierda transgénico Bt. A la derecha el tipo normal.
Se ha introducido al maíz el gen Bt en sus formas Cr1Ab, Cry1Ac, Cry1F para controlar insectos lepidópteros de la planta y la mazorca y Cry3, para controlar gusanos de tierra. Además se han introducido genes para dar tolerancia a herbicidas de amplio espectro como glifosato, glufosinato o bromoxinilo.
Soya transgénica con alto tenor de ácido oleico
• Se han desarrollado las líneas de soya G94-1, G94-19 y G168, en las que mediante la inserción de una segunda copia del gen fad2, se produce el silenciamiento genético y apagado del gen,lo que bloquea la síntesis de ácidos grasos poli-no-saturados e incrementael tenor de ácido oleico
Resistencia en algodón transgénico a insectos perforadores de la bellota
izq. Bellotas de planta susceptible; der. Bellota de Planta GMresistente producto del uso del gen cry1ac en construcción patentada
Manejo de cultivos sin aradura con rastrojo superficial contra la erosión basado en plantas transgénicastolerantes a herbicidas de espectro amplio de control
Los caracteres químicos de una especie pueden ser trasladados a otra especie.
La gran producción de ácido ascórbico en Camu Camu, podría ser transferida a especies que ya tienen aceptación de consumidore s, como cítricos, mango o uvas para mejorar su calidad nutritiva o a bacter ias o levaduras para producción industrial de vitamina C.
El Plan Nacional de Biotecnología
Objetivos, Alcances y Contenido
La Biotecnología aparece en diez de las políticas del Acuerdo Nacional de
Gobernabilidad del Perú
Objetivo General del Plan
• Definir una política de estado soberana, estable y continua con el fin de insertar al Perú en forma competitiva en el mercado de organismos normales y genéticamente modificados y de sus productos derivados, sean estos de origen nacional o extranjero
• Desarrollar un sistema nacional de I&D en biotecnología para coordinar las instituciones, estimular las inversiones e incrementar la competitividad empresarial en el Perú.
Ministerio de Agricultura
Ministerio de la Producción
Ministerio de Salud
Ministerio de Comercio
Ministerio de Economía
Ministerio de RR. EE.
Ministerio de Energía y Minas
Política de Biotecnología y de Bioseguridad
CONCYTEC
CONEBIO Conasebioseguridad
Consejo de Ministros
CONAM
Agencias Reguladoras (OSCs) de Bioseguridad por Sectores
Decisión de Políticas
Coordinación y Ejecución
Protocolo de Bioseguridad
Ley de promoción de la biotecnología moderna
• Proyecto de ley presentado al Congreso y aprobado el 11 de julio 2006 no fue rubricado por el Ejecutivo.
• El proyecto de ley se encuentra en proceso de revisión y para ser aprobado por el nuevo congreso.
• Su objetivo es promocionar las inversiones y formalizar un sistema de administración de la biotecnología en el Perú.
Protección intelectual
• Acuerdo para reconocimiento de patentes en biotecnología. Incluye productos farmacéuticos y biofarmacéuticos.
• Decisión 391 de reconocimiento de propiedad de conocimientos tradicionales queda a decisión de agentes privados caso por caso.
Centro Nacional de Biotecnología Agropecuaria y Forestal
• Centro de alta tecnología preparado para investigación en genómica, uso de marcadores moleculares, ingeniería genética, síntesis de nucleótidos y péptidos, cultivos de células y tejidos y micropropagación y bioinformática.
• Preparado para brindar servicios, apoyo y asesoría al sector privado, a universidades e instituciones de investigación y desarrollo tanto públicas como privadas con equipamiento moderno y de muy alto flujo de análisis.
Centro Nacional de Biotecnología Agropecuaria y Forestal
• Operación a modo de Fundación público-privada con subsidio inicial operativo de US$ 2.5 millones anuales y capaz de desarrollo de patentes y cobro por servicios para poder alcanzar auto-suficiencia operativa y autonomía económica.
• Financiamiento inicial con 20% como aporte del estado y 80% con crédito de una institución internacional a largo plazo.
• Instalación en el INIA, La Molina.• Apoyo al desarrollo de recursos humanos en
biotecnología en colegios de graduados en el Perú.
Capacidades del Centro Nacional de Biotecnología e Ingeniería Genética
Núcleo básico de servicios comunesPlataforma de servicios agrarios y forestalesPlataforma de servicios en acuicultura, salud, industria, minería y en la exploración de la biodiversidad
El CNBIG se concibe como el centro operativo del sistema de redes de investigación, desarrollo y apoyo a instituciones públicas
y empresas y asociaciones privadas
El Instituto de Biodiseños, Phoenix, Arizona. Vista artística
del Instituto con sus 4 fases completas.
La biotecnología aplicada a resolver problemas de producción, post-cosecha y mercadeo del mango permitirá seguir siendo competitivo al Perú
1. Floración segura
2. Ampliación de ventana
3. Maduración mas lenta
4. Color de fruto
5. Resistencia a mosca de la fruta
6. Resistencia a Antracnosis y a
otras enfermedades
7. Frutas de tamaño parejo
PROBLEMAS POR SOLUCIONAR
El desarrollo de hatos de paco-vicuñas genéticamente estables mediante biotecnología moderna es un objetivo
importante del Plan Nacional de Biotecnología
Vicuñas en Pampa Galera
Investigación y Desarrollo en Acuicultura
• Posibilidad de desarrollo de salmón de Sierra transgénico por inserción de genes de salmón en trucha
• Inserción de genes para mayor velocidad de crecimiento
Incremento de tasa de crecimiento en trucha o en peces y moluscos confinados mediante inserción de genes que codifican la hormona de crecimiento
El Perú puede llegar a producir mediante sorgo híbrido azucarado unos 20,000 litros de etanol por hectárea/año o con caña de azúcar unos 7,000 litros por hectárea/año contra 450 litros/ha con maíz en EE.UU. utilizando solo 3000 m3 por cosecha de 90 TM/Ha de biomasa
ETANOL EN EL PERÚ
La sequía es la segunda causa, después de la baja fertilidad del suelo – no corregida – de la disminución de rendimientos de los cultivos en el mundo. Un 15 % de la pérdida de rendimiento de los cultivos se atribuye a la sequía.
Estrategias para el desarrollo de variedades con altos rendimientos de grano bajo condiciones de sequía
Plantas con fotosíntesis C4
Eficiencia transpiratoria
Conductancia en los estomas
Plantas con genes “stay green”
Alta fotosíntesis en falta de agua
Genes de acción morfológica
Modificaciones de rutas metabólicas
Plantas resistentes a la sequía
GenómicaComparativa
Expresión molecular
Análisis bioquímico Fisiología Morfología
Mutagénesis
Mapeo de QTLsGenes candidatos
Posicionar genes candidatos
Examinar diferentes razas para fenotipo y genes candidatos
Ensayos evolucionarios
Identificar genes con efectos fenotípicos
Mover alelos a líneas elite Evaluar efectos fenotípicos
Desarrollo de un esquema de desarrollo de genes con resistencia a sequía en maíz. Modelo adoptado por el USDA.
Contribuciones del Dr. Michael E. Fromm
El Dr. Michael E. Fromm durante su estadía en MONSANTO (1990-1997) fue el mayor responsable del desarrollo del producto Yield Gard basado en transformación con los genes Bt para resistencia a insectos. Ha sido recientemente reconocido por su importante contribución al desarrollo de la agricultura y la biotecnología moderna.
Actualmente es Director del Centro de Biotecnología en la Universidad de Nebraska y trabaja activamente en buscar resistencia a sequía y salinidad en plantas mediante el estudio de rutas metabólicas que condicionan la respuesta al estrés. Identifica kinasas y fosfatasas proteicas que interaccionan en las rutas metabólicas. Las confirma con knockout de genes usando RNAis.
Es Director no Ejecutivo de la firma FutureGene
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Efecto ambiental
Sequía/Calor
K3
K5
K8
Activación de kinasas específicas en respuesta al estimulo ambiental y efectos metabólicos siguientes
El efecto de ABA- ácido abscícico es el de regular el balance de agua mediante las células guardianes de los estomas y de regular la tolerancia osmótica al estrés via genes reguladores de la tolerancia a la deshidratación. ABA es también inducido por salinidad y por frío.
Estrés causado por sequía
Las células epidérmicas tienen una cutícula cerosa que disminuye la evaporación. La pérdida de agua por los estomas es conocida como transpiración. Cuando la planta está en déficit de agua los estomas se cierran y la transpiración disminuye, pero también la fotosíntesis. Plantas xerofíticas pueden mantener abiertos los estomas por más tiempo.
Selección para alta conductividad en estomas
• En algodón Pima y en trigo duro la selección para altos rendimientos bajo condiciones de calor ha resultado en respuesta heredable de alta conductancia en los estomas a altas temperaturas independientemente de respuestas a altos niveles de fotosíntesis.
• El efecto es el enfriamiento evaporativo de las hojas.
• La selección para alta conductancia de estomas puede ser un criterio para obtener altos rendimientos en cultivos irrigados en medios con temperaturas muy altas.
Campo de selección para híbridos de maíz resistentes a la sequía y que aparecerán en cultivo en los próximos años
Resistencia genética a la sequía en plantas transformadas
Diversas rutas metabólicas conducen a resistencia a la sequía.
Participación de la fitohormona ácido abscícico
Control de apertura de los estomas
Adaptaciones metabólicas y morfológicas
Desarrollo de cultivos transgénicos en SudafricaIzquierda: caña de azúcar resistente al herbicida glufosinato (T) y convencional susceptible (C).
Derecha: tabaco resistente a sequía (T) y susceptible convencional (C).
Las variedades de algodón Pima lanzadas en Arizona desde 1949 a 1996 siguen la serie progresiva desde PS-1 a PS-7. Rendimiento promedio de PS-7 alcanza a 25 qq/ha de fibra en solo 6 meses.
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1- Pelos radiculares ayudan a absorber agua y nutrientes
2- Aradura profunda (a la izquierda) vs. aradura normal y su efecto sobre el crecimiento y volúmen de raíces de sorgo.
El gen DREB1A agrega resistencia a la sequía a las plantas de maní a la derecha
Cultivares de sorgo “stay green” y normal, izq. y der., respectivamente
El sorgo granífero es un cultivo de baja demanda hídrica. Es el mas rendidor en ingreso neto por metro cúbico de agua usada por día.
En líneas de sorgo la presencia de cera epicuticular tiene un efecto marcado sobre la alta eficiencia en el uso de agua.
La eficiencia en el uso de agua varía linearmente en sorgo con la carga de cera cuticular bajo irrigación (r = 0.72) y bajo condiciones no irrigadas (r= 0.94).Premahandra et al 1993, Purdue University.
Hoja normal con cera Hoja mutante sin cera
Cera epicuticular en hojas de sorgo
Partición de los efectos del estrés al calor sobre el rendimiento (Fischer y Maurer 1978):
Y = Yp (1 –S x D)
Yp= potencial de rendimiento
S = sensibilidad al estrés
D = medida del estrés; D = (1- X/Xp)
X y Xp son rendimientos del cultivar bajo condiciones óptimas y de estrés.
de donde
S = (1- Y/Yp)/D = (Yp-Y)/ (Yp x D)
De modo que S es una funcion de la reduccion de rendimiento debido al calorsobre el rendimiento potencial. Es preferible tener un valor de S bajo.
A veces los cultivares con bajo S tienen también un bajo Y, lo que no los haceútiles para selección (caso de la raza guineensis de sorgo).
Conclusiones
• Es de interés de la sociedad peruana, del Estado y del Sector Privado apoyar el desarrollo de la biotecnología moderna en el Perú para incrementar la competitividad y el bienestar de los peruanos.
• Es de interés del Perú aprovechar su biodiversidad mediante la herramienta de la ingeniería genética.
• La bioseguridad en el proceso de desarrollo de la biotecnología moderna estará presente y ya se han tomado los pasos necesarios para hacerlo, capacitando al Perú antes que a otros países en el uso del BCH del Protocolo de Cartagena y firmando un convenio con Israel para apoyo en Biotecnología y Bioinformática a través de CONCYTEC para capacitación.
La biotecnología agrícola ha despertado un debate de una estridencia y vigor raramente vistos antes, aún por los estándares de controversias habidas sobre otras innovaciones tecnológicas. La intensidad y el tono confrontacional del debate pueden ser trazados a una nueva clase de activista profesional, uno que combina dinero y marqueteo con la influencia creciente de internet para movilizar la opinión pública y la aceptación pública. Mostrado a menudo como un movimiento de raíces populares montado con presupuestos mínimos, los grupos que se oponen a la biotecnología son, mas precisamente, parte de una coalición más amplia de activistas sociales, ambientalistas sin fines de lucro, y organizaciones de inversión social, apoyados por un reservorio de fondos de fundaciones con intereses especiales.
La biotecnología es solo el último objetivo de alto perfil atacado por los grupos activistas. Esta coalición de protesta está explotando preocupaciones actuales sobre globalización y utilizando proposiciones tan complejas como la biotecnología para propósitos que no son presentados abiertamente o fácilmente reconocibles por el público.
Jay Byrne, Deconstructing the Agricultural Biotechnology Protest Industry.