1. BIODIVERSIDAD DE LOS RECURSOS FITOGENETICOS Y ROL DE LA BIOTECNOLOGIA MODERNA EN LA CONSERVACION, USO SUSTENTABLE Y COMPETITIVIDAD Curso: “Bioseguridad y Biotecnología Moderna” W. Roca UNALM, Dic. 2010

2. Centros de Origen Vavilov y Diversidad de Cultivos CENTRO 7: Maíz, Papa, Yuca, Algodón, Arroz; CENTRO 8: + 180 domesticados ; ej. Papa, Yuca, Maíz, Algodón,

3. La inter-dependencia en RRGGs : factor para el mejoramiento de los cultivos(*) Cultivo Región de origen Región Fecha y diversidad receptora aprox. Papa Sur-América Europa-Asia- 1,500´s-1,800´s Norte América-Africa Camote Américas Filipinas-Indonesia 1,500´s – 1,700´s Europa-Africa-Asia Trigo Europa Américas 1,500´s Arroz Asia Américas 1,800´s Maíz Américas Europa-Africa 1,500´s (*) Perú : La agroexportación peruana depende de introducciones históricas de cultivos: uvas, café, mangos, cítricos, plátano, espárragos, alcachofa, higos, (*) Para generar la var. “Veery” de trigo de usaron 51 parentales de 23 paises.

5. Variacion Genetica : La diversidad de especies a nivel de los genes Los organismos pueden compartir genes homólogos pero no son idénticos. Alineamiento entre dhdps ( dihidro-picolinato –sintasa ) de papa y de la bacteria Thermococcus litoralis : identidad = 42.3% ( De M.Ghislain, 2005 )

7. En el Perú hay larga tradición en el desarrollo de colecciones de germoplasma (*) Fuente: Sevilla, R. INIA (2005) 10/4 ** *** *** ** *** *** 10/4 Norte Centro Sur Norte Centro Sur Alta Baja Total Instituciones 7 6 2 3 3 6 8 7 42 Ra í ces y tub érculos 7 7 2 7 6 4 3 3 39 Cereales y granos 1 3 1 2 2 2 11 Frutas andinas y tropicales 1 2 1 2 5 1 6 18 Leguminosas de grano 1 2 1 2 2 2 10 Plantas medicinales 1 1 1 1 1 5 Pastos y forrajes 5 1 6 Cultivos industriales 1 2 7 5 15 Total 11 16 5 14 13 10 22 13 104 Costa Sierra Selva (*) Incluye colecciones vivas en el campo, en invernaderos, tinglados y en cámaras _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

8. Plantas Medicinales: Comercialización de productos obtenidos de In-situ – vs – de Colecciónes / Cultivos In-situ Colección/Cultivo Disponibilidad Disminuyendo Aumentando Fluctuación de la oferta Inestable Controlada Control de calidad Baja Alta Identificación botánica Imprecisa Definida Manipulación agronómica No Sí Mejoramiento genético No Sí Manejo Post-cosecha Bajo Usualmente Alto Adulteración Posible Relativamente seguro

10. Marcadores moleculares para medir la integridad genetica ( caso : papas silvestres) Collection & initial multiplication Long-term storage 20-25 years Regeneration Multiplication Evaluacion de la frecuencia alelica usando AFLPs S. acaule : la mayoria de los alelos no cambiaron S. cajamarquense : se observo cambios en frecuencia alelica Conservacion de semilla : largo plazo

11. Origen y Domesticación de los Cultivos (caso Papa) Cuáles son los progenitores silvestres? Cuántas veces ocurrio la domesticacion? Dónde ocurrio la domesticacion?

13. Comparacion de poblaciones de RRGGs, asociacion de patrones geográficos con la diversidad genética , busqueda de germoplasma nuevo en las poblaciones: ej. Colaboracion :Parque de la Papa-CIP ( 2004-06) 15 130 3 0.76 Chahuaytire 0 58 Paru paru 0 0.77 112 208 0.78 246 Repatriado (*) 114 195 0.76 93 Pampallacta Alelos Exclusivos Indice Div. Gen. Riqueza Alélica No. cultivares Comunidades (*) Colección enviada del Banco de Germoplasma para restaurar la diversidad del Parque

15. (*) Proporción de los beneficios esperados derivados del uso de tecnologías para enfrentar las principales limitaciones en el cultivo de la papa

19. Enfermedades # especies Genotipos y e species que estudiadas presentan resistencia Virus PVY 31 8: sto(*), hou(*), acl(**), jlc(**) PLRV 10 8: chm(1), dol(1), jlc (1), mrn (1,2) APMV 42 10: acl, chm, col, scr, tnd, wtm PVS 24 11: acl,alb,cnd,mga,spl,scr PVX 60 14: acl,aln,alb,acp,chc,chq,spl Marchitez bacteriana 113 6: acl, adg, chc ( Ralstonia solanacearum ) Tizón tardío 120 51: pur, acl, pcs, cjm, chq, blb (Phytophtora infestans) 7 24-120 102 genotipos: 23 species Fuentes de genes de resistencia para estrés biótico identificadas en la biodiversidad de papas silvestres (1) (*) mostró resistencia extrema (**) mostró tolerancia (1) con resistencia al vector y a la infección viral (1,2) con resistencia al vector, a la infecci ón y a la acumulación del virus (1) CIP, 1999-2005

20. Ej. Genes clonados para el mejoramiento de la papa (*) Genes Fuente Uso R S. demissum Resistencia a “tizón tardío” Ry S. stoloniferum Resistencia a PVY Rpi-blbl S. bulbocastanum Resistencia a “tizón tardío” Grol S. spegazzinii Resistencia a nemátodo Rx S. andigena Resistencia a PVX Proteína Viral PLRV Resistencia a PLRV Anti-sentido iRNA - Relación amilosa / amilopectina (ADP-GPi) (GBSS) - Carotenoides (zeaxanthina) Defensina* Maca Resistencia a “tizón tardío” GLS* Mashua Resistencia a “tizón tardío” (*) Fuente: Solis et al, 2007; varios otros

22. Cultivo Papa Trigo Alfalfa Sorgo Maíz Arroz Soya Pollo a la brasa

23. Por miles de años la biodiversidad ha desarrollado adaptaciones, expresando genes, en condiciones ambientales extremas: Especies silvestres Solanum (*) (*) Fuente: A. Salas, CIP (2006) SEQUIA HELADAS S. augustii S.mochiquense S. tarapatanum S.olmocense S. sandemanii S.sucrense S. gracilifrons S.blanco-galdosii S. tacnaense S.neocardenasii S. chancayense S.boliviense S. medians S. acaule S. chomatophilum S. bukasovii S. albicans S. huarochirense S.commersonii SALINIDAD INUNDACION S. medians S. tacnaense S. brevidens S. yungasense S.longiconium S. burkartii S.woodsonii S. humectophilum S.albornosii S. urubambae

24. PAPAS NATIVAS CULTIVADAS: FUENTE POTENCIAL DE TOLERANCIA A LA SEQUIA(*) (*) Cabello, R. et al, CIP (2007) (**) Schafleitner, R, et al, CIP: Plant Physiol. & Biochem. 45: 673 – 690 (2007) Orden Nombre Especie Procedencia 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Sullu (**) Venancia Renacimiento Yana mataj Muru markatina Wayru Yana putis Rosita Hayruro Yana rucunag Color uckuna S. subsp. andigena S. x chaucha S. subsp. andigena S. subsp. andigena S. xc haucha S. subsp. andigena S. chaucha S. subsp. andigena S. subsp. andigena S. x chaucha S. X chaucha Cuzco Pasco Ancash Junín Huanta Huamanga Cuzco Ancash Cuzco Junín Cuzco

26. Knowledge transfer from model plants to crops Arabidopsis Potato /Tomato ≈ Transferencia de conocimientos de especies modelo a cultivos

27. Leptostemonum clade Brevantherum clade Geminata clade Cyphomandra clade Wendlandii/Allophyllum clade Dulcamaroid clade Morelloid clade Potato clade African non-spiny clade Normania clade Archaesolanum clade Regmandra clade Thelopodium clade Lycianthes Capsicum Jaltomata Witheringia Physalis (Preparado por M. Bonierbale, basado en Bohs 2005) Genómica comparativa: amplía el rango de utilización de la variación genética de la agrobiodiversidad Fam. Solanaceae TAMARILLO PEPPER SMALL FRUITS EGGPLANT, NARANJILLA LEAFY VEGETABLES & FRUIT CROPS POTATO, TOMATO, PEPINO

28. Genes Crop biodiversity Marine biodiversity Microorganism diversity Human health Industrial scale-up Andean biodiversity Pollinator diversity Human health Productos de la biodiversidad con mayor valor agregado usando biotecnología

29. Cadena de Valor de la Biotecnología Fuente: UBS Warburg (2004)

30. Tendencias en los mercados globales para productos de la biodiversidad (Millones USD x a ño) (CAF-CEPAL, 2005) Valor económico Crecimiento anual: (*) 6%; (**) 10-15%; (***) 10%; (****) 30-40% Valor social Enzimas 1,800 (***) Vacunas enf. tropicales Alimentos Funcionales Nutracéuticos 20,000 Extractos 1,000 Transgénicos 6,900 (*) Agricultura 62,000 Pesticidas 30,000 Cosméticos 170,000 Cosmecéuticos 22,000 (**) Farmacéutico 300,000 Biofarmaceútico 41,000 Bioinformática Bioconductores 1,100 (****)

32. Duración y Costo de Programas de I&D en diferentes sectores industriales Sector Industrial Desarrollo (años) Costo (Millones US$) Farmacéutico 10-15+ 200-500 Medicinas botánicas < 2-5 0.15-7 Cosm éticos <2-5 0.15-7 Enzimas industriales 2-5 2-20 Semilla comercial-cultivos 8-12 1-2.5 Horticultura ornamental 1-10+ 0.05-5 Protecci ón de cultivos Biocontrol 2-5 1-5 Pesticidas químicos 8-12 40-80 Transgénicos 4-8 <5-20 .K.T.Kat & S.A.Laird ( Comm. CCEE ,2000)

33. Precios de Recursos Genéticos y sus Derivados (*) Producto Comercial Precio x gr. o ml (US$) Hormona de crecimiento humano 20,000 Taxotere / Docetaxol 12,000 Soy-Vincistrina 11,900 Cocaína 150 Vesícula seca de oso 7 Hueso de Tigre 3 Aleta de Tiburón 0.5500 Café 0.0100 Algodón 0.0015 Uña de gato Crudo 0.0010 Gelatinizado 0.0120 Producto bioactivo 0.0800 Oro 90 Petróleo 0.0010 (*) K.T. Kat & S.A. Laird (Comm. CCEE, 2000)

36. Biotecnologia : Conservación y Uso de los RRGGs AgroBiodiversidad Colecciones Ex-Situ Morphological approach Genetic approach Chemical approach Traditional Breeding Marker assited Breeding Genetic Engineering Genomic-based Improvement Germoplasma seleccionado Germoplasma Seleccionado Germoplasma genéticamente mejorado Mapas Genéticos Librerías DNA Librerías de genes Genes Extracts Chemical Libraries Functional Bioactive compound Molecules