Arxiu d'etiquetes: bt

Corn as example of genetic improvement in plants

Nowadays, genetic improvement is into the spotlight. However, it is not a new topic because we have done genetic improvement during years, in plants or in animals. In this article, I will discuss genetic improvement in plants, giving the corn as example, which is a plant domesticated by humans for 10,000 years.

WHAT IS GENETIC IMPROVEMENT?

Genetic improvement in plants is the process based on theoretical principles and methods for obtaining varieties of crop plants, which guarantee under high environmental conditions and production, high and stable yields of the products grown with the required quality.

AIMS OF GENETIC IMPROVEMENT

The aims of genetic improvement are:

  • Increase performance:
    • Improvement of productivity: increasing the potential productive capacity of individuals.
    • Resistance improvement: obtaining genotypes resistant to pests, diseases and adverse environmental conditions.
    • Improvement of agronomic characteristics: obtaining new genotypes that are better adapted to the demands and application of the mechanization of agriculture.
  • Increase the quality: improvement of the nutritive value of the vegetal products obtained.
  • Extend the area of exploitation: adapting the varieties of the species already cultivated to new geographical areas with climatic characteristics or extreme soil types.
  • Taming new species: transforming wild species into crops with utility and profitability for man.

STEPS OF THE GENETIC IMPROVEMENT PROCESS

Before starting the process, you have to define the objectives you want to achieve and, therefore, define those characters that you want to improve in order to obtain a specific phenotype.

The steps that follow in the process of genetic improvement are:

  1. First step: to find within the genetic variability of the collected species, or of the species that can hybridize, individuals that have these characters.
  2. Second step: these individuals hybridize with each other and with plants with good general agronomic characteristics. The result will be a base population that will segregate for a large character name, from which individuals will be selected that are closest to the desired variety.
  3. Third step: to verify that these individuals are better in one or more aspects than the varieties that are in the market, a fact that normally forces to carry out comparative tests.

THE CORN

The maize plant (Zea Mays) has been domesticated by man for 10,000 years. At this time it has become one of the three most grained cereals in the world and this increase of the crop is linked to the development of varieties that are better adapted to the needs of each place.

Maize is one of the most important staple foods since it makes many derived products (flours, oils). As it has a great value in the industry, it is a much studied plant and its genome has been sequenced.

EUROPEAN CORN BORER

Maize is affected by the European borer (Figure 1), Ostrinia nubilalis. It is a plague of cereals, particularly of corn. It is a native lepidopteran of Europe that infested the millet, before the arrival of the corn.

Its butterfly is about 2.5cm long. The female is yellowish brown with irregular bands on the wings, and the male is smaller and darker. The female lays eggs under the leaves.

Ostrinia_nubilalis,_European_Corn_Borer,I_ILO769
Figure 1. Picture of European corn borer female (Source: Discover Life)

The borer makes tunnels inside the corn (Figure 2) that cause the plant to break and fall to the ground. It has to be taken into account that when the maize is still immature it is not affected by the borer, thanks to the natural defenses of these plants in the growing stage.

larva-earshank-fieldcorn-2-44
Figure 2. European corn borer larva in maize (Source: Iowa State University)

GENETIC MODIFICATION OF CORN

We can find two types of modified corn:

  • Crops producing their own herbicide (Bt)
  • Herbicide-tolerant crops (Monsanto)

Bt maize is a plant genetically modified by modern biotechnology to defend itself against the attack of lepidopteran insects. Using recombinant DNA technology, maize was modified by inserting a bacterium gene of Bacillus thuringensis (Bt), such that its leaves, stem and pollen express the Bt protein of bacteria. Bt maize is the importation and the new tool for the control of damages and losses caused by insect pests.

Herbicide-tolerant maize is maize that has been improved by the use of recombinant DNA technology to tolerate the use of certain types of herbicides. With the use of these technologies for the possible state deactivate or replace the sequence of susceptibility by another that confer resistance and that allow a crop plant to tolerate the use of the herbicide.

OBTAINING THE MAIZE BT

To transform a normal plant to a transgenic plant, the gene that produces a characteristic of interest is identified and separated from the rest of the gene material of a donor organism.

A donor organism can be a bacterium, fungus or any other plant. In the case of Bt maize, the donor organism is a naturally occurring soil bacterium, Bacillus thuringiensis, and the gene of interest produces a protein that kills lepidopteran larvae. This protein is called Bt delta endotoxin.

The Bt delta endotoxin was selected for the fact that it is highly effective for controlling larvae of caterpillars. It is during the larval stage when most of the damage occurs from the European corn borer. The protein is very selective, in general, it does not harm the insects in other orders (like beetles, flies, bees and wasps). Therefore, transgenics that have the Bt gene are compatible with biological control programs, since they harm predators and parasitoids less than insecticides with a broad spectrum of insects. Bt endotoxin is considered safe for humans, other mammals, fish, birds and the environment due to its selectivity.

REFERENCES

MireiaRamos-angles

El maíz como ejemplo de mejora genética en plantas

La mejora genética está, actualmente, en el punto de mira. Pero no es un concepto nuevo, ya que llevamos tiempo haciendo mejora genética, sea en plantas o animales. En este artículo os hablaré sobre la mejora genética en plantas, poniendo como ejemplo el caso del maíz, una planta domesticada por el hombre desde hace 10.000 años.

¿QUÉ ES LA MEJORA GENÉTICA?

La mejora genética de plantas es el proceso que trata sobre los principios teóricos y los métodos para la obtención de las variedades de plantas de cultivo, que garantizan bajo determinadas condiciones ambientales y de producción, rendimientos altos y estables de los productos cultivados con la calidad requerida.

OBJETIVOS DE LA MEJORA GENÉTICA

Los objetivos de la mejora genética son:

  • Aumentar el rendimiento:
    • Mejora de la productividad: aumentando la capacidad productiva potencial de los individuos.
    • Mejora de resistencia: obteniendo genotipos resistentes a plagas, enfermedades y condiciones ambientales adversas.
    • Mejora de características agronómicas: obteniendo nuevos genotipos que se adapten mejor a las exigencias y aplicación de la mecanización de la agricultura.
  • Aumentar la calidad: mejora del valor nutritivo de los productos vegetales obtenidos.
  • Extender el área de explotación: adaptando las variedades de las especies ya cultivadas a nuevas zonas geográficas con características climáticas o edafologías extremas.
  • Domesticar nuevas especies: transformando las especies silvestres en cultivadas con utilidad y rentabilidad para el hombre.

ETAPAS DEL PROCESO DE MEJORA GENÉTICA

Antes de empezar el proceso se tienen que definir los objetivos que se quieren conseguir y, por lo tanto, definir aquellos caracteres que se quieren mejorar para obtener un fenotipo concreto.

Las etapas que se siguen en el proceso de mejora genética son los siguientes:

  1. Primera etapa: encontrar dentro de la variabilidad genética de la especie conreada, o de las especies que se pueden hibridar, individuos que tengan estos caracteres.
  2. Segunda etapa: estos individuos se hibridan entre sí y con plantas de buenas características agronómicas generales. El resultado será una población de base que segregará para un gran número de caracteres, de la cual se seleccionaran los individuos que más se acerquen a la variedad buscada.
  3. Tercera etapa: comprobar que estos individuos son mejores en uno o más aspectos que las variedades que hay en el mercado, hecho que normalmente obliga a realizar ensayos comparativos.

EL MAÍZ

La planta del maíz (Zea Mays) ha estado domesticada por el hombre desde hace 10.000 años. En este tiempo se ha convertido en uno de los tres cereales más cultivados del mundo y este aumento del conreo se encuentra ligado al desarrollo de variedades que se adaptan mejor a las necesidades de cada lugar.

El maíz es uno de los alimentos básicos más importantes ya que a partir de él se hacen muchos productos derivados (harinas, aceites). Debido a que tiene un gran valor en la industria, es una planta muy estudiada y se ha secuenciado su genoma.

BARRENADOR EUROPEO DE MAÍZ

El maíz se ve afectado por el barrenador europeo (Figura 1), Ostrinia nubilalis. Es una plaga de cereales, particularmente del maíz. Es un lepidóptero nativo de Europa que, antes de la llegada del maíz, infestaba el mijo.

La mariposa mide unos 2,5 cm de largo. La hembra es de color marrón amarillento con bandas irregulares en las alas, y el macho es más pequeño y oscuro. La hembra pone los huevos por la parte de debajo de las hojas.

Ostrinia_nubilalis,_European_Corn_Borer,I_ILO769
Figura 1. Imagen de la hembra de barrenador europeo (Fuente: Discover Life)

El barrenador hace túneles dentro del maíz (Figura 2), que provocan que la planta se rompa y caiga al suelo. Se tiene que tener en cuenta que cuando el maíz aún es inmaduro no se ve afectado por el barrenador, gracias a las defensas naturales de estas plantas en el estadio de crecimiento.

larva-earshank-fieldcorn-2-44
Figura 2. Larva del barrenador europeo en el maíz (Fuente: Iowa State University)

MODIFICACIÓN GENÉTICA DEL MAÍZ

Podemos encontrar dos tipos de maíz modificado:

  • Cultivos que producen su propio herbicida (Bt)
  • Cultivos tolerantes a herbicidas (Monsanto)

El maíz Bt es una planta modificada genéticamente mediante biotecnología moderna para defenderse a sí misma del ataque de insectos lepidópteros. Utilizando la tecnología del ADN recombinante se modificó el maíz, insertando un gen de la bacteria Bacillus thuringensis (Bt), de tal manera, que sus hojas, tallo y polen expresaran la proteína Bt de la bacteria. El maíz Bt constituye una importante y novedosa herramienta para el control de daños y pérdidas causadas por plagas de insectos.

El maíz tolerante a herbicidas es un maíz que ha estado mejorado mediante el uso de tecnología del ADN recombinante para tolerar la aplicación de ciertos tipos de herbicidas. Con el uso de estas tecnologías ha estado posible desactivar o remplazar la secuencia de susceptibilidad por otra que confiera resistencia y que permita a la planta de cultivo tolerar la aplicación del herbicida.

OBTENCIÓN DEL MAÍZ BT

Para transformar una planta normal a una planta transgénica, el gen que produce una característica de interés es identificado y separado del resto de material génico de un organismo donador.

Un organismo donador puede ser una bacteria, hongo o cualquier otra planta. En el caso del maíz Bt, el organismo donador es una bacteria del suelo de origen natural, el Bacillus thuringiensis, y el gen de interés produce una proteína que mata las larvas de lepidópteros. Esta proteína se llama delta endotoxina Bt.

La delta endotoxina Bt fue seleccionada por el hecho que es altamente eficaz para controlar larvas de orugas. Es durante la etapa larval cuando se produce la mayor parte de los daños del barrenador europeo de maíz. La proteína es muy selectiva, en general, no daña a los insectos en otros órdenes (como escarabajos, moscas, abejas y avispas). Por eso, los transgénicos que tienen el gen Bt son compatibles con los programas de control biológico, ya que perjudican los depredadores y parasitoides menos que los insecticidas de amplio espectro de insectos. La endotoxina Bt es considerada segura para los seres humanos, otros mamíferos, peces, aves y el medio ambiente a causa de su selectividad.

REFERENCIAS

mireiaramos-castella

El blat de moro com a exemple de millora genètica en plantes

La millora genètica està, actualment, en el punt de mira. Però no és un concepte nou ja que portem temps fent millora genètica, ja sigui en plantes o en animals. En aquest article parlaré sobre la millora genètica en plantes, posant com a exemple el cas del blat de moro, una planta domesticada per l’home des de fa 10.000 anys.

QUÈ ÉS LA MILLORA GENÈTICA?

La millora genètica de plantes és el procés que tracta sobre els principis teòrics i els mètodes per l’obtenció de les varietats de plantes de cultiu, que garanteixen sota determinades condicions ambientals i de producció, rendiments alts i estables dels productes cultivats amb la qualitat requerida.

OBJECTIUS DE LA MILLORA GENÈTICA

Els objectius de la millora genètica són:

  • Augmentar el rendiment:
    • Millora de productivitat: augmentant la capacitat productiva potencial dels individus.
    • Millora de resistència: obtenint genotips resistents a plagues, malalties i condicions ambientals adverses.
    • Millora de característiques agronòmiques: obtenint nous genotips que s’adaptin millor a les exigències i aplicació de la mecanització de l’agricultura.
  • Augmentar la qualitat: millora del valor nutritiu dels productes vegetals obtinguts.
  • Estendre l’àrea d’explotació: adaptant les varietats de les espècies ja cultivades a noves zones geogràfiques amb característiques climàtiques o edafologies extremes.
  • Domesticar noves espècies: transformant les espècies silvestres en cultivades amb utilitat i rentabilitat per l’home.

ETAPES DEL PROCÉS DE MILLORA GENÈTICA

Abans de començar el procés, s’han de definir els objectius que es volen aconseguir i, per tant, definir aquells caràcters que es volen millorar per tal d’obtenir un fenotip concret.

Les etapes que es segueixen en el procés de millora genètica són les següents:

  1. Primera etapa: trobar dins la variabilitat genètica de l’espècie conreada, o de les espècies que s’hi poden hibridar, individus que tinguin aquests caràcters.
  2. Segona etapa: aquests individus s’hibriden entre sí i amb plantes de bones característiques agronòmiques generals. El resultat serà una població de base que segregarà per a un gran nombre de caràcters, de la qual es seleccionen els individus que més s’apropen a la varietat que es busca.
  3. Tercera etapa: comprovar que aquests individus són millors en un o més aspectes que les varietats que hi ha al mercat, fet que normalment obliga a realitzar assaigs comparatius.

El BLAT DE MORO

La planta del blat de moro (Zea Mays) ha estat domesticada per l’home des de fa 10.000 anys. En aquest temps ha esdevingut un dels tres cereals més conreats del món. Aquest augment del conreu es troba lligat al desenvolupament de varietats que s’adapten millor a les necessitats de cada lloc.

El blat de moro és un dels aliments bàsics més importants, ja que a partir d’ell se’n fan molts productes derivats (farines, olis). Com que té un gran valor en la indústria. És una planta molt estudiada i se n’ha seqüenciat el genoma.

BARRINADOR EUROPEU DEL BLAT DE MORO

El blat de moro es veu afectat pel barrinador europeu (Figura 1), Ostrinia nubilalis. És una plaga dels cereals, particularment del blat de moro. És un lepidòpter nadiu d’Europa que, abans de l’arribada del blat de moro, infestava el mill.

La papallona fa uns 2,5 cm de llarg. La femella és de color marró groguenc amb bandes irregulars a les ales, i el mascle és més petit i fosc. La femella pon els ous per la part de sota de les fulles.

Ostrinia_nubilalis,_European_Corn_Borer,I_ILO769
Figura 1. Imatge de la femella de barrinador europeu (Font: Discover Life)

El barrinador fa túnels dins el blat de moro (Figura 2) que provoquen que la planta es trenqui i caigui a terra. Cal tenir en compte que quan el blat de moro encara és immadur no es veu afectat pel barrinador gràcies a les defenses naturals d’aquestes plantes en l’estadi de creixement.

larva-earshank-fieldcorn-2-44.jpg
Figura 2. Larva del barrinador europeu en el blat de moro (Font: Iowa State University)

MODIFICACIÓ GENÈTICA DEL BLAT DE MORO

Podem trobar dos tipus de blat de moro modificat:

  1. Cultius que produeixen el seu propi herbicida (Bt)
  2. Cultius tolerants a herbicides (Monsanto)

El blat de moro Bt és una planta modificada genèticament mitjançant biotecnologia moderna per defensar-se a sí mateixa de l’atac d’insectes lepidòpters. Utilitzant la tecnologia d’ADN recombinant es va modificar el blat de moro, inserint un gen del bacteri Bacillus thuringensis (Bt), de tal manera, que les seves fulles, tija i pol·len expressessin la proteïna Bt del bacteri. El blat de moro Bt constitueix una important i nova eina pel control dels danys i pèrdues causades per plagues d’insectes.

El blat de moro tolerant a herbicides és un blat de moro que ha estat millorat mitjançant l’ús de tecnologia d’ADN recombinant per tolerar l’aplicació de cert tipus d’herbicides. Amb l’ús d’aquestes tecnologies ha estat posible desactivar o reemplaçar la seqüència de susceptibilitat per una altra que confereixi resistència i que permeti a la planta de cultiu tolerar l’aplicació de l’herbicida.

OBTENCIÓ DEL BLAT DE MORO BT

Per transformar una planta normal a una planta transgènica, el gen que produeix una característica d’interès és identificat i separat de la resta de material gènic d’un organisme donador.

Un organisme donador pot ser un bacteri, un fong o qualsevol altra planta. En el cas del blat de moro Bt, l’organisme donador és un bacteri del sòl d’origen natural, el Bacillus thuringiensis, i el gen d’interès produeix una proteïna que mata la larves de lepidòpters. Aquesta proteïna s’anomena delta endotoxina Bt.

La delta endotoxina Bt va ser seleccionada pel fet que és altament eficaç per controlar larves d’erugues. És durant l’etapa larval quan es produeix la major part dels danys pel barrinador europeu del blat de moro. La proteïna és molt selectiva, en general, no danya als insectes en altres ordres (com escarabats, mosques, abelles i vespes). Per això, els transgènics que tenen el gen Bt són compatibles amb els programes de control biològic, ja que perjudiquen els depredadors i parasitoides molt menys que els insecticides d’ampli espectre d’insectes. L’endotoxina Bt és considerada segura per als éssers humans, altres mamífers, els peixos, les aus i el medi ambient a causa de la seva selectivitat.

REFERÈNCIES

MireiaRamos-catala