Genómica y bioinformática aplicadas al mejoramiento molecular y a la caracterización de la diversidad genética.

Integrador Cartera 2013 - 2019
Resumen Ejecutivo

La demanda creciente de alimentos e insumos forestales a nivel global representa una oportunidad y también un desafío para la Argentina para lograr un crecimiento en la producción que responda a demandas territoriales, vinculadas con el desarrollo de genotipos más productivos, menos dependientes de productos químicos y que contemple la incorporación de valor agregado mediante el desarrollo de calidades específicas, impactando sobre las industrias y servicios directa indirectamente relacionadas con la producción de estos cultivos. Asimismo Argentina enfrenta el desafío de caracterizar el patrimonio de sus recursos genéticos, incluyendo especies vegetales, animales y microrganismos, que representan una importante fuente de diversidad para responder a demandas presentes y futuras de los sistemas agropecuarios. En los últimos años, el INTA siguiendo las tendencias internacionales en relación al mejoramiento de los cultivos y el uso de los recursos genéticos, ha abordado a través de las carteras de proyectos previas (2006-2009 y 2009-2012) acciones para adoptar e implementar las estrategias y tecnologías más avanzadas que le permitan responder a las demandas con soluciones eficientes. Es así que en los últimos años se ha avanzado en la exploración e implementación de nuevas metodologías de genotipificación y fenotipificación masivas así como también muevas estrategias de mejoramiento molecular basado en el análisis integrado de grandes volúmenes de datos obtenidos a partir de estudios sobre de poblaciones estructuradas o poblaciones de líneas mejoradas. Este contexto se profundiza ante los avances de las nuevas tecnologías de secuenciación, que hoy en día se presentan como una alternativa muy promisoria para acelerar los procesos de evaluación de germoplasma tanto para caracterización de la biodiversidad, como para acelerar los programas de mejoramiento. Es factible por ejemplo, a partir de la secuenciación y fenotipificación exhaustiva de un subconjunto de individuos en una población, encontrar asociaciones fenotipo-genotipo que luego puedan ser usadas para predecir el fenotipo de accesiones desconocidas, a partir únicamente de los datos de secuenciación genómica, evitando costosos ensayos de evaluación fenotípica de los materiales en el proceso de desarrollo de germoplasma mejorado. Sin embargo, si bien la adopción de las tecnologías NGS y por consiguiente de las aproximaciones de estudios de genoma completo, es factible actualmente por la reducción de costos que acompaña la evolución de estas tecnologías, su aplicación y uso no es tan directa como podría suponerse. Las capacidades actuales de las tecnologías NGS no son suficientes para superar la complejidad biológica de los organismos, y características como el tamaño del genoma, el contenido de ADN repetitivo, el nivel de ploidía, el sistema de reproducción, impactan sobre la posibilidad de uso e interpretación del genoma a partir de datos NGS. Existen sin embargo, diferentes abordajes que hacen uso de las fortalezas de estas tecnologías y que pueden aplicarse con distintos matices, dependiendo de las características biológicas de la especie/organismo en estudio, de la magnitud y calidad de información disponible de la misma o de especies muy relacionadas y del propósito final del estudio. El desafío de este integrador, es transferir dentro de la Institución las capacidades desarrolladas previamente en relación a la aplicación de estrategias genómicas a la caracterización de la biodiversidad y a los planes de mejoramiento, así como también consolidar las bases para la apropiación de las tecnologías NGS con el fin de trasladar la genómica del plano de la investigación a la aplicación en distintos rubros de la biotecnología, incluyendo la valorización de los recursos genéticos y el desarrollo de germoplasma mejorado.
El presente Integrador surge de la confluencia de tres Redes que se originaron y consolidaron durante la primera etapa de ejecución del PEI (2006-2009): la Red de Mejoramiento Molecular (PPR AEBIO 1 y PPR 2410001), la red de Bioinformática y Estadística Genómica (PPR AEBIO 5 y PPR 245001), y la Red Ecología Molecular y Diversidad genética (AEBIO2 y PPR 242001). A partir del trabajo concertado de estos proyectos en articulación con las cadenas de valor respectivas, se consolidaron las bases para promover la modernización e innovación tecnológica en la mejora de los sistemas productivos de alta escala, proponiendo en esta nueva cartera afianzar el proceso de innovación y expandir estas oportunidades a los sistemas productivos de pequeña a mediana escala, fortaleciendo el desarrollo territorial con un enfoque agroecológico.
El Integrador abordará la resolución del problema central planteado a partir de la discusión abierta por Mesas Acuerdo establecidas entre el Programa Nacional de Biotecnología con distintos Centros Regionales, a través de tres Proyectos Específicos articulados entre si, con instrumentos equivalentes en otros PN relacionados, y con otras organizaciones del SCyT nacionales e internacionales. Los proyectos están articulados de manera de favorecer la generación, adopción y aplicación de herramientas derivadas de las disciplinas genómica, bioinformática y estadística genómica al mejoramiento molecular de especies de importancia agrícola y forestal para fortalecer el desarrollo territorial, así como la aplicación al monitoreo de la diversidad genética de distintos sistemas productivos y a la caracterización de recursos genéticos vegetales, animales y microbiológicos. Estos actividades serán abordarlos por las Unidades participantes de la Red de Genómica y Bioinformática constituida por más de 20 Unidades INTA y extra INTA , en articulación con los Programas Nacionales de Cereales, Oleaginosas, Hortalizas, Cultivos Industriales, Frutales y Forestales y programas regionales PReT, a través de la implementación de distintas estrategias de genotipificación, mapeo genético, análisis de diversidad genética de acuerdo al cultivo, al carácter en estudio, a la disponibilidad de herramientas públicas de genotipificación masiva, disponibilidad de recursos financieros y recursos humanos.
La Coordinación del Integrador junto con un equipo de gestión formado por referentes, asesores y colaboradores de distintas disciplinas tanto de la Institución como extra Instituciones. nacionales e internacionales, implementará un plan de gestión para asegurar el cumplimiento de los grandes objetivos propuestos a través acciones que aseguren el intercambio de conocimientos y resultados entre los distintos actores de la Red, la incorporación de estrategias innovativas para el desarrollo de herramientas genómicas y bioinformáticas, la expansión de la Red a nivel nacional e internacional, incluyendo la incorporación de fuentes alternativas de financiación, la gestión de flujo de fondos para asegurar la continuidad de las actividades, la difusión de los productos a nivel científico y de divulgación y enfatizara el fortalecimiento de la formación de Recursos Humanos y Capacidades disponibles en las Unidades adoptantes de las estrategias tecnológicas y herramientas desarrollados en el maco de Integrador, para capitalizar los mismos en productos de valor para el desarrollo territorial.
El primer PE que compone el Integrado es el PNBIO-1131042 “Genómica aplicada al mejoramiento molecular”. Este instrumento está orientado a la generación, adaptación e implementación de herramientas genómicas para el desarrollo de germoplasma de especies agrícolas de interés regional mediante estrategias de genotipificación de alto caudal, mapeo genético de poblaciones biparentales, mapeo por asociación, mapeo de QTL de expresión y /o selección genómica para la identificación, localización y/o asilamiento de regiones genómicas, genes o alelos asociados a caracteres de adaptabilidad, calidad y/o producción y su introgresión en germoplasma de programas de mejoramiento.
El segundo PNBIO-1131043 “Bioinformática y estadística genómica” estará focalizado al desarrollo de capacidades y herramientas computacionales y estadísticas necesarias para la interpretación de los datos provenientes de estrategias experimentales basadas en la secuenciación de ácidos nucleicos, para consolidar la incorporación de tecnología de última generación a los programas de investigación asociados a los programas de mejoramiento, caracterización de la biodiversidad y valorización e los recursos genéticos, asegurando el acceso a los datos y el análisis integrado de los mismos.
El tercer PE es el PNBIO-1131044 “Genómica aplicada a estudios de ecología molecular y diversidad genética” estará orientado al estudio de la dinámica poblacional para el desarrollo de indicadores genómicos para monitorear la diversidad genética en distintos procesos de interés agropecuario y forestal, procurando un manejo sustentable de los mismos, así como también caracterizar la biodiversidad de especies vegetales nativas, de especies cultivadas poco explotadas y de diferentes sistemas microbianos complejos de importancia agropecuaria, ambiental y agroindustrial mediante enfoques moleculares, para contribuir a la expansión, diversidad y sustentabilidad de los sistemas productivos a través de la valoración de los recursos genéticos vegetales y microbiológicos como fuente de recursos genéticos estratégicos.