Biotecnología Vegetal
Curso de teórico-práctico
Laboratorio de Biología Molecular Vegetal, Facultad de Ciencias. Iguá 4225
12 de agosto – 25 de setiembre de 2024
Objetivo del curso:
El curso busca aportar las herramientas conceptuales y metodológicas para comprender la biología de las plantas y promover el desarrollo de proyectos
biotecnológicos en el campo de la Biología Vegetal. Se abordan temas fundamentales de la fisiología y genética molecular de las plantas, así como aspectos aplicados al
mejoramiento genético de las plantas: mapeo de genes, uso de marcadores moleculares, transgénesis, edición genómica, y las plantas como biorreactores para la
producción de proteínas recombinantes. Las actividades prácticas consisten en transformación de plantas por métodos biológicos y por biolística, producción de
proteínas recombinantes en plantas, determinación de localización intracelular de proteínas mediante expresión transitoria como fusión con proteínas fluorescentes,
análisis de la expresión génica en plantas mediante RT-qPCR, y manejo de distintas herramientas bioinformáticas para análisis genómicos y transcriptómicos en plantas.
Dirigido a:
• estudiantes de Posgrado (PEDECIBA, Biotecnología, Ciencias Agrarias).
• estudiantes avanzados de las carreras de Bioquímica o Ciencias Biológicas.
Coordinadora: Sabina Vidal (svidal@fcien.edu.uy)
Docentes:
Dra. Sabina Vidal, Dra. Alexandra Castro, Dra. Cecilia Ruibal, Dr. Marcel Bentancor, Dra. Luciana Fleitas (Laboratorio de Biología Molecular vegetal, Facultad de Ciencias).
Dr. Santiago Signorelli, Dra. Carla Filippi (Laboratorio de Bioquímica, Facultad de Agronomía, UdelaR).
Página web: bmv.fcien.edu.uy/cursos/ ; EVA-FCIEN
Horarios:
Teóricos: lunes, miércoles y viernes de 14:00-16:00. Salón 209
Prácticos: lunes, miércoles y viernes de 16:00-19.00. Salón 308
Carga horaria:
85 h (teóricos 32 h, prácticos y teórico-prácticos 47 h, seminarios 6 h)
Créditos:
Posgrado 11; Grado 10.
Modalidad: Presencial.
Inscripción:
Las inscripciones se realizan en Bedelía de la Facultad de Ciencias o por Internet, accediendo a Bedelía a través de la dirección www.bedelias.edu.uy. El código del curso
es P1182 (Estudiantes de Maestría en Ciencias Biológicas-PEDECIBA u otros programas de Posgrado); BT164 (estudiantes de Posgrado en Biotecnología); BG932 (estudiantes
de Bioquímica o Ciencias Biológicas). La inscripción debe realizarse de acuerdo a los plazos que impone Bedelía para los cursos de grado (del 07 al 10 de agosto).
Requerimientos para la ganancia y aprobación del curso:
Ganancia: Se requiere un mínimo del 80 % de asistencia a las instancias teóricoprácticas (incluyendo talleres). Es obligatorio asistir y presentar seminarios.
Los estudiantes de posgrado tienen un requisito adicional para obtener la ganancia del curso: la redacción y presentación de un proyecto.
Aprobación: los estudiantes de posgrado aprueban el curso mediante examen escrito individual (70 % de la nota final) y la presentación oral y escrita de un proyecto de investigación (30 % de la nota final).
Los estudiantes de grado aprueban el curso mediante examen escrito individual al final del curso.
Programa de clases teóricas:
1. Introducción a la Biotecnología vegetal.
Biotecnología vegetal: áreas de aplicación; Mejoramiento genético de las plantas: de la domesticación a la edición génica; Tecnologías aplicadas al
mejoramiento genético: generación de diversidad y selección.
2. Evolución de las plantas y fisiología del crecimiento y desarrollo.
Generalidades del reino vegetal; Adaptaciones al hábitat terrestre; Aspectos básicos de la fisiología vegetal; Importancia de la pared celular en el crecimiento
y las respuestas al ambiente; Las hormonas y el crecimiento y desarrollo; Modelos biológicos en genética molecular vegetal; Características del genoma
vegetal.
3. Herramientas moleculares para el estudio fenómenos biológicos en plantas.
Ejemplo de estudio: respuesta a etileno; Estrategia de genética directa: screening de mutantes; Mapeo y clonado de genes mutados; Estrategias para el estudio de
la función de los genes identificados, complementación, localización de proteínas, interacción con otras proteínas, sobreexpresión.
4. Transformación de plantas: métodos físicos y biológicos.
Métodos físicos (biolística, electroporación) y métodos biológicos (Agrobacterium tumefaciens). Interacción Agrobacterium planta-mecanismo de
transferencia del ADN. Transformación transitoria y estable, etc.
5. Mejoramiento genético de plantas: aplicación de la tecnología de marcadores
moleculares para asistir la selección de caracteres de interés. Marcadores moleculares (RFLP, RAPD, AFLP, SSR, SNP); Marcadores moleculares en mejoramiento genético de plantas; Genotipado por secuenciación (GBS); Selección asistida y selección genómica; Mapeo asociativo o Genome-Wide ASsociation mapping (GWAS); Quantitative Trait Loci (QTL).
6. Conceptos y herramientas para el mapeo genético en plantas.
Aspectos básicos del mapeo genético; Marcadores moleculares; Mapeo genético tras mutagénesis química; Mapeo por secuenciación.
7. Aproximaciones de genética reversa para caracterizar genes de plantas.
Genética directa vs Genética reversa. Aproximaciones de genética reversa. Cómo elegir un gen candidato para estudios funcionales. Tipos de mutagénesis:
agentes biológicos (T-DNA); agentes químicos (EMS), TILLING.
8. Mecanismos de regulación génica mediados por ARN.
Descubrimiento del fenómeno; Componentes centrales de la maquinaria del silenciamiento génico; siRNA y silenciamiento génico transcripcional;
microRNAs y silenciamiento génico postranscripcional; Silenciamiento desencadenado por transgenes y sus aplicaciones.
9. Edición génica.
Bases moleculares de la edición génica; Sistemas de edición génica (ZFN, TALEN, CRISPR/Cas); Mecanismos de reparación del ADN en plantas; CRISPR/Cas9: origen, historia de la tecnología y usos; Aplicaciones de la tecnología CRISPR; Ejemplos de edición génica en plantas.
10. Expresión de proteínas recombinantes en plantas.
Criterios para la selección de un sistema de producción de proteínas; Aspectos a tener en cuenta para expresar proteínas en plantas; Estrategias de producción de proteínas en plantas; Transformación y expresión en cloroplastos; Expresión nuclear estable versus transitoria; Sistemas de expresión a gran escala.
11. Interacciones entre plantas y microorganismos.
Tipos de patógenos y características generales de las respuestas de defensa vegetales; Tipos de interacción planta-patógeno: PTI y ETI; Proteínas de Resistencia y variabilidad; Muerte celular programada y respuestas sistémicas; Estrategias para prevenir enfermedades.
12. Respuestas adaptativas al estrés abiótico en plantas.
Factores de estrés abiótico, Fisiología del estrés. Percepción, señalización y respuestas de tolerancia. Rol del ABA en las respuestas al estrés.
13. Estrategias de mejoramiento molecular para incrementar tolerancia al estrés en cultivos. Mejoramiento asistido por marcadores y mejoramiento molecular de cultivos.
14. Análisis bioinformáticos de genomas/transcriptomas vegetales.
15. Caracteres de interés para la manipulación genética de vegetales.
Plantas transgénicas y plantas editadas. Eventos liberados: resistencia a herbicidas, resistencia a pestes, otros caracteres de interés.
16. Bioseguridad: marco regulatorio para los transgénicos en Uruguay
Programa de actividades prácticas:
Las actividades prácticas están organizadas en 4 módulos temáticos y 3 talleres teórico-prácticos. Ambos tipos de actividades son obligatorias y contarán con una breve
evaluación en forma de resolución de ejercicios y/o respuesta a preguntas acerca de la temática abordada en cada práctico.
Módulo 1. Bioinformática: bases de datos para análisis de genomas vegetales y
genómica comparada.
Módulo 2. Transformación genética de plantas: métodos físicos y biológicos.
Módulo 3. Determinación de la localización subcelular de proteínas vegetales y expresión de proteínas recombinantes en Nicotiana benthamiana.
Módulo 4. Análisis de la expresión de genes vegetales mediante RT-qPCR.
Taller 1. Diseño de construcciones génicas para la caracterización de promotores vegetales y localización intracelular de proteínas.
Taller 2: Diseño de construcciones génicas para sobre-expresión y silenciamiento de genes vegetales.
Taller 3: Diseño de construcciones y ARNs guía para edición génica mediante CRISPR/Cas9.