CENTRO DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES DE LA ZONA SEMIÁRIDA

CONICET - UNS

APOMIXIS

Directora: Dra. Viviana Echenique
Directora del CERZOS
Investigadora Principal CONICET
Profesor Titular, Dpto. Agronomía 
Universidad Nacional del Sur, Bahía Blanca
 
Breve CV

Este proyecto tiene como objetivo dilucidar las bases genéticas y moleculares de la apomixis diplospórica utilizando como modelo Eragrostis curvula. La apomixis se define como un modo de reproducción asexual (agámica) a través de semillas que conduce a la generación de progenies genéticamente idénticas a la planta madre. Este particular modo reproductivo ha evolucionado como un sistema de reproducción alternativo a la sexualidad a través de la reformulación de los programas de desarrollo del ovario. La apomixis básicamente combina dos alteraciones en el desarrollo sexual, primero, la falta de meiosis (apomeiosis) y, segundo, la falta de fertilización, es decir el desarrollo de un embrión a partir de la ovocélula no fecundada (partenogénesis). Esta combinación puede ser alcanzada por dos vías diferentes: apomixis gametofítica o esporofítica. En la apomixis gametofítica se altera o evita la meiosis, resultando en un gametofito (saco embrionario) no reducido, ya sea a partir de la célula madre de la megaspora (diplosporía) o de una célula somática de la nucela (aposporía). Luego, la ovocélula no reducida, desarrolla partenogenéticamente. Si bien la apomixis en angiospermas es heredable, la base genética es inesperadamente compleja, puede ser explicada por genética mendeliana, pero también se encuentran interacciones epistáticas, componentes que son expresados esporofítica o gametofíticamente, presencia de modificadores, poliploidía, distorsiones en la segregación y supresión de la recombinación. El pasto llorón, Eragrostis curvula, presenta diplosporía mitótica con desarrollo del saco embrionario tipo Eragrostis, que contiene solo cuatro núcleos (ovocélula, núcleo polar y dos sinérgidas). La presencia de un solo núcleo polar, junto con la pseudogamia (necesidad de un núcleo del polen para la formación del endosperma) hacen que en esta especie no se modifique la relación de ploidias entre embrión/endosperma en la apomixis con respecto a la sexualidad. Estas particularidades hacen de esta especie un excelente modelo para el estudio del carácter. En los últimos 15 años nuestro grupo de trabajo se abocó a la identificación de genes relacionados con la apomixis en pasto llorón a través de varias estrategias: transcriptómica, citoembriología y pruebas moleculares, obtención de una población de mapeo segregante y un mapa de alta densidad basado en GBS-SNPs, análisis del efecto del estrés sobre la expresión del carácter y secuenciado del genoma.
Conocer los factores que determinan la apomixis tendrá un gran impacto en la agricultura, habiéndose estimado que sus beneficios superarán en gran medida a aquellos de la revolución verde.
Actualmente nos encontramos abocados a identificar y caracterizar la región condicionante de la apomixis en Eragrostis curvula a través de las siguientes estrategias: 1) mapeo de las regiones condicionantes de la diplosporía y partenogénesis utilizando una población de mapeo a nivel tetraploide proveniente de la cruza OTA-S x Don Walter, 2) secuenciación y ensamblado de materiales tetraploides apomícticos utilizando el genoma diploide, ya complentamente secuenciado y ensamblado, como marco de referencia, 3) caracterización funcional de cuatro genes candidato obtenidos en estudios previos de genómica funcional, 4) análisis de RNA pequeños y genes involucrados en metilación del ADN.

Líneas de Investigación

  • Genómica estructural: 1) mapeo de alta densidad y localización de regiones genómicas, 2) secuenciación y ensamblado de genomas.
  • Genómica funcional: transcriptómica, análisis de genes de candidato
  • Epigenética: análisis de sRNA y vias del RdDM (RNA-directed DNA methylation)

Publicaciones recientes

  • Meier M, Zappacosta D,  Selva JP, Pessino S, Echenique V. (2011). Evaluation of different methods for assessing the reproductive mode of weeping lovegrass plants, Eragrostis curvula (Schrad.) Nees. Australian Journal of Botany. 59, 253–261. ISSN: 1444-9862.
  • Zappacosta D, Meier M, Carrera A, Pacheco G, Cardone S, Selva JP, Echenique V. (2011). Molecular markers to study the variability within the Eragrostis curvula complex. Phyton 80: 211-220. ISSN 0031- 9457.
  • Selva JP, Pessino S, Meier M, Echenique V. (2012). "Identification of Candidate Genes Related to Polyploidy and/or Apomixis in Eragrostis curvula". American Journal of Plant Sciences, Vol. 3 No. 3, 2012, pp. 403-416. ISSN: 2158-2742
  • Luciani G, Sobanski M, Meier M, Polci P, Miranda R, Echenique V. (2012). Weeping Lovegrass Yield and Nutritive Value Provides an Alternative to Beef Cattle Feeding in Semiarid Environments of Argentina. CROP SCIENCE, 52: 1955-1965. Online ISSN: 1435-0653 Print ISSN: 0011-183X
  • Zappacosta D, Ochogavía A, Rodrigo JM, Romero JR, Meier M, Garbus I, Pessino S, Echenique V. (2014) Increased apomixis expression concurrent with genetic and epigenetic variation in a newly synthesized Eragrostis curvula polyploidy. Scientific Reports. 4, 4423; DOI:10.1038/srep04423
  • Romero JR, Selva JP, Pessino S, Echenique V, Garbus I. (2016). Survey of repetitive sequences in Eragrostis curvula cDNA EST libraries obtained from genotypes with different ploidy level. Biologia Plantarum. Vol. 60: 55-67. ISSN: 006-3134. DOI:10.1007/s10535-015-0569-z.
  • Romero JR, Carballido J, Garbus I, Echenique V, Ponzoni I. (2016). A Bioinformatics approach for detecting repetitive nested motifs using pattern matching. Evolutionary Bioinformatics 12: 247-251. ISSN: 1176-9343.
  • Selva JP, Siena L, Rodrigo JM, Garbus I, Zappacosta D, Romero JR, Ortiz JP, Pessino SC, Leblanc O, Echenique V. (2017) Temporal and spatial expression of genes involved in DNA methylation during reproductive development of sexual and apomictic Eragrostis curvula. Scientific Reports 7:15092DOI:10.1038/s41598-017-14898-5 1
  • Garbus I, Romero JR, Selva JP, Pasten MC, Chinestra C, Carballo J, Echenique V. (2017). De novo transcriptome sequencing and assembly from apomictic and sexual Eragrostis curvula genotypes. PLoS ONE 12(11): e0185595. https://doi.org/ 10.1371/journal.pone.0185595.
  • Rodrigo JM, Zappacosta D, Selva JP, Garbus I, Albertini E, Echenique V. (2017) Apomixis Frequency under Stress Conditions in Weeping Lovegrass (Eragrostis curvula). PLoS ONE 12(4): e0175852. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0175852

Materiales vegetales desarrollados

  • Registro de Cultivares INASE. Pasto llorón (Eragrostis curvula (Schrad.) Nees). Material: UNST1122 (Victoria) Establecimiento Creador: UNS-ACA. Investigadores creadores: Echenique V, Polci P, Cardone S, Selva JP. RC9192. 2006-2026.
  • Registro de Cultivares INASE. Pasto llorón (Eragrostis curvula (Schrad.) Nees). Material: UNST1131 (Bahiense). Establecimiento Creador: UNS-ACA. Investigadores creadores: Echenique V, Polci P, Cardone S, Selva JP. RC9193. 2006-2026.
  • Registro de Cultivares. INASE. Pasto llorón (Eragrostis curvula (Schrad.) Nees). Material: UNST9446 (cv. Don Luis). Establecimiento Creador: UNS-ACA. Investigadores creadores: Polci P, Echenique V, Cardone S, Selva JP, Zappacosta D. RC9191. 2006-2026.

Colaboraciones Nacionales e Internacionales
Internacionales

  • Dr. Mario Cáccamo NIAB Cambridge, UK.
  • Dr. Emidio Albertini UNPG, Perugia, Italia.
  • Dra. Lucia Colombo UNIMIL, Milano, Italia.
  • Dra. Gabriella Consonni, UNIMIL, Milano, Italia.
  • Dra. Marta Mendes, UNIMIL, Milano, Italia.
  • Dr. Olivier Leblanc, IRD, Montpellier, Francia.

Nacionales

  • Dra. Silvina Pessino, IICAR y UNR, Rosario.
  • Dr. Juan Pablo Ortiz, IICAR y UNR, Rosario.

Participación en redes Internacionales
En enero de 2019 acaba de finalizar el proyecto Plant Reproduction for Crop Improvement (PROCROP) ID 645674, de la convocatoria H2020-MSCA-RISE-2014. Research and Innovation Staff Exchange (RISE) Este proyecto fue financiado por la UE. IR: Emidio Albertini, UNIPG, Perugia, Italia. Nodos Participantes: Italia (UNIPG, UNIMIL, Polo GGB), Francia (IRD), Argentina (UNR/IICAR, CERZOS).

Financiamiento más reciente

  • H2020-MSCA-RISE-2014. ID 645674. Plant Reproduction for Crop Improvement (PROCROP). Research and Innovation Staff Exchange (RISE) H2020-MSCA-RISE-2014. Proyecto de Cooperación Internacional Financiado por la UE. IR: Emidio Albertini, UNIPG, Perugia, Italia. Nodos Participantes: Italia (UNIPG, UNIMIL, Polo GGB), Francia (IRD), Argentina (UNR/ICAR, CERZOS). Monto total proyecto 738.000 euros. Nodo CERZOS: IR Viviana Echenique.
  • PICT Raíces 2014 - 1243. Secuenciación del genoma de Eragrostis curvula a fin de identificar genes relacionados con el modo reproductivo y calidad del forraje. IR: Dra. Viviana Echenique (CERZOS) y Dr. Mario Cáccamo (TGAC, UK).
  • PIP CONICET 2015 11220150100963. Evaluación del rol de los pequeños RNAs en la regulación de la apomixis diplospórica en Eragrostis curvula. CO. IR: Dra. Ingrid Garbus. (Echenique V, Zappacosta D, Selva JP).
  • PICT Raíces 2017 - 0879. Genómica estructural para acceder a la región condicionante de la apomixis en Eragrostis curvula. IR: Dra. Viviana Echenique (CERZOS) y Dr. Mario Cáccamo (NIAB, UK). 1.080.000 pesos.

Formación de Recursos Humanos en el Área

Tesis de Doctorado Finalizadas

  • Lic. Pablo Polci. Doctorado en Biología (UNS). Tema: Cultivo de Tejidos para la Obtención de variantes somaclonales pasto llorón, Eragrostis curvula (Schrad.) Nees. Febrero 2000. Directora V. Echenique, Co-Director: L. Mroginski.
  • Lic. Marina Díaz. Doctorado en Biología. Tema: Biotecnología para el Mejoramiento de la Calidad Nutritiva en Pasto Llorón, Eragrostis curvula (Schrad.) Nees. Junio de 2006. Directora V. Echenique.
  • Lic. Susana Cardone. Doctorado en Biología. Tema: Consecuencias genéticas del cultivo in vitro en un pasto apomíctico y su progenie. Junio de 2006. Directora V. Echenique. Co-Director L. Mroginski.
  • Lic. Natalia Laspina. Doctorado en Bioquímica. Identificación de genes asociados con la expresión de la apomixis en Paspalum notatum. UNR. Marzo 2009. Directoras S. Pessino y V. Echenique.
  • Lic. MSc. Diego Zappacosta. Doctorado en Agronomía. Contribución al conocimiento de la taxonomía y modo reproductivo del pasto llorón, Eragrostis curvula (Schrad.) Nees. Agosto 2009. Directora V. Echenique
  • Lic. Juan Pablo Selva. Doctorado en Agronomía. Identificación y caracterización de genes relacionados con los cambios de ploidía y la apomixis diplospórica en Eragrostis curvula (Schrad.) Nees. Mayo 2010. Directora V. Echenique, Co-Directora S. Pessino.
  • Lic. Juan Manuel Rodrigo. Doctorado en Biología. Estrés genómico y expresión de la apomixis en pasto llorón. UNS. Septiembre 2014. Directora V. Echenique.
  • Ing. Agr. Claudia Terenti Romero. Doctorado en Agronomía. Obtención y evaluación de nuevos materiales de pasto llorón (Eragrostis curvula Schrad Ness) y desarrollo de protocolos biotecnológicos para su utilización en programas de mejoramiento de la especie. UNS. Diciembre 2015. Directora V. Echenique.
  • Lic. Mauro Meier. Doctorado en Biología. Localización genómica de regiones asociadas a la diplosporía a través de mapeo genético de alta densidad y determinación de la herencia del carácter en Eragrostis curvula. Mayo 2019. Directora V. Echenique.

Integrantes

Dra. Ingrid Garbus
Investigadora Independiente, CONICET
Profesora Adjunta – Fisicoquímica Biológica A, 
Dpto Ciencias de la Salud, UNS.
Transcriptómica, Bioinformática, técnicas moleculares

Dr. Juan Pablo Selva
Investigador Asistente, CONICET
Auxiliar de docencia – Genética Molecular, 
Dpto. de Biología Bioquímica y Farmacia, UNS. 
Transcriptómica, técnicas moleculares
Dr. Juan Pablo Selva

Dr. Diego Zappacosta
Investigador Adjunto, CONICET
Profesor Asociado, UNS.
Poblaciones segregantes, efecto del estrés en la expresión del carácter, GBS

Dra. Alejandra Diaz 
Profesional Principal, CONICET
Auxiliar de docencia, UNS.
Transformación y caracterización de genes
Dra. Alejandra Díaz

Dr. Cristian Gallo
Profesional Adjunto, CONICET
Auxiliar de docencia, UNS.
Bioinformática
Dr. Cristian Gallo

Dr. Andrés Bellido
Becario Posdoctoral, CONICET.
Transformación y caracterización de genes
Dr. Andrés Bellido

Lic. Cielo Pasten
Becaria Doctoral, CONICET.
Transformación y caracterización de genes
Lic. Cielo Pasten

Ing. Agr. José Carballo
Becario Doctoral, ANPCyT
Ensamblado del genoma
Ing. Agr. José Carballo

Ing. Agr. Jimena Gallardo
Becaria Doctoral, CONICET
Ayudante Docencia, UNS.
GBS, Identificación de SNPs

@ 2019 CERZOS. CONICET

INTRANET

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