Projecte H2020 ExpoSEED: Explorant el control molecular del rendiment de llavors en cultius.
- Tipus Projecte
- Estat Completat
- Execució 2016 -2019
- Pressupost assignat 486.000,00 €
- Àmbit Europeo
- Font principal de finançament H2020
- Web del projecte Proyecto ExpoSEED
ExpoSEED busca integrar enfocaments genètics directes i inversos per analitzar els mecanismes moleculars que controlen el rendiment de llavors/grans (d'ara endavant, "llavor") en espècies model i transferir el coneixement adquirit a cultius seleccionats, com lleguminoses i cereals. La identificació de "centres moleculars" que determinen el nombre i la mida de les llavors establirà les bases per al desenvolupament d'eines de millorament que millorin la producció de llavors en les primeres etapes del mercat. La investigació en espècies model ha permès recentment identificar factors de transcripció clau que regulen la reproducció vegetal, a més d'explorar la conservació dels mecanismes moleculars que, en darrer terme, controlen l'aptitud vegetal en espècies distants.
El proper repte consisteix a analitzar en profunditat les xarxes moleculars controlades per aquests factors clau per, finalment, manipular les característiques agronòmiques. Els socis d'ExpoSEED identificaran les dianes dels factors de transcripció clau en espècies model com Arabidopsis i arròs, i transferiran aquest coneixement a cultius com la soja, el blat i l'ordi. Els gens diana candidats es caracteritzaran amb més profunditat mitjançant eines genètiques i de biologia cel·lular, juntament amb la recerca de nous al·lels en un ampli panell de germoplasma silvestre i cultivat. Com a enfocament paral·lel, s'utilitzaran col·leccions de germoplasma i poblacions segregants per a estudis de mapeig que identifiquin nous factors que controlen el rendiment de llavors en lleguminoses i cereals.
ExpoSEED cerca crear sinergies per abordar eficaçment qüestions científiques i socials. Des d'una perspectiva científica, aquest és el moment oportú: diverses seqüències completes del genoma de cultius i noves eines genètiques i de biologia cel·lular recolzaran els enfocaments de biologia comparativa que es cerquen en aquest projecte. Considerant el problema social, la seguretat alimentària és una prioritat mundial: en el context del creixement poblacional i la reducció de terres cultivables, augmentar la producció d'aliments és un dels reptes d'aquest segle.
ExpoSEED es compon de sis paquets de treball: els paquets de treball 2, 3, 4 i 5 se centren en els aspectes científics. El paquet de treball 1 es dedica íntegrament a la coordinació i la gestió de l'Acció, mentre que el paquet de treball 6 desenvolupa activitats de formació i difusió. Totes les activitats científiques convergeixen al paquet de treball 4, com es representa a les imatges adjuntes. El paquet de treball 2 va aprofitar un enfocament de genètica inversa (del gen candidat al fenotip) per identificar els factors clau que controlen el rendiment, en termes de nombre i mida de les llavors, en espècies model com Arabidopsis i arròs.
La informació obtinguda a les espècies model s'ha provat i transferit a cereals com el blat i l'ordi, així com a altres espècies llunyanament relacionades pertanyents a les famílies de la rosella, el tomàquet i el cafè. Durant el projecte, els socis van identificar factors clau que actuen com a reguladors mestres en el control de la ramificació, el carpel i la diferenciació de les llavors. La caracterització funcional (Paquet de treball 4) d'un subconjunt de factors seleccionats va conduir a una descripció més detallada de les vies moleculars que controlen etapes específiques del desenvolupament amb efectes determinants del rendiment. Curiosament, s'han descrit fortes interconnexions amb el metabolisme d'auxines i citoquinines.
Part de la informació obtinguda en espècies model, juntament amb la identificació de noves vies que controlen la formació del gra, s'han transferit a espècies de cultius per identificar gens clau que es poden manipular per augmentar el rendiment en el futur proper. WP3 està fortament interconnectat amb WP2 i es basa en l'observació que la variabilitat genètica es pot explotar per cercar nous al·lels funcionals als gens candidats seleccionats. Aquest enfocament s'ha explotat principalment en cereals, blat i ordi, fet que ha portat a la identificació de nous al·lels prometedors. WP5 utilitza un enfocament complementari, anomenat genètica directa (del fenotip als gens causals), que s'espera que condueixi a la identificació de nous factors que es caracteritzaran dins de WP4. Aquesta estratègia només es realitza en cultius com a blat i ordi i es basa en l'observació de fenotips específics. Un cop detectat un fenotip, per exemple, d'alt rendiment, en col·leccions de germoplasma o en poblacions, es fa una anàlisi estadística per identificar el locus genètic correlacionat amb aquest fenotip. S'han analitzat col·leccions d'ordi, blat dur i blat fariner en diferents condicions de cultiu per identificar genotips específicament adaptats a l'entorn seleccionat.
Es van fer anàlisis de QTL o GWAS per identificar la combinació de locus genètics que confereix un millor rendiment a la planta (es van identificar nous locus que influeixen en el rendiment i el contingut de gluten). Finalment, el paquet de treball 4 va recopilar la informació dels altres paquets de treball, incloent gens candidats prometedors (Paquet de treball 2), al·lels (Paquet de treball 3) i loci genètics (Paquet de treball 5) per continuar amb la caracterització funcional. Per això, els socis van fer servir diverses tècniques (estudis detallats de perfils d'expressió, experiments d'interacció proteïna-proteïna i proteïna-ADN, desenvolupament de línies mutants i anàlisi microscòpic) per descriure la funció precisa dels gens seleccionats. En conjunt, els paquets de treball d'ExpoSEED i la col·laboració entre els socis van ampliar el coneixement sobre els mecanismes que controlen diferents aspectes, tots relacionats amb la determinació del rendiment en espècies model i de cultiu. Les cessions temporals de personal han aportat un valor afegit a l'Acció, cosa que ha permès ampliar els coneixements i les tècniques utilitzades a cada laboratori per assolir objectius específics.
ExpoSEED representa un consorci internacional i intersectorial compost per nou socis a nivell mundial: Mèxic, Argentina, Colòmbia, Itàlia, Espanya, Països Baixos, Alemanya, Japó i Austràlia. Aquests socis comparteixen l‟interès científic d‟abordar la seguretat alimentària amb base científica; dins de l'Acció, es planegen activitats de recerca, adscripcions de personal i esdeveniments de difusió. ExpoSEED cerca integrar enfocaments genètics directes i inversos per analitzar els mecanismes moleculars que controlen el rendiment en espècies model i transferir el coneixement adquirit a cereals seleccionats com el blat i l'ordi. A més, s'estudia la conservació evolutiva dels mecanismes moleculars que controlen els òrgans reproductius des d'una perspectiva evo-deu.
La identificació de "centres moleculars" que determinen el nombre i la mida de les llavors estableix les bases per al desenvolupament d'eines de millorament que millorin la producció de llavors a l'inici de la seva comercialització. La investigació en espècies model ha permès recentment identificar factors clau que regulen la reproducció vegetal i explorar la conservació dels mecanismes moleculars que, en última instància, controlen l'aptitud vegetal en espècies llunyanament relacionades. El proper repte ara és analitzar en profunditat les xarxes moleculars controlades per aquests factors clau per, finalment, manipular les característiques agronòmiques. Els socis d'ExpoSEED van identificar alguns dels factors clau que en controlen el rendiment. Els gens candidats es van caracteritzar amb més profunditat mitjançant eines genètiques i de biologia cel·lular, juntament amb la recerca de nous al·lels en un ampli panell de germoplasma silvestre i cultivat. Com a enfocament paral·lel, es van utilitzar col·leccions de germoplasma i poblacions segregants per a estudis de mapeig que van identificar nous factors que controlen el rendiment de llavors de cereals. ExpoSEED va crear sinergies per abordar eficaçment qüestions científiques i socials.
Des d'una perspectiva científica, aquest és el moment oportú: nombroses seqüències completes del genoma de cultius i noves eines genètiques i de biologia cel·lular van donar suport als enfocaments de biologia comparativa d'aquest projecte. Considerant el problema social, la seguretat alimentària és una prioritat mundial: en el context del creixement poblacional i la reducció de terres cultivables, augmentar la producció d'aliments és un dels reptes d'aquest segle.
ExpoSEED té com a objectiu integrar enfocaments genètics directes i inversos per analitzar els mecanismes moleculars que controlen el rendiment de llavors/grans (d'ara endavant, llavors) en espècies model i transferir el coneixement adquirit a cultius seleccionats com a lleguminoses i cereals. La identificació de “centres moleculars” que determinen el nombre i la mida de les llavors asseurà les bases per al desenvolupament d'eines de millora per millorar la producció de llavors al començament del mercat de llavors.
La investigació sobre espècies model ha permès recentment identificar factors de transcripció clau que regulen la reproducció de les plantes juntament amb l‟exploració de la conservació dels mecanismes moleculars que finalment controlen l‟aptitud de les plantes en espècies llunyanament relacionades. El proper desafiament ara és disseccionar més profundament les xarxes moleculars controlades per aquests factors clau per finalment manipular els trets agronòmics. Els socis d'ExpoSEED identificaran els objectius de factors de transcripció clau en espècies model com ara Arabidopsis i arròs i transferiran aquest coneixement a cultius com la soja, el blat i l'ordi. Els gens diana candidats es caracteritzaran encara més utilitzant eines genètiques i de biologia cel·lular juntament amb la cerca de nous al·lels en un gran panell de germoplasma silvestre i cultivat. Com a enfocament paral·lel, s'utilitzaran col·leccions de germoplasma i poblacions segregants per a estudis cartogràfics destinats a identificar nous factors que controlen el rendiment de llavors en lleguminoses i cereals.
ExpoSEED té com a objectiu crear sinergies per abordar de manera eficient qüestions científiques i socials. Des de la perspectiva científica, ara és el moment adequat: una sèrie de seqüències completes del genoma de cultius i noves eines genètiques i de biologia cel·lular donaran suport als enfocaments de biologia comparada previstos en aquest projecte. Tenint en compte la qüestió social, la seguretat alimentària és una prioritat mundial: en el context de creixement demogràfic i menys terres cultivables, augmentar la producció d'aliments és un dels reptes d'aquest segle.
Una iniciativa internacional finançada per la UE ha investigat com els estudis sobre el control molecular del desenvolupament i maduració de les llavors a l'espècie model Arabidopsis thaliana es poden aplicar als cereals i altres cultius. La seguretat alimentària és una prioritat mundial. Davant el creixement demogràfic i la reducció de la terra cultivable disponible a causa del canvi climàtic, augmentar la producció d'aliments és un dels reptes més grans als quals s'enfronta la humanitat en aquest segle. El projecte ExpoSEED, finançat amb fons europeus, va abordar aquest repte aplicant diferents enfocaments nous a espècies model i de cultiu per comprendre com augmentar el rendiment de les espècies cultivades. "Identifiquem factors clau que controlen la formació d'inflorescències i el desenvolupament de llavors en espècies llunyanament relacionades per contribuir a la seguretat nutricional", explica Raffaella Battaglia, coordinadora del projecte.
El projecte va representar un consorci internacional i intersectorial format per nou socis d'Alemanya, Espanya, Itàlia, els Països Baixos, l'Argentina, Austràlia, Colòmbia, el Japó i Mèxic. Incloïa científics tant del món acadèmic com d'empreses de llavors, que treballaven junts amb diferents espècies de plantes. «Aquestes incloïen espècies model (A. thaliana), cereals com l'arròs, l'ordi, el blat panificable i el blat dur, i espècies pertanyents a les famílies de la rosella, el tomàquet i el cafè», explica Battaglia. Avanç a través de la col·laboració ExpoSEED va aprofitar aquesta experiència complementària per transferir coneixement de diferents espècies i accelerar el descobriment de la funció gènica. "Aquest aspecte del projecte va ser crucial", comenta Battaglia. "Accelerarà el descobriment de la funció gènica en aquelles espècies on la redundància genètica i la manca d'eines moleculars dificulten la identificació amb èxit de gens que es poden manipular per millorar el rendiment del cultiu".
Un resultat important aconseguit per ExpoSEED va ser una visió més completa del control molecular de la formació de fruits i llavors gràcies a la col·laboració dels socis. "Identificar els centres moleculars que connecten diferents vies va ser molt significatiu, ja que és crucial per comprendre què es pot manipular per millorar-ne el rendiment i limitar el desequilibri entre els seus components", assenyala Battaglia. L'estudi d'A. thaliana va proporcionar informació detallada sobre les xarxes moleculars que controlen la formació de carpels, la determinació d'òvuls, la mida del fruit i la producció de llavors. "Curiosament, hem pogut aclarir la interacció entre gens clau que controlen la diferenciació de carpels i el metabolisme hormonal", assenyala Battaglia. A més, els socis del projecte van aplicar una perspectiva evolutiva, cosa que va conduir a una comprensió detallada de les xarxes moleculars que regeixen la formació de flors en espècies pertanyents a les famílies de la rosella, el tomàquet i el cafè. Múltiples beneficis A més de publicar els seus resultats en importants revistes científiques d'alt impacte i arbitratge, ExpoSEED també va facilitar una fructífera col·laboració entre la ciència i la indústria. "Va ser emocionant construir una xarxa on es va debatre i va avaluar el coneixement adquirit sobre una espècie model com A. thaliana en cultius. El repte actual de la fitociència és aprofundir en els detalls de la funció genètica per superar qualsevol possible estancament que pugui obstaculitzar la millora del rendiment", observa Battaglia.
El projecte, una iniciativa de l'Intercanvi de Personal de Recerca i Innovació Marie Skodowska-Curie (MSCA-RISE), va brindar a investigadors, tant experimentats com a novells, l'oportunitat de treballar en laboratoris de primer nivell, ampliar les seves habilitats i transferir els coneixements adquirits a les seves institucions d'origen, impulsant alhora el seu desenvolupament professional. ExpoSEED també beneficiarà la comunitat investigadora en general mitjançant la generació de coneixement científic i hipòtesis noves que actualment es troben en estudi. "A llarg termini, el coneixement generat per ExpoSEED suposa un pas endavant cap a la seguretat alimentària", conclou Battaglia.
Els principals avenços més enllà de l'estat de l'art són: el coneixement científic que els socis van produir, el desenvolupament de noves canonades per analitzar dades genotípiques buscant nous al·lels i marcadors moleculars per ser explotats com a eines de premillorament. Durant el període de l'informe, la cooperació entre els socis va produir informació més detallada (és a dir, identificació de gens i descripció de xarxes) que permeten seleccionar factors crítics que controlen la ramificació a l'arròs, la diferenciació del carpel i la formació de l'òvul a Arabidopsis, la interacció hormonal a Arabidopsis i el blat i el blat i el blat.
Ampliant la mirada més enllà dels resultats científics; la paraula clau dins de l'acció és la seguretat alimentària. Els resultats obtinguts estan afegint informació nova per ser explotada per finalment assolir la seguretat alimentària. S'han produït dades noves per a la recerca bàsica i les eines de premillorament.
- CONSIGLIO PER LA RICERCA IN AGRICOLTURA E L'ANALISI DELL'ECONOMIA AGRARIA (CREA)
Projectes relacionats
