Proxecto H2020 ExpoSEED: Exploración do control molecular do rendemento das sementes nos cultivos.
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2016 -2019
- Orzamento asignado 486.000,00 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto Proyecto ExpoSEED
ExpoSEED busca integrar enfoques xenéticos directos e inversos para analizar os mecanismos moleculares que controlan o rendemento de sementes/grans (en diante, "sementes") en especies modelo e transferir o coñecemento adquirido a cultivos seleccionados, como leguminosas e cereais. Identificar os "centros moleculares" que determinan o número e o tamaño das sementes sentará as bases para o desenvolvemento de ferramentas de mellora que melloren a produción de sementes nas primeiras etapas do mercado. A investigación en especies modelo permitiunos recentemente identificar factores de transcrición clave que regulan a reprodución das plantas, así como explorar a conservación dos mecanismos moleculares que en última instancia controlan a aptitude das plantas en especies distantes.
O seguinte reto é analizar máis a fondo as redes moleculares controladas por estes factores clave para, en última instancia, manipular os trazos agronómicos. Os socios de ExpoSEED identificarán factores de transcrición clave en especies modelo como Arabidopsis e arroz, e transferirán este coñecemento a cultivos como a soia, o trigo e a cebada. Os xenes diana candidatos caracterizaranse máis a fondo empregando ferramentas xenéticas e de bioloxía celular, xunto cunha busca de novos alelos nun amplo panel de xermoplasma silvestre e cultivado. Como enfoque paralelo, as coleccións de xermoplasma e a segregación de poboacións utilizaranse para estudos de mapeo co fin de identificar novos factores que controlan o rendemento das sementes en leguminosas e cereais.
ExpoSEED busca crear sinerxías para abordar eficazmente cuestións científicas e sociais. Desde unha perspectiva científica, este é un momento oportuno: diversas secuencias completas do xenoma dos cultivos e novas ferramentas xenéticas e de bioloxía celular apoiarán as abordaxes de bioloxía comparativa que se perseguen neste proxecto. Tendo en conta o problema social, a seguridade alimentaria é unha prioridade global: no contexto do crecemento da poboación e a redución das terras cultivables, o aumento da produción de alimentos é un dos retos deste século.
ExpoSEED consta de seis paquetes de traballo: os paquetes de traballo 2, 3, 4 e 5 céntranse nos aspectos científicos. O Paquete de Traballo 1 está integramente dedicado á coordinación e xestión da Acción, mentres que o Paquete de Traballo 6 desenvolve actividades de formación e difusión. Todas as actividades científicas converxen no paquete de traballo 4, tal e como se representa nas imaxes adxuntas. O paquete de traballo 2 aproveitou unha abordaxe de xenética inversa (do xene candidato ao fenotipo) para identificar os factores clave que controlan o rendemento, en termos de número e tamaño das sementes, en especies modelo como Arabidopsis e o arroz.
A información obtida na especie modelo foi probada e transferida a cereais como o trigo e a cebada, así como a outras especies relacionadas afastadamente pertencentes ás familias da papoula, o tomate e o café. Durante o proxecto, os socios identificaron factores clave que actúan como reguladores principais no control da ramificación, o carpelo e a diferenciación das sementes. A caracterización funcional (Paquete de traballo 4) dun subconxunto de factores seleccionados levou a unha descrición máis detallada das vías moleculares que controlan etapas específicas do desenvolvemento con efectos determinantes no rendemento. Curiosamente, describíronse fortes interconexións co metabolismo das auxinas e as citocininas.
Parte da información obtida en especies modelo, xunto coa identificación de novas vías que controlan a formación de grans, foi transferida a especies de cultivos para identificar xenes clave que se poidan manipular para aumentar o rendemento nun futuro próximo. O WP3 está fortemente interconectado co WP2 e baséase na observación de que a variabilidade xenética pode ser aproveitada para buscar novos alelos funcionais en xenes candidatos seleccionados. Esta estratexia explotouse principalmente en cereais, trigo e cebada, o que levou á identificación de novos alelos prometedores. O WP5 emprega unha abordaxe complementaria, chamada xenética directa (do fenotipo aos xenes causais), que se espera que leve á identificación de novos factores para caracterizar dentro do WP4. Esta estratexia só se leva a cabo en cultivos como o trigo e a cebada e baséase na observación de fenotipos específicos. Unha vez que se detecta un fenotipo, por exemplo, un fenotipo de alto rendemento, en coleccións ou poboacións de xermoplasma, realízase unha análise estatística para identificar o locus xenético correlacionado con ese fenotipo. Analizáronse coleccións de cebada, trigo duro e trigo panificable en diferentes condicións de crecemento para identificar xenotipos adaptados especificamente ao ambiente seleccionado.
Realizáronse análises QTL ou GWAS para identificar a combinación de loci xenéticos que confire un mellor rendemento á planta (identificáronse novos loci que inflúen no rendemento e no contido de glute). Finalmente, o Paquete de Traballo 4 recompilou información dos outros Paquetes de Traballo, incluíndo xenes candidatos prometedores (Paquete de Traballo 2), alelos (Paquete de Traballo 3) e loci xenéticos (Paquete de Traballo 5) para continuar coa caracterización funcional. Para iso, os socios empregaron diversas técnicas (estudos detallados de perfís de expresión, experimentos de interacción proteína-proteína e proteína-ADN, desenvolvemento de liñas mutantes e análise microscópica) para describir a función precisa dos xenes seleccionados. Conxuntamente, os paquetes de traballo de ExpoSEED e a colaboración entre os socios ampliaron a nosa comprensión dos mecanismos que controlan diferentes aspectos da determinación do rendemento en especies modelo e de cultivo. Os traslados temporais de persoal engadieron un valor engadido á iniciativa, permitindo a ampliación dos coñecementos e as técnicas empregadas en cada laboratorio para acadar obxectivos específicos.
ExpoSEED representa un consorcio internacional e intersectorial composto por nove socios globais: México, Arxentina, Colombia, Italia, España, Países Baixos, Alemaña, Xapón e Australia. Estes socios comparten un interese científico en abordar a seguridade alimentaria con base científica; Dentro da Acción, están previstas actividades de investigación, comisións de servizo de persoal e eventos de difusión. ExpoSEED busca integrar enfoques xenéticos directos e inversos para analizar os mecanismos moleculares que controlan o rendemento en especies modelo e transferir o coñecemento adquirido a cereais seleccionados como o trigo e a cebada. Ademais, estúdase a conservación evolutiva dos mecanismos moleculares que controlan os órganos reprodutores desde unha perspectiva evo-devo.
A identificación de "centros moleculares" que determinan o número e o tamaño das sementes senta as bases para o desenvolvemento de ferramentas de mellora que melloren a produción de sementes ao comezo da comercialización. A investigación sobre especies modelo permitiu recentemente identificar os factores clave que regulan a reprodución das plantas, así como explorar a conservación dos mecanismos moleculares que en última instancia controlan a aptitude das plantas en especies distantemente relacionadas. O seguinte reto agora é analizar máis a fondo as redes moleculares controladas por estes factores clave para, en última instancia, manipular as características agronómicas. Os socios de ExpoSEED identificaron algúns dos factores clave que controlan o rendemento. Os xenes candidatos caracterizáronse ademais empregando ferramentas xenéticas e de bioloxía celular, xunto coa busca de novos alelos nun amplo panel de xermoplasma silvestre e cultivado. Como enfoque paralelo, empregáronse coleccións de xermoplasma e poboacións segregadas para estudos de mapeo que identificaron novos factores que controlan o rendemento das sementes de cereais. ExpoSEED creou sinerxías para abordar eficazmente cuestións científicas e sociais.
Desde unha perspectiva científica, este é un momento oportuno: numerosas secuencias completas do xenoma dos cultivos e novas ferramentas xenéticas e de bioloxía celular apoiaron as abordaxes de bioloxía comparativa deste proxecto. Tendo en conta o problema social, a seguridade alimentaria é unha prioridade global: no contexto do crecemento da poboación e a redución das terras cultivables, o aumento da produción de alimentos é un dos retos deste século.
ExpoSEED ten como obxectivo integrar enfoques xenéticos directos e inversos para analizar os mecanismos moleculares que controlan o rendemento de sementes/grans (en diante, sementes) en especies modelo e transferir o coñecemento adquirido a cultivos seleccionados como leguminosas e cereais. Identificar os "centros moleculares" que determinan o número e o tamaño das sementes sentará as bases para o desenvolvemento de ferramentas de mellora para mellorar a produción de sementes ao comezo do mercado de sementes.
A investigación sobre especies modelo permitiunos recentemente identificar factores de transcrición clave que regulan a reprodución das plantas, xunto coa exploración da conservación dos mecanismos moleculares que en última instancia controlan a aptitude das plantas en especies distantemente relacionadas. O seguinte reto agora é analizar máis a fondo as redes moleculares controladas por estes factores clave para, en última instancia, manipular os trazos agronómicos. Os socios de ExpoSEED identificarán factores de transcrición clave en especies modelo como Arabidopsis e arroz e transferirán este coñecemento a cultivos como a soia, o trigo e a cebada. Os xenes diana candidatos caracterizaranse máis a fondo empregando ferramentas xenéticas e de bioloxía celular, xunto coa busca de novos alelos nun amplo panel de xermoplasma silvestre e cultivado. Como enfoque paralelo, as coleccións de xermoplasma e a segregación de poboacións utilizaranse para estudos de mapeo destinados a identificar novos factores que controlan o rendemento das sementes en leguminosas e cereais.
ExpoSEED ten como obxectivo crear sinerxías para abordar de forma eficiente cuestións científicas e sociais. Desde unha perspectiva científica, agora é o momento axeitado: unha serie de secuencias completas do xenoma dos cultivos e novas ferramentas xenéticas e de bioloxía celular apoiarán as abordaxes de bioloxía comparativa previstas neste proxecto. Tendo en conta a cuestión social, a seguridade alimentaria é unha prioridade global: no contexto do crecemento da poboación e da diminución das terras cultivables, o aumento da produción de alimentos é un dos desafíos deste século.
Unha iniciativa internacional financiada pola UE investigou como se poden aplicar os estudos sobre o control molecular do desenvolvemento e a maduración das sementes na especie modelo Arabidopsis thaliana a cereais e outros cultivos. A seguridade alimentaria é unha prioridade global. Ante o crecemento da poboación e a redución da terra cultivable dispoñible debido ao cambio climático, o aumento da produción de alimentos é un dos maiores desafíos aos que se enfronta a humanidade neste século. O proxecto ExpoSEED, financiado pola UE, abordou este reto aplicando diferentes enfoques novos para modelar e cultivar especies para comprender como aumentar o rendemento das especies cultivadas. «Identificamos factores clave que controlan a formación de inflorescencias e o desenvolvemento de sementes en especies distantemente relacionadas para contribuír á seguridade nutricional», explica Raffaella Battaglia, coordinadora do proxecto.
O proxecto representou un consorcio internacional e intersectorial composto por nove socios de Alemaña, España, Italia, Países Baixos, Arxentina, Australia, Colombia, Xapón e México. Incluíu científicos tanto do mundo académico como de empresas de sementes, que traballaron xuntos con diferentes especies de plantas. "Entre elas incluíanse especies modelo (A. thaliana), cereais como o arroz, a cebada, o trigo panificable e o trigo duro, e especies pertencentes ás familias da papoula, o tomate e o café", explica Battaglia. Colaboración innovadora: ExpoSEED aproveitou esta experiencia complementaria para transferir coñecemento de diferentes especies e acelerar o descubrimento da función dos xenes. «Este aspecto do proxecto foi crucial», comenta Battaglia. "Acelerará o descubrimento da función dos xenes en especies onde a redundancia xenética e a falta de ferramentas moleculares dificultan a identificación con éxito de xenes que se poidan manipular para mellorar o rendemento das colleitas."
Un resultado importante acadado por ExpoSEED foi unha comprensión máis completa do control molecular da formación de froitos e sementes, grazas á colaboración dos socios. «Identificar os centros moleculares que conectan diferentes vías foi moi significativo, xa que é crucial para comprender o que se pode manipular para mellorar o rendemento e limitar os desequilibrios entre os seus compoñentes», sinala Battaglia. O estudo de A. thaliana proporcionou información detallada sobre as redes moleculares que controlan a formación de carpelos, a determinación dos óvulos, o tamaño do froito e a produción de sementes. «Curiosamente, puidemos clarificar a interacción entre xenes clave que controlan a diferenciación do carpelo e o metabolismo hormonal», sinala Battaglia. Ademais, os socios do proxecto aplicaron unha perspectiva evolutiva, o que levou a unha comprensión detallada das redes moleculares que rexen a formación de flores en especies pertencentes ás familias da papoula, o tomate e o café. Múltiples vantaxes Ademais de publicar os seus resultados en importantes revistas científicas revisadas por pares, ExpoSEED tamén facilitou unha colaboración frutífera entre a ciencia e a industria. «Foi emocionante construír unha rede onde se debateu e avaliou o coñecemento adquirido sobre unha especie modelo como *A. thaliana* nos cultivos. O reto actual na ciencia vexetal é afondar nos detalles da función xenética para superar calquera posible obstáculo que poida dificultar as melloras do rendemento», observa Battaglia.
O proxecto, unha iniciativa da Bolsa de Persoal de Investigación e Innovación Marie Sködodowska-Curie (MSCA-RISE), ofreceu tanto a investigadores experimentados como novos a oportunidade de traballar en laboratorios de primeira clase, ampliar as súas competencias e transferir os coñecementos adquiridos ás súas institucións de orixe, ao tempo que impulsou o seu desenvolvemento profesional. ExpoSEED tamén beneficiará á comunidade investigadora en xeral ao xerar coñecemento científico e novas hipóteses que se están a estudar actualmente. «A longo prazo, o coñecemento xerado por ExpoSEED representa un paso adiante cara á seguridade alimentaria», conclúe Battaglia.
Os principais avances máis alá do estado da arte son: o coñecemento científico producido polos socios e o desenvolvemento de novas canles para a análise de datos xenotípicos na procura de novos alelos e marcadores moleculares que se poidan explotar como ferramentas previas á reprodución. Durante o período do informe, a cooperación entre os socios produciu información máis detallada (é dicir, identificación de xenes e descrición da rede) que permite identificar factores críticos que controlan a ramificación no arroz, a diferenciación dos carpelos e a formación de óvulos en Arabidopsis, a interacción hormonal en Arabidopsis e trigo, e o metabolismo do azucre na cebada e o trigo.
Ampliando a visión máis alá dos resultados científicos; A palabra clave dentro da Acción é seguridade alimentaria. Os resultados obtidos engaden información nova que se pode explotar para acadar en última instancia a seguridade alimentaria. Producíronse novos datos para a investigación básica e as ferramentas previas á reprodución.
- CONSIGLIO PER LA RICERCA IN AGRICOLTURA E L'ANALISI DELL'ECONOMIA AGRARIA (CREA)
 
 
 
 
        
   
             
            