Ir o contido principal

Proxecto H2020 ExpoSEED: explorando o 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 H2020
  • Páxina web do proxecto Proyecto ExpoSEED
Descrición

ExpoSEED busca integrar enfoques xenéticos directos e inversos para analizar os mecanismos moleculares que controlan o rendemento de semente/gran (en diante "semente") en especies modelo e transferir os coñecementos adquiridos a cultivos seleccionados, como leguminosas e cereais. A identificación dos "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 fases do mercado. A investigación en especies modelo permitiunos recentemente identificar factores clave de transcrición que regulan a reprodución das plantas, así como explorar a conservación dos mecanismos moleculares que finalmente controlan a aptitude das plantas en especies distantes.

O seguinte reto é analizar aínda máis as redes moleculares controladas por estes factores clave para, finalmente, manipular os trazos agronómicos. Os socios de ExpoSEED identificarán obxectivos clave de factores de transcrición 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 aínda máis utilizando 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 as poboacións segregadoras utilizaranse para os estudos de cartografía para identificar novos factores que controlan o rendemento de sementes en leguminosas e cereais.

ExpoSEED busca crear sinerxías para abordar eficazmente os problemas científicos e sociais. Desde a perspectiva científica, este é un momento oportuno: diversas secuencias completas do xenoma de cultivos e novas ferramentas xenéticas e de bioloxía celular apoiarán os enfoques de bioloxía comparada que se perseguen neste proxecto. Tendo en conta o problema social, a seguridade alimentaria é unha prioridade mundial: no contexto do crecemento da poboación e da redución de terras cultivables, aumentar a produción de alimentos é un dos retos deste século.

Descrición das actividades

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 dedícase integramente á coordinación e xestión da Acción, mentres que o Paquete de Traballo 6 desenvolve actividades de formación e difusión. Todas as actividades científicas conflúen no paquete de traballo 4, tal e como se representa nas imaxes adxuntas. O paquete de traballo 2 aproveitou un enfoque de xenética inversa (desde o xene candidato ata o fenotipo) para identificar os factores clave que controlan o rendemento, en termos de número e tamaño de sementes, en especies modelo como Arabidopsis e arroz.

A información obtida na especie modelo foi probada e transferida a cereais como o trigo e a cebada, así como a outras especies distantes, pertencentes ás familias da papoula, do tomate e do café. Durante o proxecto, os socios identificaron factores clave que actúan como reguladores mestres no control de ramificación, carpelo e diferenciación de 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 de desenvolvemento con efectos determinantes sobre o rendemento. Curiosamente, describíronse fortes interconexións co metabolismo das auxinas e das citoquininas.

Parte da información obtida en especies modelo, xunto coa identificación de novas vías que controlan a formación de grans, foi transferida a especies de cultivo para identificar xenes clave que poden ser manipulados para aumentar o rendemento nun futuro próximo. WP3 está fortemente interconectado con WP2 e baséase na observación de que a variabilidade xenética pode ser explotada para buscar novos alelos funcionais en xenes candidatos seleccionados. Este enfoque foi explotado principalmente en cereais, trigo e cebada, o que levou á identificación de novos alelos prometedores. WP5 utiliza un enfoque complementario, chamado xenética directa (desde o fenotipo ata os xenes causais), que se espera que conduza á identificación de novos factores a caracterizar dentro do WP4. Esta estratexia só se realiza 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 harinero en diferentes condicións de cultivo para identificar xenotipos adaptados especificamente ao medio 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 xenético (paquete de traballo 5) para continuar coa caracterización funcional. Para iso, os socios empregaron unha variedade de técnicas (estudos de perfís de expresión detallados, experimentos de interacción proteína-proteína e proteína-ADN, desenvolvemento de liñas mutantes e análise microscópica) para describir a función precisa dos xenes seleccionados. Xuntos, 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 de modelos e cultivos. Os traslados de persoal temporal teñen un valor engadido á iniciativa, que permiten ampliar os coñecementos e técnicas empregadas en cada laboratorio para acadar obxectivos específicos.

Descrición contextual

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 por abordar a seguridade alimentaria con base científica; Dentro da Acción están previstas actividades de investigación, adscricións de persoal e actos de difusión. ExpoSEED busca integrar enfoques xenéticos directos e inversos para analizar os mecanismos moleculares que controlan o rendemento en especies modelo e transferir os coñecementos adquiridos a cereais seleccionados como o trigo e a cebada. Ademais, estúdase desde unha perspectiva evo-devo a conservación evolutiva dos mecanismos moleculares que controlan os órganos reprodutores.

A identificación de "centros moleculares" que determinan o número e o tamaño da semente senta as bases para o desenvolvemento de ferramentas de mellora que melloren a produción de sementes no inicio da comercialización. A investigación sobre especies modelo permitiu recentemente identificar 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 moi relacionadas. O seguinte reto agora é analizar aínda máis as redes moleculares controladas por estes factores clave para, finalmente, manipular os trazos agronómicos. Os socios de ExpoSEED identificaron algúns dos factores clave que controlan o rendemento. Os xenes candidatos caracterizáronse aínda máis mediante ferramentas xenéticas e de bioloxía celular, xunto coa busca de novos alelos nun amplo panel de xermoplasma silvestre e cultivado. Como enfoque paralelo, utilizáronse coleccións de xermoplasma e poboacións segregadoras para estudos de cartografía que identificaron novos factores que controlan o rendemento das sementes de cereais. ExpoSEED creou sinerxías para abordar eficazmente os problemas científicos e sociais.

Desde a perspectiva científica, este é un momento oportuno: numerosas secuencias completas do xenoma de cultivos e novas ferramentas xenéticas e de bioloxía celular apoiaron os enfoques de bioloxía comparada deste proxecto. Tendo en conta o problema social, a seguridade alimentaria é unha prioridade mundial: no contexto do crecemento da poboación e da redución de terras cultivables, aumentar a produción de alimentos é un dos retos deste século.

Obxectivos

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 os coñecementos adquiridos a cultivos seleccionados como leguminosas e cereais. A identificación dos "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 clave de transcrición que regulan a reprodución das plantas, ademais de explorar a conservación dos mecanismos moleculares que finalmente controlan a aptitude das plantas en especies moi relacionadas. O seguinte reto agora é seguir diseccionando as redes moleculares controladas por estes factores clave para, finalmente, manipular os trazos agronómicos. Os socios de ExpoSEED identificarán obxectivos clave de factores de transcrición 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 aínda máis utilizando ferramentas xenéticas e de bioloxía celular xunto coa busca de novos alelos nun gran panel de xermoplasma silvestre e cultivado. Como enfoque paralelo, utilizaranse coleccións de xermoplasma e poboacións segregadoras para estudos de cartografía destinados a identificar novos factores que controlan o rendemento de sementes en leguminosas e cereais.

ExpoSEED ten como obxectivo crear sinerxías para abordar de forma eficiente os problemas científicos e sociais. Desde unha perspectiva científica, agora é o momento axeitado: unha serie de secuencias completas do xenoma de cultivos e novas ferramentas xenéticas e de bioloxía celular apoiarán os enfoques de bioloxía comparada previstas neste proxecto. Tendo en conta a cuestión social, a seguridade alimentaria é unha prioridade mundial: no contexto do crecemento da poboación e da diminución das terras cultivables, aumentar a produción de alimentos é un dos retos deste século.

Resultados

Unha iniciativa internacional financiada pola UE investigou como se poden aplicar os estudos sobre o control molecular do desenvolvemento e maduración das sementes na especie modelo Arabidopsis thaliana a cereais e outros cultivos. A seguridade alimentaria é unha prioridade mundial. Ante o crecemento da poboación e a redución das terras cultivables dispoñibles debido ao cambio climático, o aumento da produción de alimentos é un dos maiores retos aos que se enfronta a humanidade neste século. O proxecto ExpoSEED, financiado pola UE, abordou este desafío aplicando diferentes enfoques novos para modelar e especies de cultivos para comprender como aumentar o rendemento das especies de cultivos. "Identificamos factores clave que controlan a formación de inflorescencias e o desenvolvemento de sementes en especies distantes 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, Holanda, Arxentina, Australia, Colombia, Xapón e México. Nela participaron científicos tanto do mundo académico como de empresas de sementes, que traballaban conxuntamente con diferentes especies vexetais. "Estes incluían especies modelo (A. thaliana), cereais como o arroz, a cebada, o trigo harinero e o trigo duro, e as especies pertencentes ás familias da papoula, do tomate e do café", explica Battaglia. Colaboración innovadora: ExpoSEED aproveitou esta experiencia complementaria para transferir coñecementos de diferentes especies e acelerar o descubrimento da función dos xenes. "Este aspecto do proxecto foi crucial", comenta Battaglia. "Acelerará o descubrimento da función xenética en especies onde a redundancia xenética e a falta de ferramentas moleculares dificultan a identificación con éxito dos xenes que se poden manipular para mellorar o rendemento dos cultivos".

Un resultado importante acadado por ExpoSEED foi unha comprensión máis completa do control molecular da formación de froitas e sementes, grazas á colaboración dos socios. "Identificar os centros moleculares que conectan diferentes vías foi moi significativo, xa que é fundamental 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 do carpelo, a determinación dos óvulos, o tamaño dos froitos e a produción de sementes. "Curiosamente, puidemos aclarar a interacción entre os xenes clave que controlan a diferenciación do carpelo e o metabolismo hormonal", sinala Battaglia. Ademais, os socios do proxecto aplicaron unha perspectiva evolutiva, levando a unha comprensión detallada das redes moleculares que rexen a formación de flores en especies pertencentes ás familias da papoula, do tomate e do café. Múltiples beneficios Ademais de publicar os seus resultados en importantes revistas científicas revisadas por pares, ExpoSEED tamén facilitou unha colaboración fructífera entre a ciencia e a industria. "Foi emocionante construír unha rede onde se discutiu e avaliase o coñecemento adquirido sobre unha especie modelo como A. thaliana en cultivos. O desafío actual na ciencia das plantas é afondar nos detalles da función xenética para superar calquera posible obstáculo que poida obstaculizar a mellora do rendemento", observa Battaglia.

O proxecto, unha iniciativa do Marie Sködodowska-Curie Research and Innovation Staff Exchange (MSCA-RISE), proporcionou a investigadores experimentados e júnior a oportunidade de traballar en laboratorios de clase mundial, ampliar as súas habilidades e transferir os seus coñecementos adquiridos ás súas institucións de orixe, ao tempo que impulsou o seu desenvolvemento profesional. ExpoSEED tamén beneficiará á comunidade investigadora máis ampla ao xerar coñecemento científico e hipóteses novas que se están a estudar. "A longo prazo, o coñecemento xerado por ExpoSEED representa un paso adiante cara á seguridade alimentaria", conclúe Battaglia.

Información adicional

Os principais avances máis aló do estado da arte son: o coñecemento científico producido polos socios, e o desenvolvemento de novos pipelines para analizar datos xenotípicos en busca de novos alelos e marcadores moleculares para ser explotados como ferramentas previas á reprodución. Durante o período de informe, a cooperación entre os socios produciu información máis detallada (é dicir, identificación de xenes e descrición da rede) que permite a identificación de factores críticos que controlan a ramificación no arroz, a diferenciación do carpelo e a formación de óvulos en Arabidopsis, a interacción hormonal en Arabidopsis e o trigo e o metabolismo do azucre en cebada e trigo.

Ampliar a visión máis aló dos resultados científicos; A palabra clave dentro da Acción é seguridade alimentaria. Os resultados obtidos están engadindo información novedosa para ser explotada para conseguir finalmente a seguridade alimentaria. Producíronse datos novos para a investigación básica e as ferramentas previas ao cultivo.

Coordinadores
  • CONSIGLIO PER LA RICERCA IN AGRICOLTURA E L'ANALISI DELL'ECONOMIA AGRARIA (CREA)