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La presente propuesta tiene por objetivo continuar los estudios comenzados en el marco del proyecto "Plataforma científica-tecnológica para el desarrollo de la genómica vegetal en Chile. Etapa I: Genómica funcional en vid" realizados entre 2003-2006 y complementarlos con la puesta en marcha de nuevos estudios para obtener plantas resistentes a enfermedades fungosas y desarrollar un programa de largo plazo que permita la obtención de nuevas variedades del cultivar Carmen�re.
Junto al sector empresarial nacional del sector en la Etapa I se abordaron dos temáticas que afectan al cultivo en nuestros campos, y que están relacionados con enfermedades causadas por fitopatógenos y con alteraciones en el desarrollo de la baya, causando pérdidas económicas importantes para la industria nacional. El principal problema fitosanitario que enfrenta el cultivo de la vid lo constituyen las enfermedades de origen fungoso, las cuales pueden desarrollarse tanto durante la pre- como la post-cosecha. En Chile una de las enfermedades fungosas más importantes son las causadas por el hongo necrotrófico Botrytis cinerea. Por otro lado, ciertas variedades de vides, en especial el Carmen�re, presentan durante su desarrollo una formación irregular de los frutos lo que se traduce al término de la temporada en racimos que presentan bayas de distinto tamaño. Este fenotipo que también afecta a variedades tales como Merlot o Malbec, se caracteriza por la presencia, en un mismo racimo, de bayas de irregular tamaño, donde se encuentran bayas de mayor tamaño que desarrollan una semilla normal y bayas de menor tamaño que carecen de semilla. Las bayas pequeñas que carecen de semilla no alcanzan plena madurez, poseen una alta cantidad de compuestos cuya presencia no es deseada en el mosto y son incapaces de producir metabolitos importantes para las propiedades organolépticas del vino, afectando en forma importante la calidad del producto final. Adicionalmente, el fenómeno de millerandage está asociado a otros problemas que afectan el cultivar de la vid tales como la abscisión de flores (fruto) y la baja fertilidad en el momento de la cuaja.
En el proyecto recientemente finalizado (Etapa I) se realizaron dos sub-proyectos relacionados con: i) la respuesta defensiva de diferentes tejidos de dos cultivares de vid (Sultanina y Carmen�re) frente al hongo fitopatógeno Botrytis cinerea y ii) el fenómeno de millerandage (corrimiento) en la baya del cultivar Carmén�re. Mediante el uso de macroarreglos se caracterizó el perfil transcripcional de diferentes muestras biológicas bajo condiciones experimentales específicas con el objetivo de lograr información sobre los genes involucrados en la respuesta defensiva de ambos cultivares al hongo B. cinerea y sobre los genes involucrados en el fenómeno del corrimiento o millerandage en la baya de Carmen�re.
La información obtenida en la primera fase del proyecto ha demostrado que las plantas vid responden al hongo patógeno Botrytis cinerea a través de un mecanismo de defensa que presenta algunos aspectos generales comunes al encontrado en otras plantas modelo como Arabidopsis y tomate, pero presenta nuevos elementos propios del cultivar de vid. Estos componentes propios de la respuesta al hongo fitopatógeno son distintos dependiendo no sólo del cultivar, sino que también del tejido. Esta información sugiere que los cultivares de vid presentan diferentes mecanismos de respuesta al hongo necrotrófico Botrytis cinerea que dependen del tejido y del cultivar. Así, el proyecto generó información que: a) demuestra respuestas cultivar- y tejido-dependientes en la especie V. vinifera; b) identifica grupos de genes que particularmente son expresados y grupos particularmente inhibidos, ante la agresión por el hongo; c) identifica rutas de respuesta común y rutas de respuesta específicas y diferenciadas en ambos cultivares, estableciendo grupos de genes involucrados en ellas.
El análisis del perfil transcripcional de muestras de bayas de Carmen�re en distintas etapas de desarrollo (antes y después de la maduración) y en distintas temporadas de uvas con corrimiento (menor tamaño y sin semilla) y sin corrimiento (tamaño normal y con semillas desarrolladas), permitió identificar numerosos genes cuya expresión estaba fuertemente inducida o reprimida en bayas no semilladas respecto de bayas normales. Entre los genes fuertemente reprimidos en bayas corridas (tamaño pequeño y sin semilla) destacaban aquellos asociados a metabolismo primario, metabolismo secundario, transportadores de iones, componentes de vías de biosíntesis y de traducción de señales de fitohormonas y factores de transcripción asociados a desarrollo floral y frutal. Entre los genes inducidos en bayas corridas se destacan genes asociados a respuesta a estrés, degradación de proteínas y biosíntesis de metabolitos asociados a la regulación del desarrollo vegetal.
El presente proyecto propone la continuación de estos estudios y como base para la realización de esta propuesta se cuenta con una colección de genes candidatos (putativos) que pueden estar jugando un papel crucial en los fenómenos estudiados. Con el objetivo de dilucidar y comprobar el papel que estos genes pueden estar jugando en el mecanismo de defensa de la vid contra B. cinerea o en el fenómeno de corrimiento, se hace necesario demostrar la funcionalidad y efectividad de ellos para ayudar al sistema de defensa de la vid a controlar la enfermedad causada por este hongo o para evitar la carencia de semilla en las bayas de Carmen�re. La demostración experimental de la participación funcional de estos genes candidatos en la respuesta defensiva de la vid o en el fenómeno de corrimiento permitiría contar con herramientas para combatir el patógeno o reducir el grado de corrimiento en las bayas. Esto se traduciría en un beneficio inmediato paral sector productivo lo que le permitiría potenciar nuevos programas de mejoramiento genético, desarrollar nuevas estrategias de manejo agronómico y por consiguiente un mejoramiento de los productos comerciales como lo son la uva de mesa y el vino.
Para demostrar la funcionalidad de los genes candidatos en la protección del cultivar de vid frente al hongo B. cinerea se aislarán las regiones codificantes completas (cDNAs) de los genes candidatos los que se sub-clonarán en vectores apropiados y se utilizarán para transformar plantas modelos como Arabidopsis, tomate o tabaco. Las plantas transgénicas obtenidas serán infectadas con el hongo y su respuesta defensiva será analizada a nivel molecular utilizando técnicas de genómica y metabolómica de manera de determinar la funcionalidad del gen candidato en la protección contra B. cinerea. Al término de este proyecto se contará con genes patentados (nacional/internacionalmente) capaces de controlar la enfermedad causada por el hongo Botrytis cinerea que podrán ser utilizados para programas de mejoramiento no sólo de vid, sino que también de otras especies de interés comercial.
Para demostrar la participación de los genes candidatos en el fenómeno de corrimiento se utilizará una estrategia similar a la anterior para introducir estos genes en plantas modelos. En las plantas transgénicas obtenidas se analizará el desarrollo floral, formación y desarrollo de semillas y aspectos específicos asociados al desarrollo y maduración de frutos de manera de demostrar la participación de los genes candidatos al fenómeno de corrimiento.
La presente propuesta, además, está enfocada hacia la puesta en marcha de un programa de largo plazo que permita abordar la obtención de variedades mejoradas de uvas viníferas para potenciar la producción de vino de alta calidad. Experimentos preliminares de microvinificación con diferentes clones de una colección de clones de la variedad Carmen�re ha demostrado diferencias en el desarrollo floral, desarrollo del fruto y calidad del vino producido. Estas observaciones demuestran la influencia que puede ejercer la variabilidad genética natural de este cultivar sobre los productos de interés del sector viticultor como lo es la calidad del fruto y del consecuentemente la calidad del vino. Este estudio pretende caracterizar genotípica y fenotípicamente la colección de clones de Carmen�re disponible en el País, utilizando tecnología de genómica, marcadores moleculares (SNPs) y metabólicos. Ello permitirá, al término de este proyecto, proveer a la industria vitivinícola nacional las herramientas (conocimientos), tanto para la selección de clones como para el mejoramiento genético y desarrollo de nuevas variedades de Carmen�re que presenten por ejemplo una eficiente fertilidad, un menor o mínimo grado de millerandage y abscisión, un menor tiempo de maduración de frutos, una mejor relación ácido/azúcar, un menor contenido de sustancias no deseables (pirazinas, aminas biogénicas entre otras), etc. De esta manera se podrá reducir el impacto de los fenómenos que afectan la calidad del fruto de la uva vinífera, y por consiguiente obtener un vino de mayor calidad.
El grupo asociado lo representan cuatro entidades tecnológicas: Dos universidades nacionales (Universidad Técnica Federico Santa María y Universidad de Talca), el instituto de investigación agropecuaria (INIA) y un instituto extranjero (Instituto Max-Planck, Golm, Alemania). A esta segunda etapa se han sumado dos empresas de los Consorcios implementados en el programa Bicentenario como lo son el Consorcio de la fruta S.A. y el Consorcio Biofrutales S.A. Además, se han incorporado a esta iniciativa la empresa InvestMaule S.A. y Viña Casa Silva. El esfuerzo de todas estas organizaciones estará centrado en obtener productos comercializables, protegidos y transferibles al resto del sector frutícola.
El modelo de gestión del proyecto propone una estructura en la que un directorio tendrá por rol el supervisar la gestión, revisar y definir la estrategia, buscar vínculos, redes y alianzas adicionales, identificar nuevas fuentes de financimiento, negociar la propiedad intelectual y definir las condiciones de entrada/salida de socios. El Directorio además nombrará a un Gerente, que será responsable de la gestión de los proyectos y subproyectos propuestos, de la administración financiera, de asegurar el apoyo legal y de mantener al Directorio informado. Además el proyecto contará con un Comité Científico Asesor que participará en el seguimiento técnico de las actividades propuestas.
Se crean además vínculos con programas existentes en Chile (Consorcio del Vino, Consorcio Biofrutales, Consorcio de la Fruta) y el mundo (International Grape Genome Program) y se generan sociedades específicas para la comercialización de los resultados en las que se ha llegado a acuerdo en la forma y tamaño de participación de cada uno de los miembros que participan en esta propuesta y considerando las condiciones de propiedad intelectual acordadas con las instituciones participantes en la Etapa I.
El costo total del proyecto es de MM$ 1,423 de los cuales un 59.11% se le solicita al Programa Genoma en Recursos Naturales Renovables, FONDEF, un 15 % es aportes pecuniario de los socios contraparte, siendo el aporte total de un 30% del presupuesto. El restante es aportado por las instituciones beneficiarias.
El proyecto tiene un VAN total esperado de MM $ 28,648 con una TIR de 258% en un horizonte de evaluación de 5 años. Este VAN corresponde a la suma de los VAN de los dos subproyectos que se describen en esta formulación.
Los productos comprometidos son genes responsables de determinadas características, debidamente identificados y caracterizados asociados a la protección de la planta de vid frente a enfermedades fungosas (B. cinerea) y al fenómeno de corrimiento; marcadores genéticos y metabólicos asociados a características de interés, incluidos SNPs; plantas transgénicas con características de interés para los productores y nuevas variedades de uva y vinífera.
En el marco de la realización de la presenta propuesta se creará capacidades científicas-tecnológicas a través de la formación de nuevos investigadores los cuales serán entrenados y capacitados para abordar los desafíos y las necesidades futuras en cuanto a la genómica vegetal en el país. Además, la realización de esta propuesta fortalecerá los programas de Post-Grado de las instituciones participantes (Doctorado en Biotecnología y Doctorado en Ingeniería Genética en las Universidades Técnica Federico Santa María y Universidad de Talca, respectivamente).
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