EVALUACION DEL POTENCIAL DE REGENERACION DE DIFERENTES GENOTIPOS

COLOMBIANOS Y COMERCIALES DE CACAO (Theobroma cacao L.) VIA EMBRIOGENESIS

SOMATICA

Diversidad de Theobroma sp en Centro y Sur America

Richardson et al., 2015

Theobroma, Cuatrecasas (1964)

Richardson et al., 2015

Contexto global

• Aumento de la demanda de mercados como China, 5% anual.

• Cambios dramáticos en las preferencias del consumidor.

• Crecimiento del 10% en los precios de los granos de cacao en los últimos años.

• La existencia de un déficit de 160.000 toneladas de cacao en grano en 2014.

Contexto colombiano

• Posición geográfica estratégica.

• Ganador de Colombia "Salon du Chocolat" 2013 y 2014, debido a las propiedades de calidad, sabor y aroma de las variedades colombianas.

• El proceso de paz requiere el desarrollo de una agricultura sostenible y el cambio de cultivos ilegales por el cacao.

Renovar 80,000

hectáreas

Incrementar cultivos 50,000

hectáreas

143 millones de

plantas propagadas

Propagación de T. cacao

Hoy Tiempo

Métodos biotecnologicos

Nuevo sistema

Propagación

convencional

Injertación

Propagación por semilla

Sistemas Tradicionales

De

sem

pe

ño

Ventajas de la tecnología

3 million plantas/año

A través de biotecnolgía

1 million plantas/año

A través métodos convencionales

Comparación métodos

Cultivo de células, tejidos y órganos vegetales

Ikeuchi et al., 2016

El cultivo de tejidos ha contribuido a resolver aspectos fundamentales en biología vegetal, como la teoría celular y la totipotencia. Agrupa un conjunto de herramientas

biotecnológicas importantes.

Somatic embryogenesis (SE)

Baurens et al. 2004; Monteuuis et al. 2008; Smulders and de Klerk 2011; Zheng et al. , 2013

Es el proceso a través del cual un individuo se regula a partir de

tejidos somáticos mediante la

diferenciación de un embrión.

Una propiedad que es única para los

organismos vegetales y se presenta con mayor facilidad en explantes

muestreados de tejidos inmaduros e individuos relativamente jóvenes

Este proceso ocurre espontáneamente in

vivo o puede inducirse in vitro

Historia de la embriogénesis somática

Haberlandt 1902

Warris 1950

Miettinen 1952

Steward &Reinart 1958

Loyola-Vargas et al ., 2016

Historia de la embriogénesis somática en T. cacao

• Embriones cigóticos: Esan, 1977; Pence et al.., 1979, 1980; Kononowicz 1984; Santos, et al., 1989

• Tejido nucelar: Sandahl et al., 1989; Chatelet et al.., 1992; Figueira and Janick, 1993

• Hojas: Litz, 1986

• Botones florales: Sandahl et al.., 1989; Lopez-Baez et al., 1993

MS media (Murashige & Skoog,

1962) and DKW media (Driver

& Kuniyuki, 1984)

Embriogenesis somática primaria

Botones florales

• Sandahl et al., 1989

• Lopez-Baez et ai., 1993

• Alemanno et al., 1996

• Alemanno et al., 1997

• Li et al., 1998

• Fontanel et al., 2002 (INDI)

• Maximova et al., 2002 (PCG)

• Tan et al., 2003

• Silva et al., 2005

• Quiannoo et al., 2008

• Monsalve et al., 2005

• Urrea et al., 2011

Embriogénesis somática secundaria

• Alemanno et al., 1997

• Maximova et al., 2002 (PCG)

• Garcia et al., 2016

• Urrea et al., 2011

Gallego et al., 2016 Henao et al., 2018

Línea investigación propagación Cacao (Theobroma cacao) 2006-2018

Producción de 5 millones plantas/año

1ra Etapa

•Implementación de procesos y técnicas biotecnológicas para la producción de cacaos con alto contenido de polifenoles

•3 años. Ministerio de Agricultura

2da Etapa

•Producción de embriones somáticos de cacao en Sistemas de Inmersión Temporal (RITA) procedentes de material elite

•6 meses

3ra etapa

•Producción masiva de material elite de cacao (Theobroma cacao) a través de procesos biotecnológicos

•9 meses. Colciencias

Etapa final

•Desarrollo e Implementación de estrategias biotecnológicas para el mejoramiento de la propagación de material élite de cacao en Antioquia.

•3 años. Sistema General de Regalias

2008

2011

2012

2015

2016

2018

2021

Objetivo : Evaluar el potencial de regeneración in vitro de clones universales y

regionales de cacao con los protocolos descritos por Li et al., 1998 y Fontanel et

al., 2002 con algunas modificaciones.

Características Clones

CCN 51 TSH 565 EET8 ICS 35 ICS 95 SYS 12 SYS 13 SYS- 16 SYS 24

Origen Ecuador Trinitario Costa Rica Trinitario Trinitario Región

Yariguies

(Santander)

Región

Yariguies

(Santander)

Región

Yariguies

(Santander)

Región

Yariguies

(Santander)

Productividad 1441

kg/ha/año

1212

kg/ha/año

1235

kg/ha/año

1598

kg/ha/año

902

kg/ha/año

>2000

kg/ha/año

>2000

kg/ha/año

>2000

kg/ha/año

1000 – 2000

kg/ha/año

Morfología Fruto oblongo,

ápice obtuso,

rugosidad

intermedia

longitud 21,4

cm aprox, peso

763,5 g aprox.

Auto

compatible

Fruto oblongo,

ápice obtuso,

rugosidad

intermedia,

longitud 20,9

aprox., peso

670 g aprox.

Auto

incompatible

Fruto

elíptico, ápice

atenuado,

rugosidad

intermedia,

longitud 21.6

cm aprox. ,

peso 930.7g

aprox. Auto

incompatible

Fruto

oblongo, ápice

agudo,

rugosidad

intermedia,

longitud 23.9

cm aprox. ,

peso 914.4 g

aprox. Auto

incompatible

Fruto

oblongo, ápice

agudo,

rugosidad

intermedia,

longitud 19,2

cm aprox. ,

peso 568,7 g

aprox. Auto

compatible

Mazorca

elíptica, ápice

agudo,

rugosidad

ligera, auto

compatible

Mazorca

oblonga, ápice

atenuado,

rugosidad

intermedia,

auto

compatible

Mazorca

elíptica, ápice

atenuado,

rugosidad

ligera, auto

incompatible

Mazorca

elíptica, ápice

apezonado,

rugosidad

ligera, auto-

incompatible.

Color del fruto Rojo-naranja

(maduro)

Rojo

intermedio

(maduro)

Rojo naranja

(maduro)

Amarillo

(maduro)

Rojo naranja

(maduro)

Amarillo

(maduro)

Amarillo

(maduro)

Morado

(maduro)

Rojo (maduro)

Reacción a

principales

enfermedades

Alta resistencia

a Monilia,

susceptible a

Phytopthora

Susceptible a

Monilia

Susceptible a

Monilia

Susceptible a

Monilia

Altamente

resistente a

monilia

Métodos 1. Protocolo para la selección y recolección del material vegetal en campo. • Para el desarrollo experimental de la investigación se utilizan clones elite de cacao seleccionados por la

Compañía Nacional de Chocolates (TSH565, EET8, ICS39, ICS95,CCN51, SYS12, SYS13, SYS16, SYS24).

La Granja La Nacional

(Támesis, Antioquia.)

La Granja Yariguíes

(Barrancabermeja, Santander.)

Arboles Flores Botones florales

Estructura flor Estaminodio Pétalos

Protocolo de desinfección para la introducción in vitro de explantes florales

Se debieron modificar los tiempo de exposición a los compuestos

químicos desinfectantes descritos por Urrea et al.., (2011), además de la

hora de colecta de las flores. .

Protocolo de desinfección

Se colocan los botones florales en tubos cónicos de 50ml estériles y se enjuagan

con agua destilada 3 veces

Se adiciona una solución de NaClO al 1% durante 10 minutos

Se enjuagan los explantes con agua destilada estéril 3 veces

Los explantes se dejan incubando en una solución de estreptomicina a

250ppm durante 30min

Se enjuagan los explantes con agua destilada estéril 3 veces

Las flores se colocan en cajas de petri estériles con papel absorbente para

retirar el exceso de humedad

Proceso de siembra

Se colocan los botones florales estériles en tubos cónicos

Se descartan los botones semiabiertos y las florez

Se retira el exceso de humedad con papel absorvente

Se sujeta el boton floral por el pedunculo y se corta la parte

apical

Se retiran los petalos y estaminodios

Se sembraron 25 explantes por caja de petri (Petalos y

estamonodios)

Medios de cultivo

Los medios de cultivo del protocolo reportado por Penn State University (Guiltinan et al., 2003) son:

• PCG (Primary Callus Growth): Inducción de callo

• SCG1 (secondary callus growth medium): Expresión de embriones

• ED (Embryo Development): Maduración de los embriones.

Los medios utilizados según el protocolo

del laboratorio de Nestlé (Fontanel et al.,

2002) son:

• INDI como medio de inducción

• INDexp como medio de expresión

• MM6 para la maduración de

embriones

Explante : Pétalos y estaminodios)

Tiempos de cultivo

• PCG e INDI (Inducción de callo): 30, 40, 50 y 60 días

• SCG1e INDexp (Expresión de embriones ):

• 15, 25 y 35 días

• ED y MM6 (Maduración de los embriones): 10, 15, 20, 25, 30, 35 y 40 días después de transferidos.

• Conversión de embriones a plántula: 60 días

25 explantes por caja Petri, cada

tratamiento con 10 cajas de Petri y 5

repeticiones.

Variables de respuesta

• Número promedio de embriones en

cada etapa y tiempo de cultivo.

• Número de embriones

germinados/Número total de ES

por frasco: Porcentaje de

conversion.

Callogénesis Callogénesis, tipo de callo y estructuras proembriogénicas (PE) inducidas en el explante de pétalos, genotipo TSH565, medio INDI.

(A) Después de 18 días

(B) Después de 25 días

(C) Después de 30 días

(D) PE en ICS39 con el explante de pétalos después de 50 días en la inducción de PCG y 25 días en expresión de SCG

(E) PE en SYS4 con el explante de estaminodio después de 30 días de inducción y 25 días en INDexp expresión.

(F) PE en SYS24 después de 30 días en el medio de inducción PCG y 15 días en el medio de expresión SCG

(G) Callo blanco filamentoso (FC) y Células redondas y translúcidas del vítreo blanco ( TC), el segundo tipo consistió en amarillo ceroso.

Formación de embriones

• Embriones somáticos globulares no regenerantes (A) EET8 (B) ICS1 (C) ICS95 (D) SYS12.

• Regeneración de embriones somáticos globulares (E) TSH565 (F) SYS4 (G) SYS13 (H) CCN51.

• Embriones somáticos cotiledonares (I) SYS13 (J) CCN51 (K) TSH565 (L) ICS60.

• Proliferación de SSE (M) SYS13. Alargamiento y desarrollo SSE (N) TSH565 (O) CCN51 (P) SYS4.

Elongación y desarrollo

A) Plántulas obtenidas durante la conversión de SSE a partir de la secuencia de etapas en SYS13

(B) Desarrollo de plántulas SYS4 hasta 60 días en medio MM6. Plántulas con raíces al menos 60 días en MM6 listos para la aclimatización.

(C) THS565

(D) CCN51

(E) Aclimatización de las plántulas durante 84 días en sustrato 1: 2, derecha TSH565 izquierda CCN51.

CONCLUSIONES

• Se describe un protocolo de regeneración vía embriogénesis somática secundaria de alta frecuencia para

los genotipos CCN51 y TSH565

• Se estandariza el proceso regeneración vía embriogénesis primaria y secundaria en los genotipos regionales

con alto contenido de polifenoles SYS4 y SYS13. Además de la embriogénesis somática primaria para

SYS24 y SYS16.

• Para los genotipos comerciales ICS60, ICS1, EET8, ICS95, ICS39 se alcanzo la el desarrollo de embriones

primarios, pero no la conversión efectiva de estos hasta plántula.

Desarrollo e implementación de

estrategias biotecnológicas para el mejoramiento de la

propagación de material élite de

cacao en Antioquia.

Centro de Desarrollo Agroindustrial en Innovación e Integración de Territorios - CEDAIT

ETAPA: Producción

Biofabrica

ETAPA: Investigación y desarrollo

Abastecimiento constante de

plantas elite de cacao

Fortalecer la cadena productiva del cacao en

Antioquia desde medianos y pequeños

productores del grano mediante la siembra de

material vegetal producido por métodos

biotecnológicos.

Objetivos específicos

1. Desarrollar y escalar una tecnología para la producción de genotipos elite de cacao mediante técnicas in vitro a nivel de biofábrica

Caucasia

Dabeiba

Tamesis

Necocli

Variedad X

Variedad X

Caucasia

2. Evaluar en diferentes pisos térmicos el desempeño agronómico en campo de los genotipos propagados por métodos biotecnológicos

Sede Caucasia Sede Urabá Sede Támesis Sede Dabeiba 450 m s. n. m. 1600 m s. n. m. 34 m s. n. m. 250 m s. n. m.

Tratamiento Control: Yemas de material de campo + plantas de

semilla cigótica (Método convencional)

Tratamiento 1: Plantas Biotec Tratamiento 2: Plantas Biotec COPA + Plantas semilla cigótica PATRON

Tratamiento 3: Yemas de material de campo COPA + Plantas Biotec PATRON

Tratamiento 4: Plantas Biotec COPA + Plantas Biotec PATRON

3. Capacitar y acompañar a los agricultores de diferentes subregiones en el

establecimiento y manejo del cultivo.

Impactos

infraestructura de la Biofabrica

•Generación de un espacio para investigación y desarrollo, innovación y emprendimiento, transferencia de conocimiento y tecnología

Generación de 27 empleos directos

•Adultos preferiblemente mujeres, con grado bachiller.

Cultivos experimentales en los municipios de Caucasia, Támesis, Dabeiba y Necocli

• Espacio demostrativo para Fomentar la participación de la comunidad

Generación de cultivos en familias rurales de Caucasia, Támesis, Dabeiba y

Necocli

Generación de empleos en cada zona

Artículos científicos

Formación posgrado, pregrado, practicas profesionales

• Adriana Gallego. Bióloga. Universidad de Antioquia. 2011

• Adriana Portela. Bióloga. Universidad del Tolima. 2015

• Tatiana Ospina. Biotecnología. Colegio Mayor de Antioquia. 2015

• Hector Jaime Salazar. Biólogo. Universidad del Quindío. 2016

• Ana Maria Heno Ramírez. Est doctorado. Universidad de Antioquia. EN CURSO

A B

C

A) Casa de la Cultura de Mutatá B) Descanso y refrigerio

C) Participantes segunda jornada en la tarde C) Sesión de

demostración de cultivos celulares en estereoscopio

D

Criterios de evaluación:

• Modelo de negocios

• Pertinencia de la innovación

• Oportunidad del mercado

• Presentación y habilidades de

comunicación • Impacto social

Tercer puesto en el pitch final del “The leaders in innovation fellowship

programme” con el proyecto CACAWA®

Proyecto Emprendedor Descripción

Nanofique®

CRISTIAN BLANCO TIRADO

Desarrollo e un prototipo de nano fique ™. Nano Fique es un material útil para deshacerse de colorantes en las aguas residuales de las industrias textiles. Con un valor de mercado de 27 millones de dólares, se esta trabajando en el lanzamiento de Nanofique Limited, una compañía de lanzamiento registrada en el Reino Unido.

TRANSPOSON TnC_T7

MARTHA LUCIA CEPEDA-HERNANDEZ

Corpogen ha desarrollado una tecnología para incrementar la posibilidad de encontrar compuestos de alto interés comercial y alto valor agregado, en librerías genómicas y metagenómicas. Esta tecnología se basa en el diseño de un transposón que incrementa hasta en un 40% el porcentaje de éxito de encontrar dichos compuestos. La tecnología ya ha pasado la validación comercial y está bajo aplicación PCT (Patent Cooperation Treaty)

CACAWA®

ANA MARIA HENAO RAMIREZ

CACAWA® es una tecnología que permite la producción masiva de plantas de cacao a través de procesos biotecnológicos. Mediante la tecnología puede producirse hasta 3 millones/año mientras los métodos convencionales solo permiten obtener 1 millón/año. Se iniciará con una producción proyectada de 3 millones de plantas/año, a un precio de COP 1400/planta. Para esto se requiere de una inversión de COP 1073 millones, logrando normalizar la producción al cuarto año de operación. Los resultados del ejercicio es una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 66%, con un Valor Presente Neto (VPN) de COP 3.224 millones en los 10 primeros años de operación, a un costo de capital del 16%.

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Agradecimientos

CYTED

GRACIAS!!