Proyectos de Investigación Básica o Aplicada en Ingenierías o Biomédicas, 2019-2
Maria Rosario Elsa Valderrama Valencia; Sandro Jhonatan Condori Pacsi; Roxana Margarita Bardales Alvarez; Andrea Pilar Alvarez Vasquez; Luz Neshayda Lima Huanca; Oswaldo Raul Flores Quispe; Marcela Pierce .
Objetivo
Identificar y caracterizar genes clave asociados a la tolerancia al estrés salino en Chenopodium quinoa Willd.
Resumen:
La quinua (Chenopodium quinoa Willd.) es un cultivo andino genéticamente diverso, que ha ganado especial atención en todo el mundo debido a sus beneficios nutricionales en bienestar de la salud humana. Su capacidad de adaptarse y tolerar el estrés ambiental la convierte en un pseudocereal capaz de producir el grano sin ninguna dificultad, según las Naciones Unidas para la Agricultura la quinua es un grano que podría mitigar la crisis alimentaria mundial. La salinidad del suelo es uno de los factores ambientales más importantes que limitan el crecimiento y desarrollo de las plantas. Por lo tanto, existe interés en la producción de cultivares que sean tolerantes al suelo salino. El estudio del mecanismo de tolerancia a la sal de las plantas a nivel molecular puede ofrecer algunos genes candidatos atractivos y proporcionar información valiosa para mejorar la tolerancia a la sal mediante planes de mejoramiento genético. La raíz es un órgano importante para transportar agua, nutrientes y minerales al resto de la planta, por lo que se convierte en un sitio principal de percepción y daño para varios tipos de estreses. El estudio de la expresión génica en las raíces de las plantas es importante para comprender el mecanismo molecular que confiere a las plantas la tolerancia al estrés salino. En el presente trabajo tiene como objetivo la identificación de genes asociados al estrés salino para el cual se realizará una colección de semillas de quinua de la región de Arequipa, y con ello generar un banco con accesiones UNSA. Se realizará un análisis a nivel morfofisiologico, estas serán sembradas en macetas a condiciones de invernadero y sometidas a diferentes concentraciones de salinidad con cloruro de sodio, para seleccionar variedades contrastantes (una sensible y una tolerante), con los datos obtenidos se realizarán análisis bioquímicos (niveles de clorofilas, carotenoides, flavonoide peso seco, peso fresco, contenido de agua) y transcriptómicos. A partir de los datos transcriptómicos se hará una búsqueda exhaustiva de los genes candidatos implicados en la tolerancia al estrés. Los datos permitirán construir filogenias, estructuras primarias, secundarias, predicción de estructuras 3D, predicción de dominios conservados, modificaciones postraducionales, predicciones físico-químicas de las proteínas y su participación en rutas metabólicas. Los genes candidatos serán introducidos por ingeniería genética en Arabidopsis thaliana, para evaluar por sobre expresión la tolerancia al estrés salino y detectar su ubicación subcelular para comprender la función clave de dichos genes implicados en la tolerancia al estrés. Los resultados de la investigación serán publicaran en revistas indexadas, así mismo durante el trabajo del proyecto se formarán nuevos investigadores junior los cuales sustentaran un tesis para la obtención de un título profesional, y divulgación de resultados en congresos científicos y en reuniones regionales donde la población Arequipeña podrá conocer los resultados de la investigación.
Palabras clave
salinidad, quinua, transcriptoma, genes, tolerancia , UNSA, Arequipa.
Problema central
La salinización del suelo es una gran amenaza para la agricultura, que afecta aproximadamente al 20% de las tierras agrícolas y provoca una reducción sustancial del rendimiento de los cultivos. El impacto de la reducción del rendimiento alimenticio se ve agravado una creciente población humana conllevando a una creciente preocupación por la seguridad alimentaria, por lo que se hace necesario incrementar el rendimiento de producción alimentico hasta en un 37% para el 2050 para satisfacer la demanda mundial de alimentos en el futuro. En la región de Arequipa la salinización de los suelos están trayendo consigo pérdidas en la producción de productos hortícolas, traduciéndose en pérdidas económicas por producción, tal es así que los reportes de Rodriguez, 2016 y Walsh, 2009 aseveran que Arequipa en las pampas de la Joya presenta altos valores de salinidad que oscilan entre 95.70 y 150.30 dS/m, siendo considerados como suelo muy fuertemente salinizado, con mayor presencia de cloruros entre 1137.50 a 1143.20 mg/Kg y sulfatos entre 391.20 a 447.12 mg/Kg, por lo que son calificados como no aptos para la agricultura, este tipo suelos no son aptos para la producción de plantas glucófitas, como el tomate, papas, cebollas, ajo, pimientos y rocotos, sin embargo la producción actual de estos cultivos en dichas zonas se hace posible por el uso de tratamientos que permite mitigar el exceso de sales, generando mayores costos de producción. Con la creación de la represa de Majes siguas II, las pampas de Majes y Santa Rita se convertirán en espacios potenciales para la agroindustria, motivo por el cual se hace necesario la obtención de plantas tolerantes al estrés por sal.
Hipótesis planteada
Dado que la quinua (Chenopodium quinoa Willd) es una especie originaria de la región altoandina, rica en variabilidad genética y se conoce de cultivares que crecen en lugares con altas concetraciones de sal, debido a que presentan variaciones genéticas que le confiere la ventaja de poder vivir en zonas bajo condiciones de estrés y producir el grano, la predicción de genes in silico, análisis de expresión de los transcritos y su ubicación subcelular, permitirá conocer y comprender los mecanismos genéticos concretos que la quinua utiliza para tolerar condiciones de estrés salino (cloruro de sodio), y la identificación de genes clave implicados.
Resultados esperados
Resultados propios del Proyecto de Investigación:
- Al finalizar el proyecto se espera generar una lista de genes implicados en la tolerancia al estrés salino y con ello proporcionar el material primario para el inicio de un plan de mejora genética para desarrollar semilla productora de grano en suelos salinos.
Así también, con el financiamiento otorgado se tendrá:
- 02 Artículos científicos aceptados para publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web of Science con filiación de los docentes y alumnos de la “Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa”.
- 02 estudiante UNSA titulados como Biólogos con la opción de Tesis formato artículo, con publicación en revista indizada en bases Scopus o Web of Science.
- 01 ponencia internacional de los resultados intermedios o finales de la investigación presentadas en eventos científicos de trascendencia.
- 01 ponencia nacional de los resultados intermedios o finales de la investigación presentadas en eventos científicos de trascendencia.
Impactos esperados
El presente estudio permitirá detectar genes naturales implicados en la resistencia al estrés salino, así como la generación de información a nivel genético para desarrollar investigaciones relacionados con la expresión génica. Encontrar variedades con genes implicados en la tolerancia al estrés salino, permitirá el desarrollo de planes de mejora genética para la síntesis de nuevas variedades productoras de grano con registros de obtentor vegetal. El cultivo de nuevas variedades de quinua tolerantes al estrés salino en suelos erosionados promoverá la restitución de la microbiota y material orgánico, y dentro de un plan de cultivos hortícolas la quinua tiene potencial para restituir los nutrientes al suelo por su asociación con bacterias diazótrofas. La producción de grano mejorado permitirá la mantención de la seguridad alimentaria y por su alto contenido de hierro, es un potente alimento para la disminución de la anemia en el Perú y el África. La producción de variedades de quinua productoras y tolerantes al estrés salino la convierte en un producto competitivo dentro del mercado nacional e internacional, y en consecuencia generará mayor rentabilidad, traduciéndose de una mejoría de los salarios del personal.