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INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS
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División Genética y Biología Molecular

DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA MOLECULAR

 

Líneas de investigación:

 

Mecanismos de defensa de las plantas frente a patógenos microbianos.
Responsable: Dra. Inés Ponce de León

El objetivo de esta línea de investigación es la identificación y análisis funcional de genes involucrados en la resistencia vegetal frente a microorganismos patógenos. Para ello se utilizan plantas de interés agronómico y plantas modelo. Dentro de los patosistemas en estudio se encuentran papa y Botrytis cinerea (B. cinerea) y soja yalgunos hongos importantes para este cultivo. Como planta modelo utilizamos el musgo Physcomitrella patens (P. patens), Arabidopsis thaliana y varios patógenos de amplio rango de hospedero incluyendo, Pectobacterium carotovoum subsp. carotovorum (P.c. carotovorum), B. cinerea, Colletotrichum gloeosporioides y Pythium.


Hemos sido pioneros en analizar la respuesta de defensa del musgo Physcomitrella patens (P. patens), el cual es resistente a diferentes tipos de estrés, estableciéndolo como planta modelo para el estudio de mecanismos de defensa vegetal y como posible fuente de genes y metabolitos a ser transferidos a cultivos (Ponce de León 2011; Ponce de León y Montesano 2013). Determinamos que P.c. carotovorum, Botrytis cinerea, Pythium y C. gloeosporioides son capaces de infectar y activar una respuesta de defensa en P. patens (Ponce de León et al., 2007, 2012; Oliver et al., 2009, Reboledo et al., 2015). En estas interacciones se inducen genes de defensa, se refuerza la pared celular, se acumulan especies reactivas del oxígeno y hormonas de defensa. Demostramos que el ácido jasmónico (JA) no se sintetiza en P. patens, mientras que el ácido salicílico aumenta luego de la infección con B. cinerea y activa una respuesta de defensa (Ponce de León et al., 2012, 2015). Este descubrimiento es realmente sorprendente ya que en plantas el JA es muy importante en la defensa contra patógenos necrótrofos e insectos. Demostramos que en respuesta a P.c. carotovorum P. patens activa las vías de producción de fenilpropanoides, auxinas y oxilipinas (Alvarez et al., 2016). Mediante la sobreexpresión de PR-10 de P. patens generamos plantas de este musgo y de Arabidopsis más resistentes a P. irregulare (Castro et al., 2016). Actualmente estamos sobreexpresando otros genes inducibles por estrés biótico en P. patens. Identificamos y caracterizamos el gen que codifica para una alfa-Dioxigenasa en P. patens (Hamberg et al., 2005, 2006) y demostramos mediante la sobreexpresión de la alfa-DOX que los productos de esta enzima regulan el desarrollo y aumentan la resistencia a patógenos (Machado et al., 2015; Ponce de León et al., 2015).

 

Biología Molecular de la Reproducción
Responsable: Dra. Adriana Geisinger

La biología reproductiva ha experimentado un importante auge en los últimos años, en gran parte por sus potenciales aplicaciones tanto en reproducción humana como en producción animal. Algunas de las posibles aplicaciones son: el desarrollo de avances terapéuticos en relación a patologías del testículo que puedan provocar infertilidad y otras como cáncer de testículo (el tumor sólido más frecuente en hombres jóvenes en el mundo desarrollado), controles de calidad de semen, análisis de acción de agentes toxicológicos sobre la capacidad reproductiva, fertilización in vitro y clonación de individuos, generación de animales transgénicos (por ej. para xenotrasplantes), “pharming” animal, sexado de semen, investigaciones con células madre, y otras. En este contexto, el continuo y marcado descenso en los índices de fertilidad masculina humana observado durante los últimos 50 años resulta altamente preocupante.
Nuestro grupo se dedica al estudio de la espermatogénesis masculina (proceso que lleva a la formación de los gametos masculinos) en mamíferos, empleando roedores como modelo. Concretamente, estamos centrados en la identificación y caracterización de genes expresados diferencialmente durante la profase meiótica (etapa inicial y determinante en el proceso de generación de gametos), y en la función de los productos de estos genes en relación con la espermatogénesis normal y con el desarrollo de patologías. Asimismo, hemos secuenciado el transcriptoma completo de las distintas etapas de la espermatogénesis, lo cual reviste un enorme interés tanto en el área básica como aplicada. Actualmente estamos analizando la participación de ARNs no codificantes en los procesos de reconocimiento de homologías y recombinación meióticas. Otra línea consiste en el estudio de la función de genes meióticos mediante la generación de ratones knock-out. Las metodologías empleadas incluyen secuenciación masiva de ARNs, técnicas de análisis de ácidos nucleicos y proteínas, microscopía confocal y citometría de flujo, CRISPR/Cas9, entre otras.

 

Fitopatología Molecular.
Responsable: Ing. Agr. MSc. Mercedes Peyrou

La producción de alimentos para una demanda en permanente crecimiento es un desafío para nuestras sociedades. Uruguay -país productor de alimentos- ha puesto sus esfuerzos en lograr una mayor eficiencia en su agricultura para mejorar su competitividad en el mercado internacional. Las enfermedades de las plantas de interés económico son una de las principales causas de pérdidas tanto en los volúmenes de producción como en el valor que alcanza dicha producción en el mercado.

Nuestro grupo, orientado hacia la fitopatología molecular, intenta contribuir al diagnóstico de patógenos vegetales (bacterias, hongos, virus y viroides), a la epidemiología de las enfermedades y a aspectos relacionados al control de dichas patologías en el campo. Dentro del cultivo de los cítricos –cuyo destino es la exportación de fruta fresca-, se ha dado prioridad a las enfermedades presentes nuestro país, sometidas a regulación por los países compradores. Es el caso de la cancrosis producida por la bacteria Xanthomonas citri susp. citri, a la mancha negra producida por el hongo Phyllosticta citricarpa, y a hongos relacionados a las pérdidas postcosecha como es el caso de los pertenecientes al género Penicillium y Geotrichum.

 

Diagnóstico y detección

La identificación precisa y la sensibilidad de detección de dichos patógenos es indispensable para lograr un comercio seguro. En ese sentido se ha trabajo en el ajuste de las técnicas de detección adecuadas a cada patógeno, así como al momento y condiciones óptimas para su detección, y a la caracterización de sus aislamientos presentes en nuestro país.

 

Estudio de mecanismos de control de las enfermedades

El control eficiente de las enfermedades en el campo, es la forma de evitar la presencia de los distintos patógenos en el producto a comercializar. Para esto se han estudiado, a través de la detección y cuantificación de la expresión de genes relacionados a la defensa vegetal en el huésped y de genes relacionados a la patogenicidad en el patógeno, los mecanismos de acción de los plaguicidas a base de cobre en el control del cancro cítrico tendientes a optimizar su efecto.

 

Enfermedades causadas por hongos patógenos en poscosecha de frutas cítricas.

Las enfermedades causadas por hongos patógenos de poscosecha constituyen importantes factores de rechazo de la fruta producida en nuestro país, por los principales mercados a los que se destina (Unión Europea, MERCOSUR y potencialmente EEUU). Su control químico determina la acumulación de residuos de fungicidas, a niveles no aceptables en mercados extranjeros. Nuestro grupo de investigación viene desarrollando nuevas estrategias de control de podredumbres poscosecha, consistente en probar nuevos fungicidas más inocuos que los tradicionales, sales y desinfectantes de corta residualidad, baja toxicidad y capaces de reducir drásticamente esporas fúngicas. Esto le brindará al sector las condiciones necesarias para incrementar su competitividad, en la colocación de su producto en los mercados de destino actuales y potenciales.

 

Genética molecular de levaduras y plantas de vid.
Responsable: Dra. Carina Gaggero.

La industria vitivinícola uruguaya apuesta a la exportación de vinos finos y tanto el sector privado como el público están invirtiendo en investigación. Para lograr reproducibilidad en la producción de un vino fino, hoy en día es práctica usual la inoculación del fermentador con cultivos puros de levaduras seleccionadas. Frente al planteo de si era posible discriminar diferentes cepas nativas de Saccharomyces cerevisiae mediante un método molecular sencillo, aprovechamos el conocimiento del genoma de S.cerevisiae y analizamos regiones conteniendo microsatélites. Los microsatélites constituyen el método de elección para distinguir individuos de una misma especie eucariota y nuestro grupo fue uno de los pioneros en aplicarlo a S.cerevisiae (Lett. Applied Microbiol. 2001, 33:71). Reuniendo todos los datos obtenidos luego de analizar 120 cepas industriales de S.cerevisiae y en colaboración con el grupo de Bioinformática del Institut Pasteur de Montevideo, Evolución de Facultad de Ciencias y Enología de Facultad de Química proponemos y fundamentamos la utilidad de contar con una base de datos que reúna todos los datos a nivel global (www.pasteur.edu.uy/yeast; FEMS Yeast Res. 2008, 8:472). Estudiando la producción de aromas por S. cerevisiae en un medio sintético se detectaron niveles de monoterpenos cercanos al umbral sensorial. La elucidación de las vías involucradas en la biosíntesis de estos aromas, que hasta el momento se consideraban de origen vegetal, abre perspectivas interesantes para trabajos futuros que van mas allá de la producción de vinos (FEMS Microbiol.Lett. 2005, 243:107). Hoy en día se están ensayando las fermentaciones mixtas en las que además de inocular una levadura de la especie S. cerevisiae se agrega una levadura No-Saccharomyces, como forma de mejorar el bouquet final de un vino fino. Nuestro grupo desarrolló un nuevo método molecular que permite discriminar diferentes individuos dentro de una misma especie de levaduras No-Saccharomyces (Appl. Microbiol. Biotechnol. 2012, 93:807).

También en colaboración con Enología, comparamos clones uruguayos y franceses de Vitis vinifera cv Tannat desde un punto de vista genético y sensorial. El análisis de unos 100 loci de microsatélites y la composición de aromas en ensayos de microvinificación nos permitió agrupar los clones en dos grupos, en los que encontramos tanto clones antiguos uruguayos como clones comerciales franceses actuales (Vitis 2004, 43:179). En colaboración con el Dr. Massimo Delledonne de la Universidad de Verona, Italia, hemos logrado secuenciar el genoma de la variedad Tannat, cuyas características únicas son el alto nivel de polifenoles, intensidad colorante y taninos que dan estructura a los finos finos. En este momento estamos en el proceso de analizar el transcriptoma por secuenciación masiva (RNAseq) durante el proceso de desarrollo del grano de uva Tannat.

 

actualizado el 13-08-2016.