BIO-622 INGENIERÍA GENÉTICA DE PLANTAS

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA CHAPINGO PROGRAMA DE ASIGNATURA:

BIO-622 INGENIERÍA GENÉTICA DE PLANTAS

I. DATOS GENERALES.

Departamento Fitotecnia

Programa educativo Biotecnología agrícola Nivel educativo Posgrado

Área del conocimiento Ingeniería genética

Asignatura

Bio 622 Ingeniería genética de plantas

Tipo Teórico-Práctico

Prerrequisitos Biología molecular, Bioquímica y Genética

Profesor responsable Dr. José Oscar Mascorro Gallardo

Horas teoría/ semana 3

Horas práctica/ semana 2

Horas totales 80

Créditos 4

II. INTRODUCCIÓN O RESUMEN DIDÁCTICO

En este curso se enfatizan las aplicaciones o la biotecnología de las plantas haciendo la conexión entre los conocimientos básicos y como éstos han originado una gran cantidad de aplicaciones en las plantas transgénicas diseñadas para solucionar problemas de tipo agronómico, de alimentación y salud. Este curso es básico para la orientación en ingeniería genética y además complementa la formación para los estudiantes que opten por especializarse en otras orientaciones dentro de la biotecnología de plantas.

III.

PRESENTACIÓN

Es indudable que la biotecnología moderna está cambiando el panorama de la agricultura, al producir una gran cantidad de variedades mejoradas por medio de la ingeniería genética, las cuales tendrán un enorme impacto en la alimentación, la salud y la economía de la agricultura. Los organismos transgénicos son el producto de la investigación básica en Biología Molecular, y su utilidad se encuentra ya presente en el campo de la agricultura y la investigación básica.

Con este curso, pretendemos dar al alumno los conocimientos y las herramientas necesarias para comprender la generación de los organismos transgénicos, así como sus beneficios y riesgos, para que en el futuro sea capaz de evaluar críticamente la adopción de estas nuevas variedades.

IV. OBJETIVOS GENERALES

Revisar los conocimientos teóricos y las técnicas para aislar y caracterizar

genes su potencial de uso en la generación de plantas transgénicas. Adquirir los

conocimientos y las habilidades para generar, caracterizar y evaluar plantas

transgénicas con utilidad potencial en la agricultura.

V.

CONTENIDO TEMÁTICO

1.- TECNICAS BÁSICAS DEL ADN RECOMBINANTE (6.0 h)

Objetivo particular: Revisar los fundamentos y las técnicas básicas del ADN recombinante.

1.1.- Enzimas para manipular el ADN. 1.2.- Vectores de clonacion y expresión. 1.2.1.- Plásmidos.

1.2.2.- Vectores derivados de fagos. 1.3.- Clonación y estrategias de clonación. 1.4.- Bancos de genes.

1.4.1.- Bancos genómicos. 1.4.2.- Bancos de cDNA.

1.4.- Rastreo de bancos de genes. 1.4.1.- Mediante sondas de ADN. 1.4.2.- Con anticuerpos.

2.- CLONACIÓN DE GENES DE UTILIDAD BIOTECNOLÓGICA (7.5 h).

Objetivo particular: Revisar las metodologías más comunes para aislar genes mediante rastreo de bancos, expresión funcional, mapeo genético y mediante etiquetado.

2.1.- Uso de los bancos de genes.

2.1.1.- Rastreo con sondas homólogas o heterólogas. 2.1.2.- Uso de anticuerpos policlonales.

2.2.- Por complementación funcional de levaduras. 2.3.- Por expresión en ovocitos de Xenophus. 2.4.- Clonación mediante mapeo genético.

2.5.- Uso de transposones y T-DNA para aislar genes.

2.6.- Clonación in-silico a partir de bases de datos de genes y proteínas. Uso del GenBank.

2.6.1.- Aislamiento de genes de bancos de cDNA por PCR, o de tejidos por RT-PCR.

3.- PRODUCCIÓN DE PLANTAS TRANSGÉNICAS (6.0 h).

Objetivo particular: Revisar las técnicas y metodologías más adecuadas para la producción de plantas transgénicas, así como su caracterización.

3.1.- Vectores para plantas.

3.1.1.- Estructura y función del plásmido Ti

3.1.2.- Vectores Ti desarmados. Sistemas cointegrados y binarios. 3.2.- Genes quiméricos para plantas.

3.3.- Sistemas de transformación para plantas. 3.3.1.- Agroinfección

3.3.2.- Electroporación de protoplastos y tejidos. 3.3.3.- Biobalística.

3.3.4.- Microinyección de ADN.

3.3.5.- Floral dip: transformación sin cultivo in-vitro. 3.4.- Patrones de integración en el genoma vegetal. 3.5.- Selección y análisis de las plantas transgénicas. 3.5.1.- Selección biológica.

3.5.2.- Southern, Northern y Western. 3.5.3.- PCR y RT-PCR.

3.5.4.- Ensayos bioquímicos y fisiológicos.

3.6.- Transformación de dicotiledóneas y monocotiledóneas. 3.7.- Importancia del cultivo de tejidos vegetales.

4.- REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN DE LOS TRANSGÉNES (6.0 h).

Objetivo particular: Revisar los mecanismos de regulación que permiten manipular el nivel de expresión en las plantas transgénicas para obtener plantas más eficientes.

4.1.- Modificación de los genes in-vitro.

4.1.1.- Genes sintéticos para ajustar el uso de codones.

4.1.2.- Bancos de mutantes y su ensayo funcional en bacterias o levaduras. 4.2.- Control de la expresión de los genes.

4.2.1.- Promotores constitutivos e inducibles. 4.3.- Fenómenos de supresión y silenciamiento. 4.4.- Expresión sense y antisense.

4.5.- La recombinación homóloga e inserción dirigida como metas.

5.- SISTEMAS DE SELECCIÓN DE CÉLULAS Y TEJIDOS TRANSFORMADOS (4.5 h)

Objetivo particular: Revisar el estado actual de los genes selectores utilizados para generar plantas transgénicas, así como definir las estrategias para eliminarlos.

5.1.- Genes de selección y genes reporteros. 5.2.- Selección con azúcares.

5.3.- Sistemas inducibles de citocininas. 5.4.- Segregación del gen marcador

5.5.- Escisión del gen selector. Sistema cre-lox y otros.

6.- TRANSFORMACIÓN DE ORGANELOS (3.0 h)

Objetivo particular: Revisar y analizar las ventajas de la transformación de cloroplastos como un método para resolver problemas como los efectos de posición y el escape de transgenes por polinización cruzada.

6.1.- Vectores y marcadores para transformar cloroplastos. 6.2.-Métodos para transformar cloroplastos.

6.3.-Evaluación de las ventajas de la transformación de cloroplastos.

7.- ANALISIS DE CASOS PARTICULARES DE PLANTAS TRANSGÉNICAS (10.5 h).

Objetivo particular: Revisar algunos casos específicos de plantas transgénicas útiles en la agricultura, identificando con detalle los genes y las estrategias empleadas en cada caso.

7.1.- Plantas resistentes a insectos. 7.2.- Plantas resistentes a herbicidas. 7.3.- Plantas resistentes a virus. 7.4.- Frutos de maduración retardada. 7.5.- Mejora de la calidad nutritiva.

7.6.- Producción de vacunas y anticuerpos. 7.7.- Tolerancia a frío y a heladas.

7.8.- Tolerancia a sequía y salinidad. 7.9.- Uso en la investigación básica.

8. - PROBLEMAS Y SOLUCIONES EN EL USO DE ORGANISMOS TRANSGÉNICOS (4.5 h)

Objetivo particular: Revisar las tendencias en el uso y aceptación de las plantas transgénicas, señalando los principales riesgos en el uso de esta tecnología.

8.1.- Ensayos de campo para material transgénico 8.2.- Riesgos ecológicos.

8.2.1.- Transferencia genética horizontal y vertical.

8.2.2.- Daños al medio ambiente, a la biodiversidad y a las cadenas alimenticias. 8.3.- Posibles riesgos para el organismo humano.

8.4.- Implicaciones socioeconómicas.

8.5.- Regulaciones en el uso de plantas transgénicas.

PROGRAMA DE PRÁCTICAS

1. Purificación de ADN plasmídico de bacterias. 2. Purificación de ADN genómico de plantas

3. Digestión con enzimas de restricción de ADN plasmídico y ADN genómico.

4. Electroforesis en gel de ADN plasmídico de bacterias y ADN genómico de plantas. 5. Construcción de moléculas de ADN recombinante.

6. Rastreo de bancos de cDNA.

7. Transformación de plantas mediante agroinfección. 8. Transformación de plantas mediante bombardeo. 9. Evaluación de tejidos y plantas transformadas.

VI.

METODOLOGÍA

Las unidades que contempla el presente curso serán complementadas en el

laboratorio mediante el desarrollo de las prácticas correspondientes. Las prácticas

se irán desarrollando en función del avance del programa teórico; y cada una de

ellas será reportada por el alumno bajo el formato más apropiado.

VII.

EVALUACIÓN

El curso de evaluará considerando los siguientes aspectos: Exámenes, 70% y Participación y Prácticas, 30%. Como en otros cursos de posgrado, en éste se demanda una participación activa y crítica del estudiante.

a) Examenes escritos (tres)

b) Participación (asistencia y discusión de artículos) c) Prácticas (ejecución y reportes)

VIII.

BIBLIOGRAFÍA

Básica

Brown, T.A. 1990. Gene cloning. An introduction. Second Edition. Chapman and Hall. England. 286 p.

Chrispeels, J.M. and E.D. Sadava. 1994. Plants, genes and agriculture. Jones and Bartlett. London. 477 p.

Galun, E. and A. Breiman. 1997. Transgenic plants. Imperial College Press. London. 375 p.

Glick, R.B. and J.E. Thompson. 1993. Methods in plant molecular biology and biotechnolgy. CRC Press. 360 p.

Grierson, D., and S.N. Covey. 1988. Plant molecular biology. Second Edition. Blackie. 233 p.

Old, R.W. and S.B. Primrose. 1992. Principles of gene manipulation. An introduction to genetic engineering. Blackwell Scientific Publications. 438 p.

Paredes-López, O. 1999. Molecular biotechnology for plant food production. Technomic Publishing, Co. Lancaster-Basel. 624 p.

Shain-dow, K and J.C. Arntzen. 1989. Plant Biotechnology. Butterworths. USA. 423 p. Varios. 1995. Plant-product and crop biotechnology. Special issue. Elsevier Trends.

TIBTECH 13: 1-409.

Revistas periódicas para revisión y actualización.

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Annual Review of Plant Physiology and Molecular Biology Current Opinion in Biotechnology

Current Opinion in Plant Biology EMBO Journal

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