Producción in vitro de Embriones Bovinos Transgénicos mediante Inyección Intracitoplasmática de Espermatozoides (ICSI) con Enzimas de Restricción. In vitro Production of Transgenic Bovine Embryos using Intracitoplasmic Sperm Injection (ICSI) and Restriction Enzymes

La ingeniería genética y la reprogramación de organismos vivos representan las nuevas fronteras biotecnológicas que permitirán generar animales con modificaciones precisas en sus genomas para un sinnúmero de aplicaciones biomédicas y agropecuarias. Las técnicas para inducir modificaciones génicas intencionales en animales, especialmente en especies mayores de interés agropecuario, se encuentran rezagadas si se compara con los avances significativos que se han producido en el área de la transgénesis de roedores de laboratorio, especialmente el ratón. Es así que, el presente proyecto persigue desarrollar y optimizar protocolos para generar embriones bovinos transgénicos para aplicaciones biotecnológicas. La estrategia propuesta, se basa en conseguir la presencia simultánea en el interior celular de una enzima de restricción (I-SceI) más un transgén (formado por casetes de expresión de una proteína fluorescente -ZsGreen1- y neomicina fosfotransferasa). Específicamente, proyectamos estudiar una vía alternativa para generar embriones bovinos transgénicos mediante la incorporación del transgén (casetes ZsGreen1 y neo) flanqueado por sitios I-SceI más la enzima I-SceI al interior del ovocito junto con el espermatozoide durante la técnica conocida como inyección intracitoplasmática de espermatozoides (ICSI). Los embriones así generados se cultivarán in vitro, inspeccionándolos diariamente para detectar la emisión de fluorescencia, indicativa de la expresión de la proteína ZsGreen1. Los embriones que alcancen el estado de blastocisto y expresen el transgén se transferirán quirúrgicamente al útero de ovejas sincronizadas y se mantendrán durante 7 días. Al cabo de este período, los embriones se recolectarán quirúrgicamente del útero ovino y se transportarán al laboratorio para determinar el número de sitios de integración y número de copias del transgén mediante el análisis de su ADN por Southern blot. Se prevé que los resultados de esta investigación permitirán sentar las bases para el desarrollo de métodos eficientes para obtener modificaciones precisas en el genoma de los animales domésticos para futuras aplicaciones biotecnológicas. Genetic engineering and reprogrammed organisms represent the new biotechnological frontiers which will make possible to generate animals with precise genetic modifications for agricultural and biomedical applications. Current methods used to generate genetically modified large animals, lay behind those used in laboratory animals, specially the mouse. Therefore, we seek to develop and optimize protocols to produce transgenic bovine embryos through the use of a non-viral vector. The strategy involves the simultaneous presence inside the cell of a restriction enzyme (I-SceI) and a transgene (carrying cassettes for a fluorescent protein -ZsGreen1- and neomycin phosphotransferase) flanked by restriction sites for the endonuclease. We plan to develop an alternative approach to generate transgenic bovine embryos by coinjecting the transgene flanked by I-SceI restriction sites plus the enzyme I-SceI along with the spermatozoon during the technique known as intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Embryos will be cultured in vitro and inspected daily with a fluorescence microscope to characterize transgene expression. Embryos that reach the blastocyst stage and express the transgene will be surgically transfer to the uterus of a synchronized ewe. After 7 days, the embryos will be flushed out the ovine uterus and transported to the laboratory to determine the number of integration sites and transgene copies by Southern blot. We anticipate that results from this research will set the stage for the development of efficient strategies to achieve precise genetic modifications in large domestic animals for future biotechnological applications.

Evaluación de la interacción virus-hospedante-vector- endosimbiontes y su influencia en la transmisión del Mal de Río Cuarto en infecciones simples y mixtas con el Cereal Rhabdovirus.

El “Mal de Río Cuarto” es la enfermedad más importante del maíz en la Argentina. El agente causal es un fijivirus denominado Mal de Río Cuarto virus (MRCV). Se transmite únicamente a través de delfácidos (Hemiptera-Delphacidae) de forma persistente propagativa. Se han descripto diversas especies con demostrada capacidad vectora, entre ellos Delphacodes kuscheli Fennah y Toya propinqua Fieber. La primera es de gran importancia tanto por su abundancia en las zonas maiceras de nuestro país como por su eficiencia de transmisión mientras que T. propinqua es una especie cosmopolita que se encuentra ampliamente distribuida en toda el área productiva. Ambas especies poseen una demostrada capacidad de transmisión a cereales de grano fino, importantes epidemiológicamente por su rol como reservorios del virus y el vector en época invernal. Un aspecto que requiere especial atención es la aparición de una nueva virosis, un Cytorhabdovirus, en infecciones mixtas con MRCV en cereales de invierno en el sur de la provincia de Córdoba (región endémica del Mal de Río Cuarto). Al igual que este último el rhabdovirus se transmite por insectos delfácidos, por lo que sería relevante estudiar las posibles interacciones entre la coinfección por ambos patógenos y sus consecuencias en la transmisión del MRCV. La capacidad vectora puede estar afectada por diversos aspectos biológicos, entre los que se pueden mencionar el estadío del insecto al momento de la adquisición del virus, los niveles de concentración viral alcanzados en el organismo del vector, la existencia de barreras morfofisiológicas (como las membranas basales del intestino medio y glándulas salivales, y mecanismos de inmunidad innata) y la presencia de endosimbiontes. Se conoce que existen diferencias en la transmisión según el MRCV se adquiera como ninfa de primer o tercer estadío, por lo que se propone realizar estudios comparativos entre ambos grupos. Se plantea además evaluar el efecto de diferencias de concentración del MRCV en el organismo del insecto en la transmisión mediante RT-qPCR, en infecciones simples y mixtas. Se analizará la posible existencia de barreras morfofisiológicas observando el tropismo de las partículas virales en los tejidos del vector a través de inmunomicroscopía confocal y la activación diferencial de genes de inmunidad innata con RT-qPCR. Dado que existen antecedentes de la presencia de endosimbiontes, como Wolbachia pipientis en este grupo de insectos, se propone además estudiar la prevalencia de esta bacteria y analizar las cepas existentes en poblaciones de delfácidos del área maicera. Este objetivo es importante por dos razones. En primer lugar, W pipientis es ampliamente estudiada como potencial biocontrolador de vectores debido al fenómeno de incompatibilidad citoplasmática que expresa en sus hospedantes. En segundo lugar, esta bacteria influye en la eficiencia de transmisión de enfermedades ya que se conoce que los endosimbiontes producen proteínas denominadas simbioninas que protegen las partículas virales de la degradación enzimática durante su circulación por la hemolinfa. De este modo, la presencia de Wolbachia podría condicionar la replicación, estabilidad y persistencia de las partículas virales en insectos vectores, fenómenos comprobados para otros patosistemas. Este proyecto tiene como objetivo final profundizar los conocimientos acerca del fenómeno de la transmisión viral y establecer bases para el manejo integrado del vector y la enfermedad.

ETIOLOGÍA E IMPORTANCIA ECONÓMICA DE UNA NUEVA ENFERMEDAD VIRAL DE BATATA EN LA PROVINCIA DE CÓRDOBA

La batata se ubica en el séptimo lugar como cultivo destinado a la alimentación humana, y en el quinto luego de arroz, trigo, maíz y mandioca. Globalmente, existen 8 millones de hectáreas plantadas con batata y, aproximadamente el 95% de esa superficie se ubica en más de un centenar de países en desarrollo. En Argentina, la región pampeana (Buenos Aires, Córdoba y Santa Fe) y el NEA representan el 83% de la superficie plantada. Córdoba y Buenos Aires constituyen las principales provincias productoras. A pesar de su importancia potencial en la alimentación humana y animal, como producto exportable y para industrialización, se viene registrando una marcada reducción en el área cultivada con esta hortícola y, entre las causas más relevantes que determinan este fenómeno, se encuentran las enfermedades virales. Históricamente estas patologías han sido la principal limitante en la producción de este cultivo en Argentina y, especialmente en Córdoba. Recientemente y, tras brindar solución al grave problema ocasionado por el “enanismo clorótico” (Sweet potato chlorotic dwarf disease), virosis que afectó al cv Morada INTA en la década del 90, se observó, en nuestra provincia, la aparición de una severa sintomatología viral en lotes de producción implantados con el cv Arapey INIA, genotipo de creciente difusión en el cultivo por sus buenas características agronómicas. En virtud de dicha sintomatología, se sugiere que en la nueva patología viral se halla involucrado más de un agente etiológico y que la misma produce daños económicos en la producción de Arapey INIA. Por otra parte, la identificación de el/los virus presentes en la nueva patología es el primer eslabón para la búsqueda de resistencia a los mismos. Se supone, además, que, en germoplasma selecto de batata existen fuentes de resistencia a el/los virus involucrados y, que, al menos uno de los agentes patógenos de esta virosis de Arapey INIA, es transmitido por moscas blancas. Se propone, como paso inicial para el control de la nueva etiología: caracterizar biológica, serológica y molecularmente a el/los virus involucrados en ella; preparar reactivos de diagnóstico para los mismos y evaluar la gravedad de esta virosis a través de la estimación de su incidencia, prevalencia y severidad y de los daños que provoca sobre los componentes de rendimiento, en zonas productoras de la provincia de Córdoba. Por otra parte y, debido a que una de las principales formas de control de estas enfermedades es a través del empleo de germoplasma resistente y, considerando que la mayoría de los cultivares comerciales de batata, incluído Arapey INIA poseen escasa variabilidad genética por ser monoclonales, se pretende explorar molecularmente para genes de resistencia en aproximadamente 30 genotipos (clones) promisorios procedentes de la EEA INTA San Pedro ( Bs.As.), empleados como parentales en policruzamientos, además de hacerlo en el genotipo bajo estudio (Arapey INIA).

Enfermedades de origen viral u ocasionadas por mollicutes en los nuevos escenarios del cultivo en la provincia de Córdoba.

Argentina es el tercer exportador mundial de maíz luego de Estados Unidos y Brasil. La estimación de la campaña 2009/10 indica que la producción mundial de maíz alcanzaría los 832,37 millones de toneladas, cerca de 23 millones de toneladas más que lo cosechado durante la campaña anterior y 21 millones de toneladas mas que lo cosechado en la campaña récord de 2007/08 (USDA, 2010). La cosecha de maíz 2009/10 en Argentina sería récord, llegando a los 22,5 millones de toneladas lo que significaría un incremento de 53% respecto de la campaña anterior, igualando el récord de la campaña 2006/07. El aumento de la potencialidad de rendimiento se concibe desde un cultivo sin incidencia de enfermedades. La predicción de la ocurrencia y del riesgo de daño asociado a las enfermedades de los cultivos a gran escala, la determinación del riesgo de distribución de pestes exóticas o emergentes en la agricultura sustentable, la evaluación de riesgo/beneficio del control biológico y la evaluación de enfermedades asociadas con el calentamiento global o el cambio de prácticas culturales son tópicos importantes en la ciencia agropecuaria moderna. Las enfermedades del maíz, en especial las producidas por virus y mollicutes se han incrementado en los últimos años debido, entre otras causas, al cultivo continuo desde el norte del país y países vecinos desde donde migran los vectores, a los cultivares de alto rendimiento que en muchos casos son susceptibles a estos patógenos y en gran medida a los cambios climáticos globales que generan que virosis de zonas tropicales y subtropicales se extiendan a zonas templadas. El principal enfoque para el control es el conocimiento del ciclo epidemiológico de la enfermedad ubicado para cada ambiente. En este marco es que desde el Departamento de Graduados de la Fac. de Cs. Agropecuarias, junto con la Secretaría de Extensión surgió la necesidad de la transferencia de los resultados de la investigación. Los conocimientos adquiridos en investigación hasta el presente, en toda la extensión de la Provincia de Córdoba, servirán a profesionales asesores, empresas semilleras y de insumos agropecuarios, productores y estudiantes próximos a graduarse a conocer estas enfermedades, sus vectores, las condiciones predisponentes y tener acceso a información actualizada para lograr su manejo con medidas preventivas desde el momento de la compra de los insumos agropecuarios, el sistema de labranza y de las fechas de siembra. Entrenar al productor para que adquiera esta habilidad le permitirá escapar a pérdidas de hasta 60% del lote, como son las producidas en la Provincia por algunas virosis como el Mal de Río Cuarto (March et al., 1993, Gaceta agronómica 76: 384), o pérdidas no perceptibles pero reales, de 14% en plantas con esta enfermedad respecto a plantas sanas (Ornaghi et a., 1995, IX J. Fitosanitarias Argentinas: 84). Otras virosis, como el mosaico común, no producen grandes epidemias sino son incidiosas, están presentes todos los años con pérdidas de producción a niveles tan significativos como 5,5 qq/ha e incidencias de hasta 44% en la Provincia (Lenardón y Giolitti, 1999, Proyecto de Investig. en Fitovirología INTA-JICA) y requiere certificación sanitaria para la exportación del grano pues se transmite por semilla. Por su parte, mollicutes emergentes como el Corn stunt spiroplasma, se han detectado en Córdoba con incidencias de 61% en lotes de Justiniano Posse y de 80% en Sarmiento, habiéndose detectado en la campaña 2009/10 en 4 localidades de la Provincia. Virosis re-emergentes como el MCMV, que produce necrosis letal del maíz en sinergismo con otras virosis, han hecho su reaparición con niveles de hasta 18% de infección. Reconocer sus síntomas y conocer las formas de dispersión y transmisión permitirá al profesional y al productor la evaluación del problema y tomar medidas de prevención y manejo de estas enfermedades para lograr los rendimientos esperados.