BIOQUÍMICA, PROTEÓMICA Y BIOLOGÍA DE SISTEMAS VEGETAL Y AGROFORESTAL AGR-164

Resumen:
El presente proyecto propone dos novedosas estrategias biotecnológicas para la conservación, gestión y reforestación de la encina (Quercus ilex), siendo de relevancia frente al síndrome de la seca y el cambio climático. La encina es la especie predominante y más representativa de la geografía andaluza, y el elemento definitorio del sistema agrosilvopastoral dehesa, jugando un papel clave en nuestro medio ambiente y economía, especialmente en las zonas rurales, así como fuente de una gran variedad de bienes y servicios para humanos y animales. Q. ilex se considera un buen candidato para la forestación debido a su alta adaptabilidad a nuestras condiciones climáticas, tolerancia a la sequía y plasticidad de respuesta a condiciones edáficas variables. Sin embargo, es un hecho constatado que la encina, y por tanto la dehesa, se enfrenta a graves problemas que ponen en peligro su conservación y aprovechamiento. Factores como el envejecimiento de los árboles, la sobreexplotación y escasa regeneración, y el efecto de estreses bióticos y abióticos, entre los que destacan la Phytophthora cinnamomi, altas temperaturas y largos periodos de sequía, están amenazando a la especie, contribuyendo, en mayor o menor medida, al denominado síndrome de la seca. Esta propuesta, incluida dentro del programa de investigación sobre la encina iniciado hace 20 años en el grupo de investigación «Bioquímica, Proteómica, y Biología de Sistemas Vegetal y Agroforestal» dirigido por el Prof. Jesús V. Jorrín Novo, es continuación de anteriores proyectos financiados (AGL2009-12243-C02-02, 2009-2012; BIO2015-64737-R, 2015-2018; PID2019-109038RB-100, 2020-2023; UCO_FEDER-18-12575795R, 2020-2022). El grupo ha realizado un importante esfuerzo en el desarrollo y optimización de metodologías y protocolos que permitan un enfoque multidisciplinar para investigar sobre esta especie desde el análisis fisiológico al molecular, incluyendo experimentos de campo e invernadero, con el objetivo principal relacionado con la evaluación de la seca en Andalucía. En el proyecto se plantea un doble objetivo: la identificación y validación de genes candidatos asociados al fenotipo resiliente para su empleo en programas de mejora, y el uso de bioestimulantes que promuevan el crecimiento e induzcan respuestas de defensa frente a estreses bióticos y abióticos. La integración de los datos generados (Selvicultura, Fisiología y Biología Molecular) permitirá conocer en profundidad la biología de la encina, comprender y explotar su gran diversidad y plasticidad, y afrontar retos actuales y contribuir a la conservación, gestión sostenible, reforestación y explotación de los ecosistemas forestales.

Resumen:
La presente propuesta surge de la situación de riesgo en la que se encuentra en la actualidad la dehesa y el bosque mediterráneo, reflejado en la creciente muerte de encinares, que, asociados al síndrome de la seca, se viene observando en las últimas décadas. Dicha situación puede agravarse en un escenario de cambio climático. Por otra parte, también se hace eco del renovado interés por la bellota y su uso alimentario como fruto seco, harina o derivados. Propone la puesta en marcha de programas de mejora de la encina basados en la selección de genotipos élite resilientes a la seca, al cambio climático y con alto valor nutricional. Dichos genotipos podrán utilizarse en programas de restauración de encinares y de reforestación de zonas marginales o abandonadas.
Es una continuación de trabajos previos del grupo en los que: i) se ha analizado la variabilidad en la respuesta a estreses en poblaciones e individuos de encina mediante aproximaciones morfométricas, fisiológicas, bioquímicas y de biología molecular (-ómicas); ii) se ha determinado la composición química de bellota, apuntando a un alto valor nutricional, identificándose, por una parte, compuestos bioactivos, y, por otra la presencia de alérgenos. Como resultado de estos trabajos, se han seleccionado individuos altamente tolerantes/resistentes a sequía y Phytophthora cinnamomi e identificado algunos genes y productos génicos asociados a dichos fenotipos.
Recientemente, el grupo ha secuenciado el genoma de la encina, lo que posibilita los análisis de variabilidad genómica mediante estudios de “Genome-Wide Association Study” para la identificación de SNPs (cambios en nucleótidos), en un intento de identificar genes claves en el carácter resiliente, genes y productos génicos (transcritos, proteínas) que puedan ser utilizados como marcadores en programa de mejora y trazabilidad. La variabilidad fenotípica y plasticidad que caracteriza a la encina tiene una causa no solo genética (genes y variantes génicas), sino también epigenética. Los procesos y mecanismos epigenéticos como fuente de variabilidad en especies forestales son, en gran medida, desconocidas, y los estudios en este campo son mínimos. En esta dirección, el proyecto plantea estudios de variabilidad génica basados en metilación de DNA, en un intento de identificar mecanismos epigenéticos implicados en la resiliencia y la memoria asociada con la tolerancia al estrés.

Resumen:

El proyecto de investigación propone dos estrategias biotecnológicas para la conservación, manejo y reforestación del bosque mediterráneo y del sistema agrosilvopastoral “dehesa”, incidiendo en la especie más representativa de dichos ecosistemas, la encina (Quercus ilex).

Aborda el problema de una creciente muerte de arbolado asociado la enfermedad de la podredumbre radical causada por Phytophthora cinnamomi  y al estrés por sequía, los dos agentes causales de mayor incidencia en el síndrome de la seca, cuyas consecuencias pueden ser devastadoras en un futuro escenario de cambio climático.

La primera aproximación se basa en la selección asistida por marcadores moleculares de genotipos élite resistentes, y la segunda en el tratamiento con activadores de respuestas de defensa.

La propuesta es parte de la línea de investigación que sobre encina y otras especies forestales iniciaron hace 17 años los grupos de la Universidad de Córdoba “Bioquímica, Proteómica y Biología de Sistemas Vegetal y Agroforestal” y “Restauración de Áreas Agrícolas y Forestales”. Ambos grupos han hecho un esfuerzo importante en la evaluación del problema de la seca en Andalucía, y en el desarrollo y optimización de técnicas y protocolos que permiten abordar la investigación en esta especie utilizando una aproximación multidisciplinar, desde la teledetección al análisis fisiológico y molecular, incluyendo experimentos de campo e invernadero.

La integración de datos geoespaciales, de silvicultura, fisiología y biología molecular nos permitirá conocer más en detalle a la especie desde un punto de vista silvícola y biológico, su biodiversidad y plasticidad, con el objetivo de ser transferido al sector productivo y, por consiguiente, abordar desafíos reales y contribuir a la conservación, gestión sostenible, reforestación y explotación de ecosistemas forestales.

La propuesta es una continuación de proyectos anteriores: “Variabilidad, catalogación, respuesta a estreses y propagación clonal de encina (Q. ilex)” y “Estudios de variabilidad poblacional y respuesta a estreses en encina mediante una aproximación multi-ómica (transcriptómica, proteómica y metabolómica)”, que se han complementado con otros enfocados en técnicas de teledetección y ecofisiología.

Las dos estrategias propuestas son novedosas en la investigación de la encina:

1. La primera pretende caracterizar a nivel genético y epigenético la variabilidad existente entre individuos sanos, escape, en las áreas seleccionadas afectadas por el síndrome de la seca, la caracterización de mecanismos de resistencia, y la selección de marcadores moleculares para ser usados en programas de mejora.
2. La segunda estrategia se basa en el conocido fenómeno de “priming”, mediante el tratamiento con un inductor de defensa como estrategia de control frente a Phytophthora, acompañado de un análisis molecular usando técnicas ómicas para determinar genes de defensa inducidos.

Resumen:

El progresivo deterioro y muerte de árboles en las dehesas y la falta de regeneración a causa del síndrome de La Seca, determinó una respuesta del Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación a través de la Subdirección General de Política Forestal, junto con la S.G. de Sanidad e Higiene Forestal mediante la creación de un Grupo de Trabajo en 2017, donde están representando el Ministerio mismo como coordinador, las CCAA más afectadas, y los organismos de investigación y universidades que llevan estudiando este síndrome desde hace tiempo.

El objetivo del grupo es profundizar en el conocimiento y promover actuaciones concretas y prácticas para poner freno al problema. Para ello se han creado tres subgrupos:

1. Inventario y seguimiento de focos de seca
2. Mejora genética y fisiológica
3. Gestión

Nuestro grupo de investigación está incluido, junto a otras entidades públicas, en el subgrupo de trabajo 2.

En este contexto, una de las tareas que se contempla y de la que nuestro grupo es responsable es búsqueda de marcadores moleculares de respuesta y de resistencia/tolerancia a Phytophthora cinnamomi en encina y alcornoque, tanto de tipo SSR como a partir de aproximaciones –ómicas, lo que permitirá determinar los mecanismos implicados en la respuesta de resistencia/tolerancia a P. cinnamomi, así como establecer marcadores moleculares asociados a fenotipos resistentes.

Resumen:

Se pretende llevar a cabo una primera aproximación a la secuenciación del genoma de la encina, en un intento de identificar y caracterizar estructural y funcionalmente genes de respuesta y tolerancia a estreses asociados a la seca y a las condiciones de cambio climático.

El objetivo constituye un auténtico hito en especies que como la encina son huérfanas y recalcitrantes, a pesar de su interés medioambiental, social y económico, en especial en la Comunidad de Andalucía.

La caracterización funcional se llevará a cabo mediante estrategias –ómicas, la proteómica y la transcriptómica, en las que el grupo es referente internacional.

El proyecto forma parte de una línea de investigación iniciada hace 14 años. Como novedad se incluyen técnicas de citogenética, lo que ha sido posible tras la incorporación de la Dra. Rey, quien liderará la presente propuesta.

Se definen cuatro objetivos:

1. Primer borrador del genoma de la encina, anotación funcional e identificación de genes de interés (genes relacionados con la resistencia a estreses, a estreses por hongos fitopatógenos, entre otros)
2. Cariotipo del genoma de la encina e identificación de variabilidad poblacional
3. Selección de genotipos tolerantes a Phytophthora cinnamomi, considerado uno de los principales causantes de la “seca” de la encina y caracterización de la respuesta a nivel proteómico y transcriptómico
4. Ampliación de la base de datos que para encina está siendo elaborada y que incluye datos fenotípicos y –ómicos, así como las bases moleculares de la variabilidad en poblaciones andaluzas

Tanto el grupo de investigación PAIDI AGR-164, liderado por el Prof. Jesús V. Jorrín Novo, como las colaboraciones internacionales y nacionales propuestas permitirán el desarrollo óptimo del actual proyecto.

La propuesta pretende crear una nueva línea de investigación que abarque completamente la secuenciación del genoma de la encina y su cariotipo. También, se avanzará en las bases fenotípicas y moleculares para la selección de individuos élites con una mayor adaptabilidad y resistencia a estreses, como los asociados al síndrome de la “seca”.