Dr. Luis Cistué*, Dra. Ana M. Castillo, Dra. M. Pilar Vallés

Begoña Echávarri, Miguel Sanz, M. Jesús Espiau

* Responsable del Grupo

Objetivo general

El objetivo general es la optimización de las técnicas de cultivo de anteras y microsporas de cebada, trigo blando, trigo duro y arroz para la producción de materiales homocigóticos (doble haploides), mediante la optimización de las condiciones de cultivo y la identificación de los mecanismos genéticos implicados. Así como el estudio de la potencialidad de la combinación de dichas técnicas con otras que permiten la generación de nueva variabilidad.

Objetivos específicos

1. Obtención de líneas Doble Haploides (DH) en cebada, trigo panadero, trigo duro y arroz.

L. Cistué, M.P. Vallés,  A.M. Castillo

lcistue@eead.csic.es

La producción de líneas DH se lleva a cabo mediante cultivo in vitro de anteras y/ o microsporas aisladas a partir de cruzamientos F1 de interés agronómico seleccionados por las Empresas u Organismos Públicos de Investigación con los que estamos colaborando. Las líneas obtenidas pasan a formar parte de Programas de mejora para la selección y obtención de nuevas variedades, o bien, son utilizadas en análisis genéticos. En particular se esta llevando a cabo el estudio de la localización y efecto agronómico de una translocación presente en la variedad de cebada Albacete, así como la obtención de Líneas de Sustitución Cromosómica (RCSL) de la variedad Albacete en la variedad Plaisant. 

2. Optimización del proceso de embriogénesis gamética en cebada, trigo panadero, trigo duro.

A.M. Castillo, L. Cistué

amcast@eead.csic.es

Los factores limitantes en la producción de líneas doblehaploides son: la baja respuesta del material de partida a un pre-tratamiento de estrés; la reducida capacidad embriogénica, el alto porcentaje de albinismo y la alta tasa de mortalidad de las plantas haploides al realizar a duplicación cromosómica. Se están llevando a cabo estudios de aplicación de diferentes tipos, duración y combinación de pretratamientos de estrés, así como estudios de sincronización del ciclo celular de las microsporas con el fin de aumentar las eficiencias de inducción de embriogénesis. Así mismo se esta estudiando el efecto de la incorporación de agente diploidizante colchicina en diferentes fases del cultivo sobre la capacidad de embriogénesis y la duplicación cromosómica. Los estudios se centran en trigo duro, especie que presenta eficiencias muy bajas de inducción y elevados porcentajes de albinismo, y en cultivares recalcitrantes de cebada y trigo panadero.

3. Análisis genético de la embriogénesis gamética en cebada. Identificación de QTLs y genes candidatos asociados al proceso.

M.P. Vallés, A.M. Castillo

valles@eead.csic.es

El genotipo es uno de los factores que condiciona enormemente la producción de doblehaploides. Un conocimiento profundo del control genético del proceso nos ha de permitir diseñar nuevas estrategias de optimización del mismo. Se está trabajando en la localización de QTLs asociados al proceso de inducción de la embriogénesis y albinismo. La validación de los marcadores moleculares asociados a los QTLs identificados en distintos materiales de interés agronómico nos permitirá la identificación de la respuesta de genotipos previa a su utilización, consiguiendo así una optimización de los recursos necesarios para la producción de DH. Así mismo, se pretende identificar genes candidatos asociados a la fase de pretratamiento de estrés mediante técnicas genómicas utilizando “microarrays” de cebada.

4. Obtención de nueva variabilidad mediante transformación génica, y la combinación de mutación y selección in vitro.

L. Cistué, M.P. Vallés, A.M. Castillo

lcistue@eead.csic.es

La cebada sigue siendo uno de los cereales más recalcitrantes para la transformación genética. El potencial de estas técnicas para la incorporación de nueva variabilidad nos ha llevado al desarrollo de un sistema de transformación de diferentes genotipos de cebada. Se plantea la obtención de generaciones avanzadas de las líneas transgénicas de cebada que contienen genes de síntesis de fructanos, y el estudio de la integración y expresión de dichos genes.

La combinación de las técnicas de mutagénesis en células gaméticas y su posterior selección in vitro permite la identificación inmediata de líneas mutadas y fijadas para un carácter específico. Se ha puesto a punto un sistema de mutagénesis mediante aplicación de ázida sódica a microsporas de cebada y se pretende validar el modelo de inducción de mutantes, y su posterior selección in vitro para tolerancia a estrés abiótico, y más concretamente para tolerancia a boro.

Publicaciones más representativas

Publicaciones SCI:

• Castillo AM, Cistué L, Sanz JM, Romagosa I, Vallés MP (2001) Low responsiveness of six-row genotypes to androgenesis in barley does not have a pleiotropic nature. Genome 44: 936-940.
• Castillo AM, Cistué L, Vallés MP, Sanz JM, Romagosa I, Molina-Cano JL (2001) Efficient production of androgenic doubled-haploid mutants in barley by the application of sodium azide to anther and microspore cultures. Plant Cell Reports 20: 105-111.
• Castillo AM, Vallés MP, Cistué L (2000) Comparison of anther and isolated microspore cultures in barley. Effects of culture density and regeneration medium. Euphytica 113: 1-8.
• Prada D, Ullrich SE, Molina-Cano JL, Cistué L, Clancy JA, Romagosa I  (2004) Genetic control of dormancy in a Triumpn/Morex cross in barley. Theoretical Applied Genetics 109: 62-70.
• Pulido A, Castillo AM, Vallés MP, Olmedilla A (2001) Early stages of pollen embryogenesis in barley anther cultures induced by pretreatment with mannitol. International Journal of Developmental Biology 45: 55-56.
• Pulido A, Bakos F, Castillo AM, Vallés MP, Barnabas B, Olmedilla A (2005) Comparison of cytological and ultrastructural changes induced in anther and isolated-microspore cultures in barley: presence of Fe deposits in isolated-microspore cultures. Journal of Structural Biology 149/2:170-181.
• Ramirez C, Testillano PS, Castillo AM, Vallés MP, Coronado MJ, Cistué L, Risueño MC (2001) The early microspore embryogenesis pathway in barley is accompanied by concrete ultrastructural and expression changes. International Journal of Developmental Biology 45: 57-58.
• Cistué L, Echávarri B, Batlle F, Soriano M, Castillo A, Vallés MP, Romagosa I (2005) Segregation distortion for agronomic traits in barley doubledhaploids lines. Plant Breeding 124: 546-550.

Capítulos de libros:

• Castillo AM, Vallés MP, Cistué L (2001) Improvements of barley androgenesis for plant breeding. En: Biotechnological Approaches for Utilization of Gametic Cells, (Bohanec B, ed.) pp 15-21. European COST Action 824: Gametic Embryogenesis, Brussels. ISBN: 92-894-0225-3.
• Cistué L, Vallés MP, Echávarri B, Sanz JM, Castillo AM (2004). Barley anther culture. Doubled Haploid Production in Crop Plants. A Manual: 29-35.  Maluszynski M, Kasha K, Foster B (Eds.) FAO/IAEA División (Viena, Austria). ISBN 1-4020-1544-5.
• Cistué L, Vallés MP, Echávarri B, Sanz JM, Castillo AM (2004) Production of barley doubled haploid by anther and microspore culture. In vitro applications in crop improvements- recent progress. En: A. Mujib et al (Eds.)  Oxford & IBH Publishing Co. Pvt. Ltd, New Delhi, pp:1-18. ISBN: 1-57808-300-1.
• Ballesteros J, Castillo A M, Cistué L, Garcia M C, Martín A, Vallés MP (2005) Doubled-Haploid Technique in Durum Wheat Breeding. En: Durum Wheat Breeding: Current Approaches and Future Strategies (Royo C, Nachit MM, Di Fonzo N, Araus JL, Pfeiffer WH, Slafer G, eds.) Food Product Press, The Haworth Press Vol 2 745-776. ISBN: 1-56022-967-5.

Proyectos y contratos de investigación en vigor

• Fructanos de cebada para agroalimentación: mejora biotecnológica y caracterización molecular y funcional (Responsible: R. Morcuende - IRNASA). Junta de Castilla y León, CSI01A05. Responsable (EEAD): Vallés.
• Estudio molecular, citológico y fenotípico de la translocación recíproca de la variedad de cebada Albacete. Obtención de líneas de sustitución (RCSL). Optimización de sistemas de androgénesis. MEC, PN, AGL2002-04139-C02-02. Responsable: Cistué.
• Producción de lineas doblehaploides de cebada. Localización de QTLs asociados a los factores limitantes de la androgénesis y validación del efecto de los QTLs en materiales de interés para mejora. MEC, PN, AGL2004-03396. Responsable: Vallés.
• Desarrollo de materiales y técnicas para el análisis integrado de la respuesta de la cebada (Hordeum vulgare L.) al estrés abiótico. MEC, PN,AGL2005-07195-C02-01. Responsable: Cistué.
• Mapping adaptation of barley to drought environmentes (MABDE). EU, LIFE/001/1412. Responsable: Cistué.
• Producción de doble haploides de trigo duro y trigo blando a partir de cruzamientos F1 entre variedades españolas. PETRI, PTR1995-0732-OP. Responsable: Cistué.
• Emergent Research Group, acknowledged by the Aragón Regional Government. Aplicación de cultivos celulares y desarrollo de técnicas de biotecnología para mejora vegetal (A45). DGA. Responsable: Cistué.
• Contract for "Producción de doble-haploides de trigo duro y trigo blando a partir de cruzamientos F1 entre cultivares españoles" (vinculado a PTR95-0732-OP). Semillas Batlle S.A. (Barcelona). Responsable: Cistué
• Contract for "Obtención de la semilla de 500 plantas doble haploides de arroz a partir de cruzamientos F1". Cooperativa de Productores de Semilla de Arroz, S.L. (Valencia). Responsable: Cistué.