Genetic Transformation of Sugarcane, Current Status and Future Prospects

Sugarcane (Saccharum spp.) is a tropical and sub-tropical, vegetative-propagated crop that contributes to approximately 80% of the sugar and 40% of the world’s biofuel production. Modern sugarcane cultivars are highly polyploid and aneuploid hybrids with extremely large genomes (>10 Gigabases), that have originated from artificial crosses between the two species, Saccharum officinarum and S. spontaneum. The genetic complexity and low fertility of sugarcane under natural growing conditions make traditional breeding improvement extremely laborious, costly and time-consuming. This, together with its vegetative propagation, which allows for stable transfer and multiplication of transgenes, make sugarcane a good candidate for crop improvement through genetic engineering. Genetic transformation has the potential to improve economically important properties in sugarcane as well as diversify sugarcane beyond traditional applications, such as sucrose production. Traits such as herbicide, disease and insect resistance, improved tolerance to cold, salt and drought and accumulation of sugar and biomass have been some of the areas of interest as far as the application of transgenic sugarcane is concerned. Although there have been much interest in developing transgenic sugarcane there are only three officially approved varieties for commercialization, all of them expressing insect-resistance and recently released in Brazil. Since the early 1990’s, different genetic transformation systems have been successfully developed in sugarcane, including electroporation, Agrobacterium tumefaciens and biobalistics. However, genetic transformation of sugarcane is a very laborious process, which relies heavily on intensive and sophisticated tissue culture and plant generation procedures that must be optimized for each new genotype to be transformed. Therefore, it remains a great technical challenge to develop an efficient transformation protocol for any sugarcane variety that has not been previously transformed. Additionally, once a transgenic event is obtained, molecular studies required for a commercial release by regulatory authorities, which include transgene insertion site, number of transgenes and gene expression levels, are all hindered by the genomic complexity and the lack of a complete sequenced reference genome for this crop. The objective of this review is to summarize current techniques and state of the art in sugarcane transformation and provide information on existing and future sugarcane improvement by genetic engineering.Fil: Budeguer, Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Enrique, Ramón Atanasio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Perera, María Francisca. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Racedo, Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Castagnaro, Atilio Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Welin, Björn. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin

Study of the parameters involved in the genetic transformation of sugarcane (Saccharum spp) by direct embryogenesis

El tiempo promedio requerido para regenerar una planta transgénica completaa partir de callos embriogénicos (Embriogénesis Somática Indirecta, ESI) es de seis anueve meses. La embriogénesis somática directa (ESD) es una vía morfogénica alternativaque permite obtener embriones somáticos directamente desde células aisladas o gruposde células sin la formación del callo, lo cual conlleva diversas ventajas tales como ladisminución en el tiempo de regeneración, el menor número de subcultivos y una menorprobabilidad de aparición de variantes somaclonales. Además, otros parámetros del procesode transformación como tipo de microproyectiles, edad de los embriones somáticos ycantidad de ADN pueden afectar la eficiencia del mismo. El objetivo del presente trabajofue estudiar la eficiencia de transformación genética de la variedad comercial local de cañade azúcar TUC 95-10 a partir de explantos obtenidos por ESD. Se ensayaron, asimismo,las variables tipo de micropartículas, edad de los embriones somáticos y cantidad deADN mediante el uso del gen reportero gfp (del inglés “green fluorescent protein”), bajo laregulación del promotor constitutivo CaMV35S. El mayor número de puntos de expresiónestables (puntos GFP) se observó cuando los bombardeos se efectuaron con partículas deoro. En la evaluación de las diferentes edades de los embriones somáticos (10 y 18 días)y concentraciones de ADN (2,5 y 5 µg) no se observaron diferencias significativas en elnúmero de puntos GFP. Los resultados sugieren que la utilización de partículas de oro conuna concentración de ADN de 2,5 µg y explantos de discos de hojas de 10 días mejorala eficiencia del protocolo de transformación genética en caña de azúcar, reduciendo eltiempo y la cantidad de ADN requeridos.The average time required to regenerate a complete transgenic plant from embryogenic calli (Indirect Somatic Embryogenesis, ESI) is 6 to 9 months. Direct somatic embryogenesis (ESD) is an alternative morphogenic pathway that allows obtaining somatic embryos directly from isolated cells or groups of cells without the formation of callus, which has several advantages such as the reduction in regeneration time, the lower number of subcultures and a lower probability of somaclonal variation. In addition, other parameters of the transformation process such as the type of microprojectiles, the age of the somatic embryos and the amount of DNA can affect its efficiency. The objective of the present work was to study the genetic transformation efficiency of the local commercial sugarcane variety TUC 95-10 from explants obtained by ESD. Likewise, the variables type of microparticles, age of the somatic embryos and amount of DNA were analized by using the reporter gene gfp (“green fluorescent protein”), under the regulation of the constitutive promoter CaMV35S. The highest number of stable expression points (GFP points) was observed when bombardments were carried out with gold particles. In the evaluation of the different ages of the somatic embryos (10 and 18 days) and DNA concentrations (2.5 and 5 µg), no significant differences were observed in the number of GFP points. The observed results suggest that the use of gold particles with a DNA concentration of 2.5 µg and explants of 10-day-old leaf discs improves the efficiency of the genetic transformation protocol in sugarcane.Fil: Budeguer, Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Enrique, Ramón Atanasio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Welin, Björn. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Racedo, Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin

Study of the parameters involved in the genetic transformation of sugarcane (Saccharum spp) by direct embryogenesis

El tiempo promedio requerido para regenerar una planta transgénica completaa partir de callos embriogénicos (Embriogénesis Somática Indirecta, ESI) es de seis anueve meses. La embriogénesis somática directa (ESD) es una vía morfogénica alternativaque permite obtener embriones somáticos directamente desde células aisladas o gruposde células sin la formación del callo, lo cual conlleva diversas ventajas tales como ladisminución en el tiempo de regeneración, el menor número de subcultivos y una menorprobabilidad de aparición de variantes somaclonales. Además, otros parámetros del procesode transformación como tipo de microproyectiles, edad de los embriones somáticos ycantidad de ADN pueden afectar la eficiencia del mismo. El objetivo del presente trabajofue estudiar la eficiencia de transformación genética de la variedad comercial local de cañade azúcar TUC 95-10 a partir de explantos obtenidos por ESD. Se ensayaron, asimismo,las variables tipo de micropartículas, edad de los embriones somáticos y cantidad deADN mediante el uso del gen reportero gfp (del inglés “green fluorescent protein”), bajo laregulación del promotor constitutivo CaMV35S. El mayor número de puntos de expresiónestables (puntos GFP) se observó cuando los bombardeos se efectuaron con partículas deoro. En la evaluación de las diferentes edades de los embriones somáticos (10 y 18 días)y concentraciones de ADN (2,5 y 5 µg) no se observaron diferencias significativas en elnúmero de puntos GFP. Los resultados sugieren que la utilización de partículas de oro conuna concentración de ADN de 2,5 µg y explantos de discos de hojas de 10 días mejorala eficiencia del protocolo de transformación genética en caña de azúcar, reduciendo eltiempo y la cantidad de ADN requeridos.The average time required to regenerate a complete transgenic plant from embryogenic calli (Indirect Somatic Embryogenesis, ESI) is 6 to 9 months. Direct somatic embryogenesis (ESD) is an alternative morphogenic pathway that allows obtaining somatic embryos directly from isolated cells or groups of cells without the formation of callus, which has several advantages such as the reduction in regeneration time, the lower number of subcultures and a lower probability of somaclonal variation. In addition, other parameters of the transformation process such as the type of microprojectiles, the age of the somatic embryos and the amount of DNA can affect its efficiency. The objective of the present work was to study the genetic transformation efficiency of the local commercial sugarcane variety TUC 95-10 from explants obtained by ESD. Likewise, the variables type of microparticles, age of the somatic embryos and amount of DNA were analized by using the reporter gene gfp (“green fluorescent protein”), under the regulation of the constitutive promoter CaMV35S. The highest number of stable expression points (GFP points) was observed when bombardments were carried out with gold particles. In the evaluation of the different ages of the somatic embryos (10 and 18 days) and DNA concentrations (2.5 and 5 µg), no significant differences were observed in the number of GFP points. The observed results suggest that the use of gold particles with a DNA concentration of 2.5 µg and explants of 10-day-old leaf discs improves the efficiency of the genetic transformation protocol in sugarcane.Fil: Budeguer, Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Enrique, Ramón Atanasio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Welin, Björn. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Racedo, Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin

TRAP markers allow the identification of sugarcane transgenic lines that are genetically close to their parental genotype

Los marcadores moleculares son útiles para determinar la presencia de cambios genéticos durante el proceso de transformación. Entre ellos, los marcadores funcionales distribuidos al azar en todo el genoma pueden reflejar variaciones genéticas de interés directo. Por este motivo, el objetivo de este trabajo fue determinar la similitud con la variedad de caña de azúcar sin transformar de diferentes eventos transgénicos mediante el uso de marcadores TRAP (“Target Region Amplified Polymorphism”). Para ello, ADNs provenientes de los eventos transgénicos, los genotipos sin transformar y de otras variedades de caña de azúcar se caracterizaron mediante amplificación con siete a nueve combinaciones de cebadores TRAP. Los marcadores se separaron mediante electroforesis en geles de poliacrilamida en condiciones desnaturalizantes en el equipo Li-cor DNA Analyzer. Los fragmentos amplificados fueron transformados en matrices binarias de 0/1, utilizadas para calcular el coeficiente de Jaccard y construir árboles de similitud. En primer lugar, los marcadores permitieron confirmar las evaluaciones fenotípicas preliminares de eventos resistentes al herbicida glifosato de la variedad RA 87-3, dado que aquellos eventos fenotípicamente similares a la variedad sin transformar no mostraron cambios genéticos o solo algunos menores, mientras que eventos con aberraciones de crecimiento presentaron un alto nivel de polimorfismo. La incorporación en el análisis de otros genotipos permitió validar internamente la técnica asegurando el análisis de un número significativo de bandas polimórficas. Considerando la precisión de esta metodología, se la aplicó de rutina para caracterizar eventos transgénicos de las variedades LCP 85-384, TUCCP 77-42, TUC 95-10 y TUC 03-12 en las primeras etapas del proceso de evaluación. En conclusión, el uso de marcadores TRAP constituye una estrategia rápida y recomendable para caracterizar e identificar eventos transgénicos genéticamente próximos a su genotipo sin transformar. Esto posibilita la selección en las primeras etapas de evaluación de aquellos eventos más adecuados para realizar los ensayos a campo.Molecular markers could be useful to determine the occurrence of genetic changes during the genetic transformation process. Among them, functional markers randomly distributed throughout the genome may reflect genetic variations of direct interest. For this reason, the objective of this work was to determine similarity to parental genotype of sugarcane of different transgenic events by using Target Region Amplified Polymorphism (TRAP) markers. DNAs from transgenic events, wild type genotypes and other sugarcane varieties were characterized by seven to nine combinations of TRAP primers. Molecular markers were separated by electrophoresis on polyacrylamide denaturing gels in a DNA Analyzer (Li-cor). Amplified fragments were transformed into either a 0/1 matrix. Similarity was calculated by using Jaccard coefficient and dendrograms were generated. At first instance, markers confirmed the preliminary phenotypic evaluations of herbicide resistant events of RA 87-3 variety since transformed events with close growth resemblance to its parental variety exhibited none or only minor genetic changes whereas events with growth aberrations showed a significant degree of polymorphism. The incorporation of other genotypes allowed validating the technique assuring that a significant number of polymorphic bands were analyzed. Considering the accuracy of the methodology, it was routinely applied to characterize transgenic events of LCP 85-384, TUCCP 77-42, TUC 95-10 and TUC 03-12 at early stages of the process. In conclusion, the use of TRAP markers is a quick and recommendable strategy to characterize and identify transgenic events genetically close to their parental genotypes. This makes possible the selection at the first stages of evaluation of those of the most valuable events to carry out field tests.Fil: Perera, María Francisca. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Ovejero, Silvia Natalia. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Racedo, Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Cuenya, María Inés. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Castagnaro, Atilio Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin

Optimization of phenotyping system in sugarcane to evaluate different strategies against Diatraea saccharalis (Fabricius)

El barrenador de caña de azúcar Diatraea saccharalis (Fabricius) (Lepidoptera: Crambidae) es la plaga más importante del cultivo en Tucumán, Argentina. Los estadios larvales más avanzados perforan los tallos facilitando la colonización de microorganismos que reducen indirectamente el rendimiento y la calidad del azúcar. El objetivo del presente trabajo fue optimizar sistemas de fenotipado de D. saccharalis en caña de azúcar, en condiciones controladas, con el fin de evaluar diferentes estrategias de manejo de la plaga. En primer lugar, diferentes números de larvas neonatas fueron colocadas en el cogollo de plantines de caña de azúcar de dos meses de edad de las variedades TUC 95-10, TUC 03-12 y LCP 85-384. Por otro lado, en plantas individuales de seis meses de edad de TUC 95-10 se inocularon 10 larvas de diferentes estadios y se determinó el número de perforaciones y de vainas dañadas, la longitud total del túnel y elsíntoma del corazón muerto. En ensayos in vitro se inocularon dos larvas neonatas en ápices caulinares extraídos de plantines y se determinó el porcentaje de supervivencia de larvas. Todos los ensayos se realizaron en condiciones controladas (28-30ºC; 50-70% de HR), con dos o tres repeticiones y con 5 - 10 unidades experimentales por tratamiento. En plantines se observó el síntoma del corazón muerto en todos los tratamientos con diferente número de larvas neonatas. Las plantas de seis meses de edad presentaron daños en vaina y tallo cuando se infestaron con los estadios larvales L2, L3 y L4, mientras que las larvas neonatas solo produjeron daño en la vaina. En los ensayos de laboratorio el porcentaje de supervivencia de larvas obtenido fue elevado. Los resultados sugieren que diferentes sistemas de fenotipado empleando material vegetal de distinta edad fueron optimizados y están disponibles para evaluar potenciales estrategias de manejo del barrenador.Sugarcane borer Diatraea saccharalis (Fabricius) (Lepidoptera: Crambidae) is the most important sugarcane pest in Tucumán, Argentina. Older larvae bore into the stalks, facilitating microorganism colonization which indirectly reduces yield and quality of sugar. The aim of the present work was to optimize a sugarcane plant phenotyping method with D. saccharalis under controlled conditions to evaluate different strategies to manage the pest. Different numbers of neonate larvae were placed in the leaf whorl of sugarcane seedling (2-months-old) of cultivars TUC 95-10, TUC 03-12 and LCP 85-384. On the other hand, on single plants 6-month old of TUC 95-10, 10 larvae of several instars were added and the number of perforations and damaged sheath, the tunnel total length and the dead heart symptom were evaluated. In in vitro tests, immature leaf roll disks cut from seedlings were inoculated with two neonate larvae and the larval survival percentage was determined. Each assay was repeated twice or three times with 5 -10 replicates per treatment and conducted under controlled conditions (28-30ºC; 50-70% RH). In seedlings the symptom of the dead heart was observed in all the treatments with different larval number. In the case of the 6-month-old plants, damage in the sheath and stem were observed when infested with L2, L3 and L4 instars, whereas neonate larvae only produced sheath damage. In the laboratory tests, the survival percentage of larvae obtained was high. The results suggest that several methodologies were optimized to evaluate different types of plant material, which are available to study potential strategies for sugarcane borer management.Fil: Budeguer, Florencia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Perera, María Francisca. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Michavila, Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Racedo, Josefina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Vera, Alejandro. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Cuenya, María Inés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán; Argentina. Gobierno de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres; ArgentinaFil: Castagnaro, Atilio Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin

Establecimiento de un banco de plantas madre de caña de azúcar en condiciones semicontroladas para la propagación in vitro

The propagation of sugarcane (Saccharum spp.) Requires seed with physiological and phytosanitary quality. The work was carried out with the objective of establishing a bank of sugarcane mother plants under semi-controlled conditions to guarantee the efficiency of in vitro propagation with plants free of Xanthomonas albilineans. A greenhouse was modified and the structure was remodeled, a Sarán shade mesh (50%) and a sprinkler irrigation system were placed. The plants were grown in plastic containers (20 m3 volume) with a mixture of cachaça compost and zeolite 3:1. Stems of cultivars C98-357, C97-445 and C86-156, without symptoms of leaf scald and with six months of culture, were cut into segments with a bud. Hydrothermal treatment was applied and subsequently the biostimulant VIUSID Agro® (0.8 ml l-1) before the buds planting. At three months of culture, a serological diagnosis was made to detect the presence of X. albilineans. The negative plants were treated with biostimulants and the response of the in vitro establishment was evaluated. Adequate plant growth was achieved under the conditions described. The establishment of a bank of sugarcane mother plants under semi-controlled conditions and its management guaranteed that microbial contamination and phenolic oxidation decreased in the in vitro establishment phase. The effectiveness of the hydrothermal treatment combined with the semi-controlled conditions and the management of the plants make it possible to reduce the incidence of X. albilineans.La propagación de caña de caña de azúcar (Saccharum spp.) requiere de semilla con calidad fisiológica y fitosanitaria. El trabajo se realizó con el objetivo de establecer un banco de plantas madre de caña de azúcar en condiciones semicontroladas para garantizar la eficacia de la propagación in vitro con plantas libres de Xanthomonas albilineans. Se modificó una casa de cultivo y se remodeló la instalación, se colocó malla de sombra Sarán (50%) y un sistema de riego por aspersores. El cultivo de las plantas se realizó en recipientes de plástico (volumen de 20 m3)con una mezcla de compost de cachaza y zeolita 3:1. Tallos sin síntomas de escaldadura foliar y con seis meses de cultivo de los cultivares C98-357, C97-445, y C86-156 se cortaron en segmentos con una yema. Se aplicó tratamiento hidrotérmico y posteriormente el bioestimulante VIUSID Agro® (0.8 ml l-1) antes de la plantación de las yemas. A los tres meses de cultivo se realizó un diagnóstico serológico para detectar la presencia de X. albilineans.  Las plantas negativas se trataron con productos bioestimulantes y se evaluó la respuesta del establecimiento in vitro. En las condiciones descritas se logró el crecimiento adecuado de las plantas. El establecimiento de un banco de plantas madre de caña de azúcar en condiciones semicontroladas y su manejo garantizaron que disminuyera la contaminación microbiana y la oxidación fenólica en la fase de establecimiento in vitro. La efectividad del tratamiento hidrotérmico combinado con las condiciones semicontroladas y el manejo de las plantas permiten disminuir la incidencia de X. albilineans

Plant growth-promoting bacteria isolated from sugarcane improve the survival of micropropagated plants during acclimatisation

The plant microbiome plays an important role in nutrient acquisition and buffering plant hosts against abiotic and biotic stress. During in vitro propagation of sugarcane, pathogenic microorganisms are eliminated and most of the beneficial endophytic microorganisms. The objective of this study was to isolate and characterise potential plant growth-promoting bacteria (PGPB) from sugarcane and to analyse their ability to improve the survival of micropropagated sugarcane plantlets during the acclimatisation stage. First, bacterial isolates from sugarcane were identified by partial 16S rDNA sequencing and tested for plant growth-promoting (PGP) features, such as inorganic and organic phosphate solubilisation nitrogen fixation, siderophore synthesis, indole-3-acetic acid production, tolerance to abiotic stress and antibiotics production. Then three bacterial strains with multiple PGP traits were independently applied to micropropagated seedlings of the sugarcane variety TUC 03-12 when the plants were transferred to a nursery for ex vitro acclimatisation. The effect of selected PGPB on survival rates of micropropagated plantlets was evaluated in three independent assays, using different batches of seedlings. Thirty days after inoculation, 182-Bacillus and 336-Pseudomonas isolates significantly improved the transferred plants survival rate. High variability in plant survival among independent experiments was observed, but treatments with the 336-Pseudomonas strain showed a low mortality rate (20%) in all assays. This procedure constitutes a biological tool to improve the survival of micropropagated plants during greenhouse acclimatisation. Furthermore, it provides an initial tool for selecting bacteria with possible PGP effects in the field. Highlights - A total of 162 isolates obtained from the rhizosphere, rhizoplane, roots, and stems of sugarcane were characterised for plant growthpromoting features and identified by partial 16S rDNA sequencing. - Two PGPBs strains isolated from sugarcane (182-Bacillus and 336-Pseudomonas) significantly improved survival rates of micropropagated seedlings during the acclimatisation stage. - Under different stress conditions, the 336-Pseudomonas strain improved the survival of micropropagated plants during the acclimatisation stage

Botanical characterization of new sugarcane cultivars through molecular and phenotypical markers

El Programa de Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar (PMGCA) de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) genera continuamente nuevas variedades de caña de azúcar, especialmente para laprovincia de Tucumán, Argentina. Una precisa identificación varietal es esencial para proteger los derechos de propiedadintelectual de los nuevos cultivares. Para caracterizar tres cultivares de caña de azúcar recientemente liberados por elPMGCA, en este trabajo se utilizaron marcadores moleculares TRAP y SSR (de sus siglas en inglés de ?Target RegionAmplified Polymorphism? y ?Simple Sequence Repeat?, respectivamente), en combinación con marcadores fenotípicos propuestos por la Unión Internacional para la Protección de las Obtenciones Vegetales (UPOV). Se utilizaron cinco combinaciones de cebadores TRAP y cinco pares de cebadores SSR. Los productos de amplificación se separaron mediante electroforesis en geles de poliacrilamida en condiciones desnaturalizantes. Para la caracterización fenotípica se utilizaron los nueve descriptores obligatorios de la UPOV. Las bandas y los datos morfológicos se transformaron en matrices binarias de 0 y 1, se calculó la similitud y se generaron los dendrogramas utilizando el análisis UPGMA (de sus siglas en inglés de ?Unweighted Pair?Group Method using Arithmetic averages?). Ambos marcadores moleculares revelaron claramente la relación filogenética entre genotipos. La caracterización morfológica permitió diferenciar correctamente las variedades analizadas, revelando únicamente la semejanza externa entre los genotipos. La caracterización completa permitió diferenciar inequívocamente los cultivares recientemente liberados para registrarlos y proteger los derechos de los mejoradores.The Sugarcane Breeding Program of Agroindustrial Experimental Station Obispo Colombres continuously generates new varieties of sugarcane, especially for the province of Tucumán, Argentina. Accurate varietal identification is essential to protect the intellectual property rights of new varieties. In this work, Target Region Amplified Polymorphism (TRAP) and Simple Sequence Repeat (SSR) molecular markers were used, in combination with phenotypic markers proposed by the International Union for Plant Variety Protection (UPOV), to characterize three sugarcane varieties recently released by the local breeding program. Five combinations of TRAP primers and five pairs of SSR primers were used. The amplification products were separated by electrophoresis in polyacrylamide gels under denaturing conditions. For the phenotypic characterization, the nine mandatory UPOV descriptors were used. The bands and morphological data were transformed into binary matrixes of 0 and 1, the similarity was calculated and the dendrograms were generated by the Unweighted pair-group method using arithmetic averages (UPGMA) analysis. Both molecular markers clearly revealed the phylogenetic relationship among genotypes. The morphological characterization correctly differentiated the varieties analyzed; only revealing the external similarity between genotypes. The entire characterization allowed us to unambiguously differentiate the recently released cultivars to register and protect plant breeder’s rights.Fil: Perera, María Francisca. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Costilla, Diego Daniel. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Ovejero, Silvia Natalia. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Aybar Guchea, Matías. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Figueroa, María Fernanda. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Cuenya, María Inés. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Castagnaro, Atilio Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin

Production process of sugarcane vitroplants of guaranteed genetic purity and health in the laboratory stage at the EEAOC

El Proyecto Vitroplantas de caña de azúcar de la Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) se inició en 2001, con el objetivo principal de proporcionar a los productores caña semilla de alta calidad fitosanitaria y pureza genética garantizada. Desde el inicio se incorporaron mejoras en el proceso, como técnicas moleculares para el diagnóstico de enfermedades y evaluación de la pureza genética. Hasta el 2004, la evaluación sanitaria de las vitroplantas para dos enfermedades sistémicas se llevaba a cabo mediante técnicas serológicas. A partir del 2005 se incorporó el diagnóstico molecular basado en PCR para las enfermedades sistémicas más importantes de la región. En 2014, el análisis de identidad genética de vitroplantas realizado desde 2007 por AFLP fue reemplazado por TRAP, que es menos costoso y revela un polimorfismo similar. Recientemente, se implementó un Sistema de Gestión de Calidad que permitió administrar y aumentar la eficiencia en cada paso del proceso de micropropagación. En el período 2001-2019 se micropropagaron 13 variedades comerciales y clones promisorios de caña de azúcar, alcanzando un total de 1.210.519 Vitroplantas. Actualmente, alrededor del 70% de la superficie plantada en Tucumán se cultiva con caña semilla de alta calidad producida por el Proyecto Vitroplantas, lo que se tradujo en una menor incidencia de enfermedades y un aumento gradual de los rendimientos en los campos comerciales de caña de azúcar. Desde el inicio, el Proyecto Vitroplantas ha buscado constantemente mejorar el proceso a fin de obtener un producto capaz de satisfacer la demanda de los productores de caña de azúcarThe Vitroplantas Project of sugarcane of Estación Experimental Agroindustrial Obispo Colombres (EEAOC) was started in 2001. Its main goal is to provide sugarcane producers with seed cane of high phytosanitary quality and guaranteed genetic purity. Since its beginning, improvements in the process such as molecular techniques for disease diagnosis and assessment of genetic purity, have been incorporated. Until 2004 the vitroplant sanitary evaluation for two systemic diseases was carried out by serological techniques. However, since 2005, molecular diagnoses based on PCR for the most regionally important systemic diseases of sugarcane were incorporated. In 2014, the genetic identity analysis of vitroplants undertaken since 2007 with AFLP was replaced by TRAP since it was cheaper and revealed similar polymorphisms. Recently, a Quality Management System, which allows effective administration and increases the efficiency at each step of the micropropagation process, was implemented. Over the 2001-2019 period, 13 commercial and promising sugarcane clones were micropropagated, reaching a total of 1,210,519 Vitroplants. Currently, around 70% of the area under cultivation in Tucumán is occupied by high quality sugarcane seeds produced by the Vitroplantas Project, resulting in lower disease incidence and a gradual increase in yields in commercial fields. This Project has constantly looked at improving the process to obtain a product able to satisfy sugarcane producers’ demands.Fil: Díaz, María Elena. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Perera, María Francisca. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Paz, Nora del Valle. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Insaurralde Rocco, María Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Ovejero, Silvia Natalia. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (P); ArgentinaFil: Cerviño Dowling, Ana María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Castagnaro, Atilio Pedro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; ArgentinaFil: Noguera, Aldo Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tucumán. Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino. Provincia de Tucumán. Ministerio de Desarrollo Productivo. Estación Experimental Agroindustrial "Obispo Colombres" (p). Instituto de Tecnología Agroindustrial del Noroeste Argentino; Argentin