Advances and challenges of gene editing for plant breeding

La edición génica (EG) constituye una de las tecnologías más revolucionarias de la biotecnología moderna, con especial importancia en el mejoramiento de la calidad y el rendimiento de los cultivos. Desde su primera aplicación en plantas en el año 2012, el sistema CRISPR/Cas se ha establecido como la técnica de EG más utilizada en mejoramiento, dado que permite obtener resultados de forma predecible, rápida y económica. Estas características, acopladas a las recientes políticas regulatorias adoptadas por los países de nuestra región, plantean un escenario de oportunidad para el uso de la EG en la mejoramiento de plantas para la agricultura moderna. En este artículo, hacemos una revisión de los avances de CRISPR/Cas en el mejoramiento de especies vegetales y sus potencialidades. Adicionalmente, discutimos el marco regulatorio planteado para los organismos vegetales editados, haciendo foco en los países de nuestra región. Finalmente, se presentan los desafíos y perspectivas que posee el uso de esta tecnologíaGene editing (GE) represents a revolutionary technology in modern biotechnology, with special importance in crop improvement for yield, quality and sustainability. Since its early application in plants in 2012, CRISPR has been established as the preferred GE technique for plant breeding, since it produces results in a more predictable, faster and cheaper manner. These characteristics, coupled with recently adopted regulatory frameworks by several countries, sets an ideal scenario for CRISPR application for plant breeding in modern agriculture. Here, we review advances of CRISPR in crop breeding and their potential. In addition, we present the regulatory framework for crops obtained by gene editing technologies, focusing on South American countries. Finally, we analyze challenges and prospective on CRISPR/Cas applications in plant breeding.Fil: Massa, Gabriela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; ArgentinaFil: Gonzalez, Matías Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; ArgentinaFil: Feingold, Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; Argentin

Edición génica con el sistema CRISPR/Cas9: historia de su descubrimiento y alcances en agricultura

La conversión del sistema inmune procariota CRISPR/Cas9 en una herramienta molecular para edición génica representa el avance tecnológico más destacado de la última década, y ha revolucionado tanto la investigación básica como el desarrollo de aplicaciones en diversas áreas de las ciencias de la vida. Los alcances de esta tecnología han sido reconocidos con el Premio Nobel en Química del año 2020. En las especies vegetales, CRISPR/Cas9 permite la modificación de secuencias genómicas con una eficiencia y especificidad sin precedentes, lo que permite la creación de genotipos con caracteres beneficiosos que permiten afrontar la creciente demanda global de alimentos en un marco de adversidades crecientes da-das por el cambio climático. La creación de esta herramienta y los avances obtenidos con su empleo, no hubiesen sido posibles sin el fundamental aporte de las investigaciones pioneras que permitieron el descubrimiento de los sistemas CRISPR en procariotas. En este artículo, abordamos la historia del descubrimiento de CRISPR hasta el punto de inflexión en su adopción como sistema para edición génica y discutimos su potencial como herramienta en el mejoramiento de los cultivos y sus perspectivas a futuro.The adoption of the prokaryotes-immune system CRISPR/Cas9 as a genome-editing tool represents the most outstanding technological advance of the last decade and has revolutionized both basic research and applied developments in many areas of life sciences. The recognition of this technology was reflected with the 2020 Nobel Prize in Chemistry. In plant research, CRISPR/Cas9 allows for the first time the precise modification of genomic sequences with unprecedented efficiency and specificity, allowing the creation of genotypes with beneficial traits that would allow facing the growing global food demand under the constraints of a global warming scenario. The development of this technology and the advances obtained with its use would not have been possible without the fundamental contribution of the basic research behind the discovery of the CRISPR systems in prokaryotes. In this article, we address the history of the discovery of CRISPR into the inflection point of its adoption as a genome-editing tool and discuss its potential in crop breeding and its future prospects.Fil: Gonzalez, Matías Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; ArgentinaFil: Feingold, Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; Argentin

Efficient CRISPR/Cas9 Genome Editing in Alfalfa Using a Public Germplasm

Because its ability to acquire large amounts of nitrogen by symbiosis, tetraploid alfalfa is the main source of vegetable proteins in meat and milk production systems in temperate regions. Alfalfa cultivation also adds fixed nitrogen to the soil, improving the production of non-legumes in crop rotation and reducing the use of nitrogen fertilizers derived from fossil fuel. Despite its economic and ecological relevance, alfalfa genetics remains poorly understood, limiting the development of public elite germplasm. In this brief article, we reported the high-efficiency of alfalfa mutagenesis by using the public clone C23 and the CRISPR/Cas9 system. Around half of the GUS overexpressing plants (35S-GUS under C23 genomic background) transformed with an editing plasmid containing two sgRNAs against the GUS gene and the Cas9 nuclease exhibited absence of GUS activity. Nucleotide analysis showed that the inactivation of GUS in CRISPR/Cas9-editing events were produced via different modifications in the GUS gene, including frameshift and non-sense mutations. Using the CRISPR/Cas9 system and two sgRNAs, we have also edited the alfalfa gene NOD26, generating plants with different doses of alleles at this locus, including complete gene knockout at high efficiency (11%). Finally, we discuss the potential applications of genome-editing technologies to polyploid research and to alfalfa improvement public programs.Fil: Bottero, Ana Emilia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Gonzalez, Matías Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; ArgentinaFil: Stritzler, Margarita. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo; ArgentinaFil: Tajima, Hiromi. University of California; Estados UnidosFil: Gómez, Cristina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo; ArgentinaFil: Frare, Romina Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo; ArgentinaFil: Feingold, Sergio. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible. - Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estacion Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación Para la Producción Agropecuaria y El Desarrollo Sostenible.; ArgentinaFil: Blumwald, Eduardo. University of California; Estados UnidosFil: Ayub, Nicolás Daniel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo; ArgentinaFil: Soto, Gabriela Cynthia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigación en Ciencias Veterinarias y Agronómicas. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo | Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular. Grupo Vinculado Instituto de Genética "Ewald A. Favret" al Iabimo; Argentin

State of the art of genetic engineering in potato: from the first report to its future potential

Potato (Solanum tuberosum L.) is a crop of world importance that produces tubers of high nutritional quality. It is considered one of the promising crops to overcome the challenges of poverty and hunger worldwide. However, it is exposed to different biotic and abiotic stresses that can cause significant losses in production. Thus, potato is a candidate of special relevance for improvements through conventional breeding and biotechnology. Since conventional breeding is time-consuming and challenging, genetic engineering provides the opportunity to introduce/switch-off genes of interest without altering the allelic combination that characterize successful commercial cultivars or to induce targeted sequence modifications by New Breeding Techniques. There is a variety of methods for potato improvement via genetic transformation. Most of them incorporate genes of interest into the nuclear genome; nevertheless, the development of plastid transformation protocols broadened the available approaches for potato breeding. Although all methods have their advantages and disadvantages, Agrobacterium-mediated transformation is the most used approach. Alternative methods such as particle bombardment, protoplast transfection with polyethylene glycol and microinjection are also effective. Independently of the DNA delivery approach, critical steps for a successful transformation are a rapid and efficient regeneration protocol and a selection system. Several critical factors affect the transformation efficiency: vector type, insert size, Agrobacterium strain, explant type, composition of the subculture media, selective agent, among others. Moreover, transient or stable transformation, constitutive or inducible promoters, antibiotic/herbicide resistance or marker-free strategies can be considered. Although great efforts have been made to optimize all the parameters, potato transformation protocols are highly genotype-dependent. Genome editing technologies provide promising tools in genetic engineering allowing precise modification of targeted sequences. Interestingly, transient expression of genome editing components in potato protoplasts was reported to generate edited plants without the integration of any foreign DNA, which is a valuable aspect from both a scientific and a regulatory perspective. In this review, current challenges and opportunities concerning potato genetic engineering strategies developed to date are discussed. We describe their critical parameters and constrains, and the potential application of the available tools for functional analyses or biotechnological purposes. Public concerns and safety issues are also addressed.Instituto de BiotecnologíaFil: Nahirñak, Vanesa. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Nahirñak, Vanesa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Almasia, Natalia Ines. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Almasia, Natalia Ines. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: González, Matías Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); ArgentinaFil: González, Matías Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); ArgentinaFil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Feingold, Sergio Enrique. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible (IPADS); ArgentinaFil: Feingold, Sergio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hopp, Horacio Esteban. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Hopp, Horacio Esteban. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Hopp, Horacio Esteban. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Vazquez Rovere, Cecilia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular; ArgentinaFil: Vazquez Rovere, Cecilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Transformación eficiente de Solanum tuberosum cv. Spunta mediada por Agrobacterium tumefaciens utilizando higromicina como agente selectivo

La transformación genética de plantas es una herramienta biotecnológica de alto impacto en el mejoramiento vegetal, que brinda la posibilidad de obtener nuevos cultivos que se adapten a las demandas de producción y de consumo. Actualmente la estrategia de transformación más utilizada en papa se basa en la incorporación de genes completos vía Agrobacterium tumefaciens. El objetivo del presente trabajo fue desarrollar el primer protocolo de transformación para Solanum tuberosum cv. Spunta mediado por Agrobacterium tumefaciens utilizando el antibiótico higromicina como agente de selección. Para ello se transformaron explantes de papa cv. Spunta utilizando A. tumefaciens con un vector binario conteniendo el gen hpt, que confiere resistencia al antibiótico higromicina. Se realizaron determinaciones moleculares y fenotípicas, para validar tanto la eficiencia del protocolo de transformación como la acción del antibiótico higromicina como agente de selección. Se obtuvieron 62 ápices regenerados de los explantes inoculados con A. tumefaciens (62% de regeneración) de las cuales 30 plantas fueron positivas para el gen hpt. Considerando como eficiencia de transformación el número de plantas transgénicas / el número de explantes inoculados, obtuvimos un 30 % de eficiencia. El presente trabajo permitió desarrollar un protocolo sencillo y eficiente de transformación genética de papa cv. Spunta mediante A. tumefaciens utilizando higromicina como agente selectivo.Plant genetic transformation is a biotechnological tool with a high impact on plant breeding since it offers the possibility of introducing new traits in crops to fulfill the demands of production and consumption. The most widely used transformation strategy in potato is based on integration of genes via A. tumefaciens. The objective of the present work was to develop a transformation protocol for Solanum tuberosum cv. Spunta mediated by A. tumefaciens using hygromycin as a selective agent. For this, explants of potato cv. Spunta were transformed using A. tumefaciens with a binary vector containing the hygromycin conferring resistance transgene (hpt) under the control of NOS promoter. Molecular and phenotypic determinations were performed to validate both the efficiency of the transformation protocol and the performance of hygromycin as a selection agent. Sixty-two regenerated shoots were obtained from explants inoculated with A. tumefaciens (62% regeneration) of which 30 plants were positive for the hpt gene. Thirty percent transformation efficiency -calculated as the number of transgenic plants / the number of explants inoculated- was obtained using this protocol. The present work developed presents a simple and efficient protocol for genetic transformation of potato cv. Spunta by A. tumefaciens using hygromycin as a selective agent.Fil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Coronel, Joel. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Storani, Leonardo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Gonzalez, M. N.. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Feingold, Sergio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentin

Obtención de plantas de papa sobrexpresantes de la aspartil proteasa StAP3 para incrementar la tolerancia a sequía

Una de las consecuencias del cambio climático es el estrés generado por la disminución de disponibilidad de agua (Leakey et al., 2009). La planta de papa, que representa una de las fuentes alimenticias más importantes para el hombre, es un cultivo que es altamente afectado por este tipo de estrés. Debido a estas pérdidas, resulta necesario dirigir mayor esfuerzo hacia la comprensión de los mecanismos de defensa desarrollados por la planta frente a condiciones de estrés por sequía. Las aspartil proteasas (AP) son enzimas proteolíticas que se encuentran en todos los seres vivos, y específicamente en las plantas poseen una activa participación en las respuesta adaptativa frente a condiciones de estrés. Entre estas funciones muy diversas, se ha reportado que la expresión de las mismas confieren tolerancia al estrés hídrico (Yao et. al., 2012, D´Ippolito et. al., 2020)Fil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: D`Ippólito, S. Universidad Nacional de Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Rey, María Florencia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Norero, Natalia Sigrid. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Feingold, Sergio Enrique. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Guevara, Gabriela. Universidad Nacional de Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Reduced Enzymatic Browning in Potato Tubers by Specific Editing of a Polyphenol Oxidase Gene via Ribonucleoprotein Complexes Delivery of the CRISPR/Cas9 System

Polyphenol Oxidases (PPOs) catalyze the conversion of phenolic substrates to quinones, leading to the formation of dark-colored precipitates in fruits and vegetables. This process, known as enzymatic browning, is the cause of undesirable changes in organoleptic properties and the loss of nutritional quality in plant-derived products. In potato (Solanum tubersoum L.), PPOs are encoded by a multi-gene family with different expression patterns. Here, we have studied the application of the CRISPR/Cas9 system to induce mutations in the StPPO2 gene in the tetraploid cultivar Desiree. We hypothesized that the specific editing of this target gene would result in a lower PPO activity in the tuber with the consequent reduction of the enzymatic browning. Ribonucleoprotein complexes (RNPs), formed by two sgRNAs and Cas9 nuclease, were transfected to potato protoplasts. Up to 68% of regenerated plants contained mutations in at least one allele of the target gene, while 24% of edited lines carried mutations in all four alleles. No off-target mutations were identified in other analyzed StPPO genes. Mutations induced in the four alleles of StPPO2 gene, led to lines with a reduction of up to 69% in tuber PPO activity and a reduction of 73% in enzymatic browning, compared to the control. Our results demonstrate that the CRISPR/Cas9 system can be applied to develop potato varieties with reduced enzymatic browning in tubers, by the specific editing of a single member of the StPPO gene family.Fil: Gonzalez, Matías Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Andersson, Mariette. Swedish University of Agricultural Sciences; SueciaFil: Turesson, Helle. Swedish University of Agricultural Sciences; SueciaFil: Olsson, Niklas. Swedish University of Agricultural Sciences; SueciaFil: Fält, Ann Sofie. Swedish University of Agricultural Sciences; SueciaFil: Storani, Leonardo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Hofvander, Per. Swedish University of Agricultural Sciences; SueciaFil: Feingold, Sergio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires Sur. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Comparative analysis of CRISPR/Cas9 delivery approaches for polyphenol oxidase 2 gene editing in potato

PosterStPPO2 gene editing was analyzed by Agrobacterium mediated transformation with CR-PPO vector, ribonucleoprotein complexes (RNP-PPO) transfection to protoplasts, and CR-PPO transient expression in protoplasts, yielding efficiencies of 9.6%, 18.4%, and 31.9%, respectively. Transient expression of CR-PPO in protoplasts resulted in tetra-allelic edited lines, observed in 46% of total edited lines. On-target DNA insertions were found in lines from all three approaches. Loss of function of the StPPO2 protein was confirmed in a tetra-allelic edited line.EEA BalcarceFil: González, Matías Nicolás. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina.Fil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina.Fil: Massa, Gabriela Alejandra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina.Fil: Anderson, Mariette. Swedish University of Agricultural Sciences. Department of Plant Breeding; Suecia.Fil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina.Fil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina.Fil: Turesson, Helle. Swedish University of Agricultural Sciences. Department of Plant Breeding; Suecia.Fil: Storani, Leonardo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina.Fil: Olsson, Niklas. Swedish University of Agricultural Sciences. Department of Plant Breeding; Suecia.Fil: Fält , Ann Sofie. Swedish University of Agricultural Sciences. Department of Plant Breeding; Suecia.Fil: Hofvander, Per. Swedish University of Agricultural Sciences. Department of Plant Breeding; Suecia.Fil: Feingold, Sergio Enrique. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina

Reduced enzymatic browning in potato tubers by specific editing of a Polyphenol oxidase gene via Ribonucleoprotein complexes delivery of the CRISPR/Cas9 System.

Polyphenol Oxidases (PPOs) catalyze the conversion of phenolic substrates to quinones, leading to the formation of dark-colored precipitates in fruits and vegetables. This process, known as enzymatic browning, is the cause of undesirable changes in organoleptic properties and the loss of nutritional quality in plant-derived products. In potato (Solanum tubersoum L.), PPOs are encoded by a multi-gene family with different expression patterns. Here, we have studied the application of the CRISPR/Cas9 system to induce mutations in the StPPO2 gene in the tetraploid cultivar Desiree. We hypothesized that the specific editing of this target gene would result in a lower PPO activity in the tuber with the consequent reduction of the enzymatic browning. Ribonucleoprotein complexes (RNPs), formed by two sgRNAs and Cas9 nuclease, were transfected to potato protoplasts. Up to 68% of regenerated plants contained mutations in at least one allele of the target gene, while 24% of edited lines carried mutations in all four alleles. No off-target mutations were identified in other analyzed StPPO genes. Mutations induced in the four alleles of StPPO2 gene, led to lines with a reduction of up to 69% in tuber PPO activity and a reduction of 73% in enzymatic browning, compared to the control. Our results demonstrate that the CRISPR/Cas9 system can be applied to develop potato varieties with reduced enzymatic browning in tubers, by the specific editing of a single member of the StPPO gene family.EEA BalcarceFil: González, Matías Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET); Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET); Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agraria; Argentina.Fil: Andersson, Mariette. Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Plant Breeding; SueciaFil: Turesson, Helle. Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Plant Breeding; SueciaFil: Olsson, Niklas. Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Plant Breeding; SueciaFil: Fält, Ann-Sofie. Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Plant Breeding; SueciaFil: Storani, Leonardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET); Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Decima Oneto, Cecilia. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; ArgentinaFil: Hofvander, Per. Swedish University of Agricultural Sciences, Department of Plant Breeding; SueciaFil: Feingold, Sergio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina

Identificación y caracterización de Aspartil proteasas en Solanum tuberosum relacionadas a diferentes tipos de estrés

En este trabajo, realizamos un análisis del genoma de S. tuberosum para explorar las funciones potenciales de las Aspartil proteasas (AP, EC 3.4.23). Las APs son enzimas proteolíticas con funciones muy diversas que se encuentran en todos los seres vivos (1). Muchas de estas enzimas se encuentran involucradas en la respuesta de defensa de las plantas frente a diferentes situaciones de estrés. En los últimos años con la disponibilidad de genomas completamente secuenciados y herramientas bioinformáticas se ha hecho posible su identificación y estudio a gran escala.EEA BalcarceFil: Norero, Natalia Sigrid. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Rey Burusco, MF. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: D`Ippólito S. Universidad Nacional de Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.Fil: Castellote, Martín Alfredo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Décima Oneto, Cecilia Andrea. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Massa, Gabriela Alejandra. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Agrarias; ArgentinaFil: Feingold, Sergio Enrique. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Estación Experimental Agropecuaria Balcarce; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Instituto de Innovación para la Producción Agropecuaria y el Desarrollo Sostenible; ArgentinaFil: Guevara, Gabriela. Universidad Nacional de Mar del Plata. Instituto de Investigaciones Biológicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina