En este laboratorio estudiamos los mecanismos moleculares, bioquímicos
y fisiológicos de la adaptación y respuesta de las plantas al
estrés abiótico. El análisis cubre tanto la transducción
de la señal y los factores de transcripción involucrados, como
la caracterización de la biosíntesis de osmoprotectores, y el
uso de los genes respectivos para mejorar la tolerancia a sequía, salinidad
y temperaturas extremas en los cultivos.
Ámbito de trabajo
La escasez de agua es el problema más grave que enfrenta la agricultura
en el mundo, como también en México, donde las zonas áridas
y semiáridas constituyen más de la mitad del territorio nacional.
El 80 por ciento de los agricultores mexicanos depende de las lluvias para irrigar
y cada día se agrava esta situación debido al cambio climático.
Durante las últimas dos décadas hemos estado trabajando en el
tema de la tolerancia a la sequía en las plantas, particularmente en
el aislamiento y caracterización funcional de genes de plantas del desierto
que confieren resistencia a la sequía. Nuestras investigaciones abarcan
tanto aspectos básicos de la adaptación de las plantas ante el
estrés hídrico como la aplicación de dicho conocimiento
en el mejoramiento de la tolerancia a la sequía en los cultivos. En fecha
reciente, se obtuvieron plantas de frijol y maíz tolerantes a la sequía
al inocular con bacterias que acumulan trehalosa. Además, los cultivos
tienen un aumento significativo en la biomasa vegetativa y en el rendimiento
de grano. Esto es de gran relevancia ya que el aumento exponencial en la población
humana requiere de una producción cada vez mayor de alimentos. En unos
años se espera contar también con maíz y frijol transgénico
con las propiedades antes señaladas, el cual será de gran ayuda
para la agricultura en nuestro país. También hemos desarrollado
el uso del gen de la trehalosa 6-fosfato sintasa como marcador de selección
para obtener plantas transgénicas, evitando así el uso de genes
de resistencia a antibióticos u herbicidas. Además, estamos trabajando
en el desarrollo de un proceso para la producción de trehalosa que abarate
su precio, ya que éste disacárido es un conservador natural de
alimentos que permite preservar no solo organismos o células como la
levadura, sino también enzimas, vacunas, y alimentos en estado deshidratado
a temperatura ambiente durante meses o aun años sin que pierdan sus propiedades
de olor, sabor, textura y color al ser rehidratados de nuevo. Por lo que existe
gran interés de la industria farmacéutica y alimentaría
en usar la trehalosa para almacenar sus productos en estado deshidratado con
el consecuente ahorro en congelamiento.
Líneas de generación del conocimiento
Mejoramiento de la tolerancia al estrés abiótico.
Obtención de plantas mejoradas para la generación de biocombustibles.
Obtención de plantas capaces de fitoremediar suelos contaminados con xenobióticos.
Metabolismo de la trehalosa en plantas y microorganismos y su función
en la tolerancia el estrés abiótico.
Obtención de plantas transgénicas tolerantes a sequía,
salinidad y temperaturas extremas.
Papel de la trehalosa en la interacción planta-patógeno
Caracterización de mutantes de Arabidopsis insensibles a trehalosa, en
colaboración con los Dres. Johan Thevelein y Patrick Van Dijck, y financiado
por CONACYT 46078-Z (2005-08).
Obtención y evaluación de Phaseolus vulgaris y Zea mays tolerantes
a la sequía, en colaboracíon con los Dres. Carmen Vargas, Ma.
Jesús Delgado, Oscar Mascorro,
financiado por CYTED 107PIC0312 (2007-2011).
Desarrollo de bioinoculantes que confieren tolerancia a sequía en los
cultivos, en colaboración con el Dr. Jesús Caballero.
Expresión de toxinas de arácnidos en plantas, en colaboración
con los Drs. Gerardo Corzo, Elba Villegas y Víctor Hernández.
Análisis de mutantes de Pseudomonas syringae pv. tomato en la biosíntesis
de trehalosa en su interacción con plantas de A. thaliana.
Generación de plantas transgénicas de banano tolerantes a estrés
salino, en colaboración con los Drs. Luis Carlos Rodríguez y Jorge
Santamaría.
Publicaciones
Santamaría, J.M., Hernández-Portilla, D., Chi-Manzanero, B.H., Espadas, F., Castaño, E., Iturriaga, G., Rodríguez-Zapata, L.C. 2009. Incorporation of two trehalose biosynthetic genes in banana increases trehalose levels and protects the photosynthetic apparatus from salt stress damage. Journal of Horticultural Science and Biotechnology 84: 665-671.
Iturriaga, G., Suárez, R., Nova-Franco, B. 2009. Trehalose metabolism: from osmoprotection to signaling. International Journal of Molecular Science 10: 3793-3810.
Hernández-Campuzano, B., Suárez, R., Lina, L., Hernández, V., Villegas, E., Corzo, G., Iturriaga, G. 2009. Expression of a spider venom peptide in transgenic tobacco confers insect resistance”. Toxicon 53: 122-128.
Suárez, R., Calderón, C., G. Iturriaga. 2009. Improved tolerance to multiple abiotic stresses in transgenic alfalfa accumulating trehalose. Crop Science. 49:1791-1799.
Rodríguez-Salazar, S.J., Suárez, R., Caballero-Mellado, J., Iturriaga, G. 2009. Trehalose accumulation in Azospirillum improves drought tolerance and biomass in maize plants. FEMS Microbiology Letters. 296: 52-59
Iturriaga G. 2008. The LEA proteins and trehalose loving couple: a step forward
in anhydrobiotic engineering. Biochemical J. 410: 1-2.
Suárez R., Wong A., Ramírez M., Barraza A., Orozco M.C., Cevallos
M.A., Lara M., Hernández G., Iturriaga, G. 2008. Improvement of drought
tolerance and grain yield in common bean by overexpressing trehalose-6-phosphate
synthase in rhizobia. Molecular Plant Microbe Interactions, 21: 958-966.
Mascorro Gallardo, J.O., Iturriaga de la Fuente, G. 2007. La biotecnología
moderna y el mejoramiento de la tolerancia al estrés hídrico en
los cultivos. En: Biotecnología Agrícola en México: oportunidades,
retos y perspectivas (Ed. J.L Solleiro). AgroBIO-México. ISBN970-93860-1-8.
México, D.F. pp: 31-46.
Miranda J.A., Avonce N., Suárez R., Thevelein J.M., Van Dijck, P., Iturriaga
G. 2007. A bifunctional TPS-TPP enzyme from yeast confers tolerance to multiple
and extreme abiotic-stress conditions in transgenic Arabidopsis. Planta, 226:1411-1421.
Leyman B., Avonce, N., Ramon M., Van Dijck P., Iturriaga, G., Thevelein J.M.
2006. Trehalose-6-phosphate synthase as an intrinsic selection marker for plant
transformation. J. Biotechnol, 121: 309-317.
Valle-Sandoval, M.R., Mascorro-Gallardo, J.O., Gil-Vázquez, I., Iturriaga de la Fuente, G. 2008. Regeneracion directa in vitro de crisantemo, Dendranthema grandiflorum Kitam, a partir de segmentos de tallo. Universidad y Ciencia. 24: 219-227.
Velasco-García R., Villalobos M.A., Ramírez-Romero M.A., Mújica-Jiménez
C., Iturriaga G., Muñoz-Clares, R.A. 2006 Betaine aldehyde dehydrogenase
from Pseudomonas aeruginosa: cloning, over-expression in Escherichia coli, and
regulation by choline and salt. Arch. of Microbiol., 185: 14-22.
Iturriaga G., Cushman M.A., Cushman J.C. 2006. An EST catalogue from the resurrection
plant Selaginella lepidophylla reveals stress-adaptive genes. Plant Science,
170: 1173-1184.
Avonce N., Mendoza-Vargas A., Morett E., Iturriaga G. 2006. Insights on the
evolution of trehalose biosynthesis. BMC Evolutionary Biology. 6 (109): 1-15.
Orozco MC., Barraza A., Wong A., Suárez R., Iturriaga G. 2006. A Rhizobium
etli mutant in trehalose-6-phosphate synthase gene is stress sensitive and affects
plant growth. En: Biology of Plant-Microbe. Interactions 5 (Eds. F. Sánchez,
C. Quinto, I. López-Lara, O. Geiger). International Society for Plant-Microbe
Interactions. St. Paul, MN. pp: 494-499.
Iturriaga G., Barraza A., Suárez R. Método para mejorar
el rendimiento y tolerancia al estrés abiótico de los cultivos
de leguminosas y gramíneas inoculados con bacterias con contenido de
trehalosa incrementado. Solicitud de patente en México (PA/E/2006/077843).
Colaboraciones
Dr. Jesús Caballero Mellado, Centro de Ciencias Genómicas, UNAM.
Dr. Gerardo Corzo Burguete, Instituto de Biotecnología, UNAM, Cuernavaca,
Mor.
Dra. María Jesús Delgado Igeño, CSIC, Granada, España.
Dr. Víctor Hernández Velázquez, Centro de Investigación
en Biotecnología, UAEM, Cuernavaca, Mor.
Dr. Axel Tiessen, CINVESTAV, Irapuato, Gto.
Dr. Oscar Mascorro Gallardo, Universidad Autónoma de Chapingo, Texcoco,
Edo. de México.
Dra. Carmen Vargas, Universidad de Sevilla, España.
Dr. Alejandro Perticari, INTA, Buenos Aires, Argentina.
Dr. Francisco Aragao, EMBRAPA, Brasilia, Brasil.
Dr. Jorge Santamaría y Dr.Luis Carlos Rodríguez, CICY, Mérida, Yuc.
Dr. Alfredo Herrera, LANGEBIO, Irapuato, Gto.
Dr. Miguel Angel Ramírez, CCG-UNAM, Cuernavaca, Mor.
Dr. Johan Thevelein y Dr. Patrick Van Dijck, Katholieke Universiteit, Leuven, Bélgica
Becas
