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Efecto del calentamiento global en daños fisiológicos y
su repercusión en la producción de alimentos
Alcocer C, Idrovo F, Espadas F, Blumwald E,
Higuera I, Fuentes G, Santamaría JM.
Mesa redonda: Biología de ecosistemas y manejo de plagas ante el cambio climático,
Mérida Marzo 14, 2013
Contenido
• El problema
• Efectos en rendimientos
• Daños fisiológicos
– Daño en fotosíntesis
– Daño en crecimiento
– Daños en biología floral
– Daños en calidad de frutos
• Perspectivas para contrarrestar estos efectos
El problema…
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Deficit de alimentos
• Incremento acelerado en la población mundial.
• La producción de alimentos debe al menos
duplicarse en los próximos años.
• El panorama empeora con el efecto de cambio
climático en la producción de alimentos (efectos
en los rendimientos bajo condiciones de calor,
sequía, etc).
• Es necesario generar variedades tolerantes a
calor y sequía para que se generen rendimientos
suficientes aun en estrés, para abastecer.
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Global Climate Change and Extreme Weather Events: Understanding the Contributions
to Infectious Disease Emergence: Workshop Summary.
Institute of Medicine (US) Forum on Microbial Threats.
Washington (DC): National Academies Press (US); 2008.
Global temperature
6
7
Daño actual
Max temp Mérida Yucatán
39
37
Max Temp oC
35
33
2011
1951 - 1980
31
29
27
25
ene
feb
mar abr may jun
jul
ago
sep
oct
nov
dec
Daños de las altas temperaturas
en plantas
Efecto de las altas temperaturas en plantas
Leaf damage (reduced photosynthesis)
HEAT ASSOCIATED
FLOWER ABORTION
Papaya flower
Papaya fruits
11
Heat asociated fruit malformations
24/sept/2009
20/julio/2006
Carpeloidy
24/oct/2006
Malformations
Poor growth
Imagen: Com. Pers. Talavera, 2011
(Laboratorio de Fisiología Molecular-CICY)
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Efecto del calor en los
Rendimientos
Efecto del calor sobre
Rendimientos en maíz
2030
• Trigo
• Maíz
• Arroz
Rendimiento
2090
Daños fisiológicos
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Especies C4,
Atriplex sabulosa; nativa de
climas frios norte california
Tidestromia oblongifolia;
nativa de climas calidos del
valle muerto
23 oC
25.5 oC
28 oC
V
Baja la tasa de expansión foliar
Bajan las tasas fotosintéticas (50%)
H
R
H
R
R
H
25
R
H
R
R
25 oC
35
45
25
40
45
oC
40
45
Efficiency of PSII and
carotenoid content drops
Fluorescence data
Carotenoides
Carotenoid content
600
Carotenoides (mg g-1)
Hoja
Tallo
Peciolo
Leaves
500
400
300
200
100
Stem
0
Petioles
20
25
30
35
40
Temperatura
45
50
55
26
Cambios expresión de genes durante el
estrés x calor y durante su recuperación
ESTRÉS OXDATIVO
DISRUPCION DE HOMEOSTASIS IONICA Y
OSMOTICA
DAÑO EN MEMBRANAS
Y PROTEINAS
Perspectivas para minimizar los
daños
Aumentar la tolerancia de los cultivos al calor:
• Mejoramiento tradicional (parientes
silvestres).
• Mejoramiento asistido x marcadores (QTL).
• Ingeniería genética.
Aplicación de termo-protectores (glicina
betaína, SA).
Molecular Assisted Selection (QTL)
Why heat shock factors?
Estrella, 2012
34
Papel de HSF y HSP en la respuesta de
las plantas al calor
Signal Transduction Pathways activated
in responses to heat stress in plants
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“Molecular Characterization of HSF Genes in
Carica papaya cv Maradol, IN RESPONSE TO
HEAT STRESS”
OBJECTIVE:
To evaluate the possible role of the TF HSF in improving
heat tolerance in C. papaya
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Phylogenetic tree between A. thaliana and C.
papaya cv SunUp sequences.
Green: Arabidopsis
Red: C. Papaya
AthsfB2b
AthsfB1
AthsfC1
AthsfA1b
AthsfA1a
AthsfA2
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Temperature stress in papaya
25°C
A
30°C
B
50 0C
40°C
C
D
Papaya Plantlets (54 days old) exposed: at A) 25°C (control group), B) 30°C, C) 40°C and D)
50°C, temperature stress for 1 h.
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HSF papaya
Durante el estrés
CpHSFA1A
CpHSFA1b
CpHSFB1
CpHSFb
CpHSFb
CpHSFc
EF1
Persistentes Recuperación
Current work
• Clonning CphsfA1b and CphsfB1
• Transformation
• Over-expression
• Challenge TP with heat
• Increased heat tolerance?
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Scholarship
Project Grant
MC. Christian
Alcocer
MC. Francisco
Espadas
Dra. Gabriela
Fuentes
Dr. Fabio
Dr. Inocencio Higuera
Idrovo
Dr. Eduardo
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Blumwald
Mesa redonda:
Biología de ecosistemas y manejo de plagas ante
el cambio climático
Mérida Marzo 14, 2013
GRACIAS
jorgesm@cicy.mx