Biotecnología Vegetal

Biotechnology in Plinia spp.: needs and perspectives for a neglected group of fruit species

ABSTRACT Plinia species comprise a group of underrated fruit trees native to the South and Central American neotropics. Their fruits have high potential as a nutraceutical food and to the medicinal industry. However, among the 80 accepted species, less than a dozen are cultivated. In this review, the state-of-the-art of the genetic diversity and the techniques of vegetative propagation of Plinia spp. was updated. Therewith, it is intended to encourage further studies for genetically disentangle the taxonomic classification the species, and the development of propagation protocols towards the establishment of commercial plantations. Establishing commercial orchards of Plinia species may open new markets for this fruit crop, but the absence of breeding programs and superior quality seedlings hinder such endeavors. The main outcomes of this study are the need of using molecular approaches for solving the taxonomic uncertainties among Plinia species and micropropagation protocols to overcome the difficulties concerning to the vegetative propagation of this species.

RESUMEN Las especies de Plinia comprenden un grupo subestimado de árboles frutales nativos de los neotrópicos de América del Sur y Central. Sus frutos tienen un alto potencial como alimento nutracéutico y para la industria medicinal. Sin embargo, entre las 80 especies aceptadas, se cultivan menos de una docena. En esta revisión, se actualizó el estado del arte de la diversidad genética y las técnicas de propagación vegetativa de Plinia spp. Con ello, se propondrá impulsar nuevos estudios para dilucidar genéticamente la clasificación taxonómica de la especie y el desarrollo de protocolos de propagación hacia el establecimiento de plantaciones comerciales. El establecimiento de plantaciones comerciales de especies de Plinia spp. puede abrir nuevos mercados para este cultivo de frutas, pero la ausencia de programas de mejoramiento genético y plántulas de calidad superior obstaculizan tales esfuerzos. Los principales resultados de este estudio son la necesidad de utilizar enfoques moleculares para resolver las incertidumbres taxonómicas entre las especies de Plinia y los protocolos de micropropagación para superar las dificultades relacionadas con la propagación vegetativa de esta especie.

I n vitro response differentiation of Phaseolus vulgaris cv. ‘ICA Pijao’ and cv. ‘Tío Canela- 75’ to high temperatures

RESUMEN Para desarrollar un protocolo de selección in vitro se hace necesario lograr la diferenciación entre cultivares tolerantes y susceptibles al factor estudiado. El presente trabajo se realizó con el objetivo de seleccionar la temperatura que permita diferenciar in vitro la respuesta de los cultivares de Phaseolus vulgaris ‘ICA Pijao’ (susceptible) y ‘Tío Canela- 75’ (tolerante) a altas temperaturas. Se aplicaron diferentes temperatura (30, 35, 40, 45 y 50 °C) a semillas de los dos cultivares. Se evaluó in vitro, el porcentaje de germinación de las semillas, longitud de la radícula y la plúmula, número de explantes que formaron callos y número de brotes por callo. Se logró diferenciar entre el cv. ‘ICA Pijao’ (susceptible) y ‘Tío Canela- 75’ (Tolerante) con las variables longitud de la radícula, longitud de la plúmula, porcentaje de callos formados y número de brotes regenerados. Se seleccionó 35 °C como agente selectivo.

ABSTRACT To develop an in vitro selection protocol, it is necessary to differentiate between tolerant and susceptible cultivars to the studied factor. The present work was carried out with the objective of selecting the temperature that allows to in vitro differentiating the response of the Phaseolus vulgaris cultivars 'ICA Pijao' (susceptible) and 'Tío Canela-75' (tolerant) to high temperatures. Different temperatures (30, 35, 40, 45 and 50 °C) were applied to seeds of the two cultivars. In vitro seed germination percentage, radicle and plumule length, number of explants that formed callus and number of shoots per callus were evaluated. It was possible to differentiate between cv. ‘ICA Pijao’ (susceptible) and ‘Tío Canela- 75’ (tolerant) with the variables radicle length, plumule length, percentage of calli formed and number of regenerated shoots. It was selected 35 °C as the selective agent.

Scale up the of production microbial-based bioproduct obtained by static fermentation

RESUMEN El desarrollo de bioproductos con aplicaciones agrícolas se requiere que los resultados obtenidos a nivel de laboratorio puedan escalarse. El objetivo de este trabajo fue escalar la producción de un bioproducto de origen microbiano obtenido por fermentación estática de un cultivo mixto. Se realizó un cultivo discontinuo mixto con una mezcla de melaza y suero de leche en agua como fuentes de nutrientes e inóculo. Se estimó la cinética de crecimiento global a través de la biomasa así como las variaciones del pH y °Brix. A partir de los resultados se realizó un escalado de laboratorio (5 litros) y otro de planta piloto (24, 200 y 2100 L). La biomasa microbiana se incrementó en el tiempo, el pH y los °Brix decrecieron. Los valores se ajustaron a un modelo polinómico de segundo orden, con coeficientes de regresión R2>0.8. Tanto el pH como los °Brix mostraron una correlación negativa significativa con la biomasa y entre ellos. El pH y los °Brix se podrían utilizar como indicadores para monitorear el desarrollo de la fermentación y para el control del producto. El proceso de fermentación puede tener una duración entre 7 y 10 días. Con el diseño concebido y manteniendo las proporciones de materias primas se logró escalar el proceso de producción del bioproducto de origen microbiano desde el laboratorio hasta planta piloto. Se conservaron las características del bioproducto medidas a través de los indicadores pH, °Brix, color y olor.

ABSTRACT The development of bioproducts with agricultural applications requires that the results obtained at the laboratory level can be scaled up. The objective of this work was to scale the production of a microbial based bioproduct obtained by static fermentation of a mixed culture. A mixed batch culture was carried out with a mixture of molasses and whey in water as sources of nutrients and inoculum. The global growth kinetics were estimated through the biomass as well as the variations of pH and °Brix. Based on the results, a laboratory scale-up (5 liters) and a pilot plant scale (24, 200 and 2100 L) were carried out. The microbial biomass increased over time, the pH and °Brix decreased. The values were adjusted to a second order polynomial model, with regression coefficients R2> 0.8. Both pH and °Brix showed a significant negative correlation with biomass and between them. The pH and °Brix could be used as indicators to monitor the development of the fermentation and to control the product. The fermentation process can last between 7 and 10 days. With the design conceived and maintaining the proportions of raw materials, it was possible to scale the production process of the microbial based bioproduct from the laboratory to the pilot plant. The characteristics of the bioproduct measured through the pH, °Brix, color and odor indicators were preserved.

Conceptualization of technological innovation at the Institute of Plant Biotechnology

RESUMEN Se realizó una investigación con el objetivo de conceptualizar el sistema de innovación tecnológica en el Instituto de Biotecnología de las Plantas (IBP). Fue utilizada una metodología de investigación cualitativa, que incluyó el método de obtención de información retrospectivo - prospectivo para el análisis de fuentes bibliográficas, documentos históricos, aplicación de entrevistas a informantes clave y encuestas, así como el método de valoración de la información obtenida o meta-análisis, para el procesamiento estadístico, análisis y generalización. Esta metodología de trabajo permitió realizar el análisis conceptual de la innovación tecnológica en su devenir histórico-lógico y determinar sus núcleos teóricos asociados a la praxis del IBP. Como resultado del estudio se determinó que en el IBP se desarrollan las cuatro tipologías de innovación tecnológica que se sintetizan en el concepto del manual de Oslo, relacionadas con las innovaciones de producto, proceso, marketing y organización. Los recursos humanos del IBP logran conceptualizar estas tipologías, resaltando el papel de la demanda social y el mercado como factores determinantes dentro de un sistema de innovación con base en el proceso de investigación - producción - comercialización. Estos factores permitieron identificar la fuerte tendencia hacia la utilización de un modelo lineal de innovación en dicha institución.

ABSTRACT An investigation was carried out with the objective of conceptualizing the technological innovation system at Instituto de Biotecnología de las Plantas (IBP), Cuba. A qualitative research methodology was used, which included the retrospective - prospective method of obtaining information for the analysis of bibliographic sources, historical documents, application of interviews with key informants and surveys, as well as the method of evaluating the information obtained or meta-analysis, for statistical processing, analysis and generalization. This work methodology allowed to carry out the conceptual analysis of technological innovation in its historical-logical evolution and to determine its theoretical cores associated with the practice of the IBP. As a result of the study, it was determined that the IBP develops the four types of technological innovation that are synthesized in the concept of the Oslo manual, related to product, process, marketing and organizational innovations. IBP human resources conceptualized these typologies, highlighting the role of social demand and the market as determinants factors within an innovation system based on the research - production - commercialization. These factors made possible to identify the strong tendency towards the use of a linear model of innovation in such institution.

In vitro selection of transgenic soybean lines obtained from somatic embryos transformed with Agrobacterium tumefaciens

RESUMEN Aunque la transformación genética en Glycine max ha sido intensamente investigada, el proceso sigue siendo ineficaz. En el presente trabajo se aborda por primera vez la selección in vitro de líneas transgénicas de soya cultivar Incasoy-27. A partir de embriones somáticos transformados con Agrobacterium tumefaciens cepa EHA105, se logró la regeneración de tres líneas de plantas supuestamente transformadas que mostraron resistencia a la fosfinotricina 6.0 mg l-1. El análisis histoquímico GUS demostró expresión estable del gen uidA en hojas de dos líneas de plantas. Posteriormente se confirmó con la reacción en cadena de polimerasa, la presencia de los genes bar y uidA en dos líneas regeneradas; mientras que en la tercera línea se encontró la banda referente al gen uidA pero no fue posible demostrar la presencia del gen bar. En conclusión, es posible la selección in vitro de líneas transgénicas de soya cultivar Incasoy-27, con expresión de los genes uidA y bar en el genoma de las plantas transformadas y 0.30% de eficiencia.

ABSTRACT Although genetic transformation in Glycine max has been intensively investigated, the process remains ineffective. In the present work, for the first time, the in vitro selection of transgenic lines of soybean variety Incasoy-27 is addressed. From somatic embryos transformed with Agrobacterium tumefaciens strain EHA105, the regeneration of three lines of supposedly transformed plants that showed resistance to phosphinothricin 6.0 mg l-1 was achieved. GUS histochemical analysis demonstrated stable expression of the uidA gene in leaves of two plant lines. Subsequently, the presence of the bar and uidA genes in two regenerated lines was confirmed with the polymerase chain reaction; while in the third line the band referring to the uidA gene was found but it was not possible to demonstrate the presence of the bar gene. In conclusion, is possible to in vitro select transgenic lines of soybean variety Incasoy-27, with expression of the uidA and bar genes in the genome of the transformed plants and 0.30% efficiency.

Establishment of sugarcane mother plant bank in semicontroled conditions for in vitro propagation

RESUMEN 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.

ABSTRACT 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.

Effect of the inoculation of phosphate solubilizing microorganisms and arbuscular mycorrhizal fungi in Eugenia dysenterica plants grown on different substrates

ABSTRACT Phosphate solubilizing microorganisms (PSM) and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) represent alternative strategies to reduce the cost and increase the production of cagaita (Eugenia dysenterica) seedlings associated with different substrates. This study aimed to assess the effect of inoculating PSM and AMF in different substrates for cagaita (Eugenia dysenterica) culturing. The experiment was installed with a completely randomized design, using a 4 × 2 factorial scheme, with four inoculation treatments (PSM, AMF, PSM + AMF, and Control - absence of inoculation), and two soils substrates (pure sandy substrate and mixed substrate). The substrates and microorganism had influence in cagaita seedling growth. The pure substrate conferred better performance of plant growth parameters. In this substrate, cagaita seedlings had higher stem diameter, shoot fresh and dry weight, root volume and root dry weight. The cultivation of seedlings in pure substrate inoculated with AMF and PSM provided greater Mo content in the leaves. The higher root volume of cagaita seedlings was obtained with the inoculation of PSM. A sandy substrate seems to be the most adequate for the cultivation of cagaita seedlings. In addition, co-inoculation provides higher Fe, Mg, and K content in the leaves, as this work showed.

RESUMEN Los microorganismos solubilizadores de fosfato (PSM) y los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) representan estrategias alternativas para reducir el costo y aumentar la producción de plántulas de cagaita (Eugenia dysenterica) asociadas a diferentes sustratos. Este estudio tuvo como objetivo evaluar el efecto de la inoculación de PSM y HMA en diferentes sustratos para el cultivo de cagaita (Eugenia dysenterica). El experimento se instaló con un diseño completamente al azar, utilizando un esquema factorial 4 × 2, con cuatro tratamientos de inoculación (PSM, HMA, PSM + HMA y Control - ausencia de inoculación), y dos sustratos de suelo (sustrato arenoso puro y sustrato mixto). Los sustratos y microorganismos influyeron en el crecimiento de las plántulas de cagaita. El sustrato puro propició un mejor desempeño de los parámetros de crecimiento de las plantas. En este sustrato, las plántulas de cagaita presentaron mayor diámetro de tallo, masa fresca y seca de brotes, volumen de raíz y masa seca de la raíz. El cultivo de plántulas en sustrato puro inoculadas con HMA y PSM proporcionó mayor contenido de Mo en las hojas. El mayor volumen de raíces de plántulas de cagaita se obtuvo con la inoculación de PSM. Un sustrato arenoso parece ser el más adecuado para el cultivo de plántulas de cagaita. Además, la coinoculación proporciona un mayor contenido de Fe, Mg y K en las hojas, como mostró este trabajo.