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Título
Genome editing for crop improvement: challenges and opportunities
Autor
Director/es
Facultad/Centro
Área de conocimiento
Cita Bibliográfica
Ferreira, P.P. (2023). Genome editing for crop improvement: challenges and opportunities. [Tesis doctoral, Universidad de León]
Fecha
2023-10-31
Resumen
[EN] This doctoral thesis, entitled "Genome Editing for Crop Improvement", explores
the potential of genome editing technology to improve crops, particularly those of high
economic interest. Four scientific articles were published addressing different aspects
of this topic. The first article reviewed genome editing tools, focusing on the advantages
of CRISPR/Cas9. The second article emphasized the role of long ncRNAs in gene
regulation in plants. After gathering all the information, the RNAi technique was used to
analyze the GIP and NPP1 genes in Phytophthora cinnamomi, thus avoiding the risks of
genome editing (the destruction associated with CRISPR). Ink disease is one of the most
significant causes contributing to the decline of chestnut orchards. The reduction in
Castanea sativa Mill yield can be attributed to two main species: Phytophthora
cinnamomi and Phytophthora cambivora, the first being the main pathogen responsible
for ink disease in Portugal. P. cinnamomi is a highly aggressive and widely distributed
plant pathogen, capable of infecting nearly 1,000 host species. This oomycete causes
substantial economic losses and is responsible for the decline of numerous plant species
in Europe and worldwide. The remaining two articles addressed combating P.
cinnamomi using RNAi to silence the NPP1 and GIP genes. Silencing these genes will
either make it impossible or reduce the production of the proteins NPP1 and GIP, which
are responsible for the onset of ink disease. To silence part of the coding region of the
NPP1 and GIP genes, the integrative vector pTH210 was used. The integration of the
cassette was confirmed by PCR and sequencing in hygromycin-resistant P. cinnamomi
transformants. The transformants obtained with gene silencing were later used to infect
Castanea sativa, allowing the effects of gene silencing on the plant's phenotype to be
evaluated. The publications collectively demonstrate the potential of gene editing for
crop improvement, emphasizing RNAi and CRISPR/Cas9, but also highlighting the
importance of ncRNAs in gene regulation and offering strategies to combat pathogens.
Combating this type of phytopathogen increases crop yields and, ultimately, benefits
global food security and sustainability. [ES] Esta tesis doctoral, titulada "Edición del genoma para la mejora de cultivos",
explora el potencial de la tecnología de edición del genoma para mejorar los cultivos, en
particular aquellos de alto interés económico. Se publicaron cuatro artículos científicos
que abordan diferentes aspectos de este tema. El primer artículo revisó las herramientas
de edición del genoma, centrándose en las ventajas de CRISPR/Cas9. El segundo artículo
enfatizó el papel de los ncRNA largos en la regulación genética de las plantas. Tras
recopilar toda la información, se utilizó la técnica RNAi para analizar los genes GIP y
NPP1 en Phytophthora cinnamomi, evitando así los riesgos de la edición del genoma (la
destrucción asociada a CRISPR). La enfermedad de la tinta se considera una de las causas
más importantes que contribuyen al declive de los huertos de castaños. La reducción del
rendimiento de Castanea sativa Mill se puede atribuir a dos especies principales:
Phytophthora cinnamomi y Phytophthora cambivora, siendo la primera el principal
patógeno responsable de la enfermedad de la tinta en Portugal. P. cinnamomi es un
patógeno vegetal muy agresivo y ampliamente distribuido, capaz de infectar a casi 1.000
especies hospedadoras. Este oomiceto causa importantes pérdidas económicas y es
responsable de la disminución de numerosas especies de plantas en Europa y en todo el
mundo. Los dos artículos restantes abordaron la lucha contra P. cinnamomi utilizando
ARNi para silenciar los genes NPP1 y GIP. Silenciar estos genes imposibilitará o reducirá
la producción de las proteínas NPP1 y GIP, responsables de la aparición de la
enfermedad de la tinta. Para silenciar parte de la región codificante de los genes NPP1 y
GIP se utilizó el vector integrativo pTH210. La integración del casete de silenciamiento
se confirmó mediante PCR y secuenciación en transformantes de P. cinnamomi
resistentes a higromicina. Los transformantes obtenidos con el silenciamiento génico se
utilizaron posteriormente para infectar Castanea sativa, lo que permitió evaluar los
efectos del silenciamiento génico sobre el fenotipo de la planta. Las publicaciones
demuestran colectivamente el potencial de la edición de genes para la mejora de
cultivos, haciendo hincapié en el ARNi y CRISPR/Cas9, pero también destacando la
importancia de los ncRNA en la regulación genética y ofreciendo estrategias para
combatir los patógenos. Combatir este tipo de fitopatógeno aumenta el rendimiento de
los cultivos y, en última instancia, beneficia la seguridad alimentaria y la sostenibilidad
mundial.
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- Tesis [1353]
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