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El Laboratorio de Metabolómica y Fisiología Molecular
                      Departamento de Ingeniería Genética
Cinvestav               CINVESTAV-IPN Unidad Irapuato
  Irapuato


                      Les da la mas cordial bienvenida al

             1er Taller Nacional de Maíz Forrajero
                  CINVESTAV Irapuato, Guanajuato México

                      Miércoles 23 de Enero del 2013



                                          Organizador:
                                          Dr. Axel Tiessen Favier
Preguntas
• ¿Qué es CINVESTAV?
• ¿Qué enfoques tenemos en el lab?   ¿Básico o aplicado?


• ¿Para que es este evento?
Evento Científico-Académico
Objetivos:
   •Reunir a expertos en maíz forrajero
   •Presentación de resultados y avances
   •Intercambio de ideas y metodologías
   •Colaboraciones científicas
   •Formación de estudiantes y técnicos

 Tema:     Fenotipeo
           agronómico, fisiológico y metabólico
Excelencia en                                          Centro de
    investigación                                          Investigación y de
      y posgrado
                               Cinvestav                   Estudios Avanzados
                                                               del Instituto Politécnico Nacional


                                      Cinvestav in México
•   Cinvestav Zacatenco
    16 DEPARTAMENTOS
    Cinvestav Sede Sur
    FARMACOBIOLOGÍA, EDUCACIÓN                                                      Saltillo
•   Cinvestav Mérida
    FÍSICA Y QUÍMICA APLICADAS
    BIOLOGÍA MARINA
    CIENCIAS AMBIENTALES                                                               Monterrey
•   Cinvestav Saltillo
                                                                                                    Mérida
    CIENCIA DE MATERIALES, METALURGIA Y MINERALES
•   Cinvestav Irapuato
    BIOTECNOLOGÍA DE PLANTAS
    LABORATORIO NACIONAL DE GENÓMICA PARA LA BIODIVERSIDAD                              Querétaro
•   Cinvestav Querétaro
    CIENCIA DE MATERIALES Y MANUFACTURA
                                             Guadalajara
•   Cinvestav Guadalajara
    CONTROL AUTOMÁTICO
    DISEÑO ELECTRÓNICO
•   Cinvestav Monterrey
                                                             Irapuato
    CIENCIA MULTIDISCIPLINARIA
    EDUCACIÓN DE LA CIENCIA                                             Zacatenco
Cinvestav Sede Irapuato

                                ría   1
                        Ca fete
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  dit                      Lab
Au



                         Invernadero maíz
Cinvestav Irapuato
No solo hacemos fresas….
                           Bioquímica y
                           Biotecnología de
                           Plantas
                             Investigación
                             Posgrado
                                •Maestría
                                •Doctorado
Departamento de
                Ingeniería Genética
                   Plantas                   Microorganismos




Investigación
 de calidad y    Genómica
                                Ecología y
                                Evolución        Microbiología
 con impacto
                 Agricultura   Mejoramiento     Salud y Alimentos
Laboratorio de Metabolómica y
     Fisiología Molecular




 Combine physiology, biochemistry and molecular biology to
         understand plant growth and metabolism
Ciencia
Básica              Gradiente           Aplicada
                    Continuo

 Preguntas                                 Problemas
 Hipótesis                                Estrategias
 Respuestas                              Métodos
 Conocimiento                           Soluciones

  Curiosidad                              Necesidad
                Beneficio para el ser
                humano y el ambiente
preguntas
experimentos

    Científico        Filósofo

resultados   Ingeniero
Productos, servicios,
          conocimientos




    Biotecnología
        Interdisciplinas



Biología                  Tecnología
Preguntas
•   ¿Qué es el fenotipo?
•   ¿Qué estudia la fisiología?
•   ¿Qué usos tiene el maíz?
•   ¿Cómo seleccionar? ¿Cómo fenotipear?

• ¿De que sirve la metabolómica?
The Link between
       Genotype - Phenotype


Genotype               DNA            Genes

                                           Transcription

                                       RNA
         Environment                       Translation


       Agronomy                      Proteins
                Photosynthesis             Activity
Phenotype           Growth
                 Development
  Forage          Partitioning       Metabolites
  Biomass               Physiology
  Grain Yield
The phenotype gap dilemma

  DNA Sequencing             Genomics

The Gap is getting bigger     Transcriptomics

                            Proteomics


 Phenotype
                            Metabolomics




                                How to balance it?
Physiology
The science of the mechanical, physical and biochemical functions
of plants, their organs, and the cells of which they are composed.
The principal focus is at the level of systems.

       Anatomy is the study of form.
       Physiology is the study of function.



Plant function at the structural and cellular level

Environment               Organs Tissues
Metabolism                   Phenotype
Analogy



          Physiology

              &

           Ecology
Environment
  biotic factors          Ecology

                          Herbivory

    Plants                                     Animals
     Defense                                     insects
                      Interactions


          Pathogens
                        Symbiosis

                Microorganism
                      Virus, Fungi, Bacteria
Environment
  abiotic factors
                        Physiology
          Photosynthesis
                                                 Nutrients, water
                           Transpiration

    Leaves                                     Roots
                       Interactions
       Stem
      Translocation
                           Allocation
                           Partitioning

              Storage Organs
                      Grains, Fruits, Tubers, Stems
Environment


                                Leaves                      Roots
abiotic factors
                  Physiology      Stem
                                            Interactions




                                        Storage Organs
                      &
                               Plants                      Animals

 biotic factors    Ecology               Interactions




                                        Microorganism
Organs of plants

                               Main
                               organs
                                           Structural support and
                               Stem        metabolite transport
           Espiga              Roots       Water and nutrient intake
                    leaves
                    Hoja       Leaves
                                           CHO production
                               Fruits
           ?
           Tallo


cob
 Jilote                                    CHO storage


          root
           Raiz
Sink-Source Model
             Tassel




                          Leaves

                                   SOURCE

             Stem     ?

       Ear



SINK

             Root
¿Que usos tiene el maíz?

            • Grano
            • Elote
            • Forraje

            • Hoja de totomoxtle
            •   Pelos  Infusiones, enzimas?
            •   Olote  Furfural
            •   Caña  (Virgen de San Juan de Lagos)
            •   Polen?
Contenido de almidón: Maíz X es muy parecido a Maíz Y.
       % humedad ~ 12%
       % almidón ~70%
       % proteínas ~10%
       El grano se paga por peso. No por calidad.
                                           El maíz QPM no tiene sobreprecio
¿Cómo fenotipear?

        • Grano                seco


        • Elote       fresco
                         seco
        • Forraje        fresco


        • Hoja de totomoxtle
        •   Pelos
        •   Olote
        •   Caña
Se muele todo sin hacer distinción entre tejidos

                Forraje X no es igual a Forraje Y.
Dilema:
    El forraje se paga por peso. No tanto por calidad.
    % humedad?
    % azucares?
    % almidón?                               Pruebas bromatológicas difíciles y variables.
                                             Quitar elotes y vender forraje sin almidón?
    % proteínas y aminoácidos?               Los lecheros producen su propio forraje.
Tejidos Maíz
• Espiga                                   Cosecha
  –   Lema-palea, lodículos, polen, etc

• Hojas vainas
• Tallo
  – Tallo
  – Hojas envolventes
• Mazorca                                 Forraje        Silo
                                                                        Vaca
  –   Tallo floral
                                                     Microorganismos
  –   Totomoxtle
  –   Olote
  –   Granos                                                           Leche
  –   Pelos
• Raíz
Metabolitos Maíz
• Compuestos estructurales
   – Celulosa
   – Hemicelulosa
                                   ¿Cual aporta más para leche?
   – Lignina
• Carbohidratos no estructurales
   – Sacarosa                               ¿Para carne?
   – Glucosa, Fructosa, etc.
                                             ¿Para salud?
   – Almidón
• Otros compuestos
   – Vitaminas                                ¿Dinero?
   – Antioxidantes
• Compuestos nitrogenados
   – Proteínas
   – Amino ácidos
   – Ácidos nucleicos
Aporte

 Tejido                       Compuesto
• Espiga                      • Compuestos
                                estructurales
• Hojas vainas                   – Celulosa
• Tallo                          – Lignina
  – Tallo                     • Carbohidratos no
  – Hojas envolventes           estructurales
• Mazorca                        – Azucares
  –   Tallo floral               – Almidón
  –   Totomoxtle              • Otros compuestos
  –   Olote
  –   Granos                  • Compuestos
  –   Pelos                     nitrogenados
¿Cómo fenotipear?
        •   Grano
        •   Elote
        •   Forraje
        •   Totomoxtle
        •   Pelos
        •   etc


                 Hay que determinar la biomasa
                 de los tejidos por separado, y
                 medir metabolitos.
                 Principalmente azucares y
                 almidón. Metabolómica
Cinvestav
  Irapuato




                     ¡Gracias!
                            Por asistir al

             1er Taller Nacional de Maíz Forrajero

                      Irapuato, Guanajuato México
                          23 de Enero del 2013



                                               Organizador:
                                               Dr. Axel Tiessen Favier
Dr. AXEL TIESSEN FAVIER
                            Investigador Cinvestav 3B
                            SNI Nivel I
                            Universidad de Heidelberg. Alemania
                            Laboratorio de Metabolómica
                            y Fisiología Molecular
                               Metodologias de mejoramiento genético.
atiessen@ira.cinvestav.mx      Calidad nutricional del maíz. Tolerancia a
                               sequía

                               Regulación del metabolismo primario.
                               Señalización por azucares.

                               Distribución del carbono en tejidos Sink-
                               Source. Interconversiones sacarosa-almidón

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Presentacion de Bienvenida, 1er Taller Nacional de Maiz Forrajero

  • 1. El Laboratorio de Metabolómica y Fisiología Molecular Departamento de Ingeniería Genética Cinvestav CINVESTAV-IPN Unidad Irapuato Irapuato Les da la mas cordial bienvenida al 1er Taller Nacional de Maíz Forrajero CINVESTAV Irapuato, Guanajuato México Miércoles 23 de Enero del 2013 Organizador: Dr. Axel Tiessen Favier
  • 2. Preguntas • ¿Qué es CINVESTAV? • ¿Qué enfoques tenemos en el lab? ¿Básico o aplicado? • ¿Para que es este evento?
  • 3. Evento Científico-Académico Objetivos: •Reunir a expertos en maíz forrajero •Presentación de resultados y avances •Intercambio de ideas y metodologías •Colaboraciones científicas •Formación de estudiantes y técnicos Tema: Fenotipeo agronómico, fisiológico y metabólico
  • 4. Excelencia en Centro de investigación Investigación y de y posgrado Cinvestav Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional Cinvestav in México • Cinvestav Zacatenco 16 DEPARTAMENTOS Cinvestav Sede Sur FARMACOBIOLOGÍA, EDUCACIÓN Saltillo • Cinvestav Mérida FÍSICA Y QUÍMICA APLICADAS BIOLOGÍA MARINA CIENCIAS AMBIENTALES Monterrey • Cinvestav Saltillo Mérida CIENCIA DE MATERIALES, METALURGIA Y MINERALES • Cinvestav Irapuato BIOTECNOLOGÍA DE PLANTAS LABORATORIO NACIONAL DE GENÓMICA PARA LA BIODIVERSIDAD Querétaro • Cinvestav Querétaro CIENCIA DE MATERIALES Y MANUFACTURA Guadalajara • Cinvestav Guadalajara CONTROL AUTOMÁTICO DISEÑO ELECTRÓNICO • Cinvestav Monterrey Irapuato CIENCIA MULTIDISCIPLINARIA EDUCACIÓN DE LA CIENCIA Zacatenco
  • 5. Cinvestav Sede Irapuato ría 1 Ca fete 2 io or io or ator dit Lab Au Invernadero maíz
  • 6. Cinvestav Irapuato No solo hacemos fresas…. Bioquímica y Biotecnología de Plantas Investigación Posgrado •Maestría •Doctorado
  • 7. Departamento de Ingeniería Genética Plantas Microorganismos Investigación de calidad y Genómica Ecología y Evolución Microbiología con impacto Agricultura Mejoramiento Salud y Alimentos
  • 8. Laboratorio de Metabolómica y Fisiología Molecular Combine physiology, biochemistry and molecular biology to understand plant growth and metabolism
  • 9. Ciencia Básica Gradiente Aplicada Continuo Preguntas Problemas Hipótesis Estrategias Respuestas Métodos Conocimiento Soluciones Curiosidad Necesidad Beneficio para el ser humano y el ambiente
  • 10. preguntas experimentos Científico Filósofo resultados Ingeniero
  • 11. Productos, servicios, conocimientos Biotecnología Interdisciplinas Biología Tecnología
  • 12. Preguntas • ¿Qué es el fenotipo? • ¿Qué estudia la fisiología? • ¿Qué usos tiene el maíz? • ¿Cómo seleccionar? ¿Cómo fenotipear? • ¿De que sirve la metabolómica?
  • 13. The Link between Genotype - Phenotype Genotype DNA Genes Transcription RNA Environment Translation Agronomy Proteins Photosynthesis Activity Phenotype Growth Development Forage Partitioning Metabolites Biomass Physiology Grain Yield
  • 14. The phenotype gap dilemma DNA Sequencing Genomics The Gap is getting bigger Transcriptomics Proteomics Phenotype Metabolomics How to balance it?
  • 15. Physiology The science of the mechanical, physical and biochemical functions of plants, their organs, and the cells of which they are composed. The principal focus is at the level of systems. Anatomy is the study of form. Physiology is the study of function. Plant function at the structural and cellular level Environment Organs Tissues Metabolism Phenotype
  • 16. Analogy Physiology & Ecology
  • 17. Environment biotic factors Ecology Herbivory Plants Animals Defense insects Interactions Pathogens Symbiosis Microorganism Virus, Fungi, Bacteria
  • 18. Environment abiotic factors Physiology Photosynthesis Nutrients, water Transpiration Leaves Roots Interactions Stem Translocation Allocation Partitioning Storage Organs Grains, Fruits, Tubers, Stems
  • 19. Environment Leaves Roots abiotic factors Physiology Stem Interactions Storage Organs & Plants Animals biotic factors Ecology Interactions Microorganism
  • 20. Organs of plants Main organs Structural support and Stem metabolite transport Espiga Roots Water and nutrient intake leaves Hoja Leaves CHO production Fruits ? Tallo cob Jilote CHO storage root Raiz
  • 21. Sink-Source Model Tassel Leaves SOURCE Stem ? Ear SINK Root
  • 22. ¿Que usos tiene el maíz? • Grano • Elote • Forraje • Hoja de totomoxtle • Pelos  Infusiones, enzimas? • Olote  Furfural • Caña  (Virgen de San Juan de Lagos) • Polen?
  • 23. Contenido de almidón: Maíz X es muy parecido a Maíz Y. % humedad ~ 12% % almidón ~70% % proteínas ~10% El grano se paga por peso. No por calidad. El maíz QPM no tiene sobreprecio
  • 24. ¿Cómo fenotipear? • Grano seco • Elote fresco seco • Forraje fresco • Hoja de totomoxtle • Pelos • Olote • Caña
  • 25. Se muele todo sin hacer distinción entre tejidos Forraje X no es igual a Forraje Y. Dilema: El forraje se paga por peso. No tanto por calidad. % humedad? % azucares? % almidón? Pruebas bromatológicas difíciles y variables. Quitar elotes y vender forraje sin almidón? % proteínas y aminoácidos? Los lecheros producen su propio forraje.
  • 26. Tejidos Maíz • Espiga Cosecha – Lema-palea, lodículos, polen, etc • Hojas vainas • Tallo – Tallo – Hojas envolventes • Mazorca Forraje Silo Vaca – Tallo floral Microorganismos – Totomoxtle – Olote – Granos Leche – Pelos • Raíz
  • 27. Metabolitos Maíz • Compuestos estructurales – Celulosa – Hemicelulosa ¿Cual aporta más para leche? – Lignina • Carbohidratos no estructurales – Sacarosa ¿Para carne? – Glucosa, Fructosa, etc. ¿Para salud? – Almidón • Otros compuestos – Vitaminas ¿Dinero? – Antioxidantes • Compuestos nitrogenados – Proteínas – Amino ácidos – Ácidos nucleicos
  • 28. Aporte Tejido Compuesto • Espiga • Compuestos estructurales • Hojas vainas – Celulosa • Tallo – Lignina – Tallo • Carbohidratos no – Hojas envolventes estructurales • Mazorca – Azucares – Tallo floral – Almidón – Totomoxtle • Otros compuestos – Olote – Granos • Compuestos – Pelos nitrogenados
  • 29. ¿Cómo fenotipear? • Grano • Elote • Forraje • Totomoxtle • Pelos • etc Hay que determinar la biomasa de los tejidos por separado, y medir metabolitos. Principalmente azucares y almidón. Metabolómica
  • 30. Cinvestav Irapuato ¡Gracias! Por asistir al 1er Taller Nacional de Maíz Forrajero Irapuato, Guanajuato México 23 de Enero del 2013 Organizador: Dr. Axel Tiessen Favier
  • 31. Dr. AXEL TIESSEN FAVIER Investigador Cinvestav 3B SNI Nivel I Universidad de Heidelberg. Alemania Laboratorio de Metabolómica y Fisiología Molecular Metodologias de mejoramiento genético. atiessen@ira.cinvestav.mx Calidad nutricional del maíz. Tolerancia a sequía Regulación del metabolismo primario. Señalización por azucares. Distribución del carbono en tejidos Sink- Source. Interconversiones sacarosa-almidón