Proyectos Biotecnología

 

Proyectos Vigentes: 

 

Análisis de la distribución de compuestos bioactivos en cáscaras de variedades de café (Coffea arabica L.) con diferente color externo de fruto con miras a la valorización de este subproducto

Vigencia del proyecto: 2021-2023

El beneficiado del café (cultivo muy relevante en Costa Rica) genera subproductos actualmente subvalorados y que, si no son manejados adecuadamente, constituyen un problema ambiental. Estos subproductos contienen fitoquímicos beneficiosos para la salud y con aplicaciones industriales; como antocianinas, carotenoides y mangiferina (con potencial terapéutico). Los resultados de este estudio contribuirían a valorizar los subproductos del procesamiento del café con miras también a reducir un problema de contaminación ambiental, y continuaría con la generación de conocimiento básico sobre este cultivo, en lo que el país ha sido líder. En el marco de este proyecto se ejecuta una tesis de doctorado en Ciencias Agrícolas.

 

 

Aplicación del cultivo in vitro para la propagación y conservación de especies nativas de bambú en peligro de extinción

Vigencia del proyecto: 2017-2022

El bambú es una monocotiledonea “leñosa” que presenta una gran variabilidad en tamaño, grosor y forma del tallo, donde algunas especies pueden alcanzar los 30 m de altura y 21 cm de diámetro del tallo; lo que ha permitido su uso en diversas actividades humanas. En este contexto, la propagación convencional de bambú se hace por medio de semillas, secciones de culmos o de rizomas; sin embargo, esta forma de propagación no es eficiente por su alto costo y bajo rendimiento. Por lo que, la utilización de la micropropagación es una alternativa atractiva para la multiplicación eficiente en este grupo de plantas. Así, con este proyecto se pretende desarrollar protocolos eficientes y reproducibles para la propagación clonal de especies de bambú del género Guadua, nativas de Costa Rica y en peligro de extinción; específicamente G. amplexifolia, G. paniculata y G. macclurei; esta última endémica de Costa Rica y Nicaragua. Este proyecto aborda nuevas actividades de investigación derivadas del proyecto “Micropropagación de especies nativas de Guadua (Poaceae: Bambusoideae) en Costa Rica”. En el marco de este proyecto se ejecutan dos tesis de maestría en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales con énfasis en Biotecnología de dos estudiantes hondureñas, becadas por el Servicio Alemán de Intercambio Académico (DAAD).

 

 

Propagación clonal de accesiones de pejibaye disponibles en los bancos de germoplasma de Costa Rica

Vigencia del proyecto: 2017-2022

El pejibaye es nativo de las zonas tropicales de América y es comercialmente cultivado en el trópico húmedo, principalmente en Brasil, Perú, Colombia y Costa Rica. Además, es la única especie de palma domesticada en el Neotrópico. Para el establecimiento de nuevas plantaciones o la reposición de plantas viejas, enfermas o con baja productividad es necesario disponer de material propagativo de alta calidad y, en la medida de lo posible, con características conocidas Ante esto, la propagación clonal in vitro es una alternativa con potencial para reducir el tiempo necesario para establecer plantas élites, seleccionar plantas con características deseables y establecer programas para la conservación de bancos de germoplasma. Este proyecto pretende evaluar, modificar y aplicar métodos para la propagación clonal de pejibaye, desarrollados previamente en el marco del proyecto “Evaluación de estrategias alternativas para la reproducción clonal del pejibaye”, para el rescate y conservación de accesiones que se encuentran en los bancos de germoplasma de esta especie en Costa Rica. Con este proyecto se busca colaborar con la conservación de las accesiones de pejibaye presentes en el país y que son el resultado de esfuerzos de recolección realizados durante años en muchos países de América Latina. Además se pretende generar información científica que contribuya a aumentar el conocimiento de esta importante especie tropical. En el marco de este proyecto se ejecuta una tesis de maestría en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales con énfasis en Biotecnología.

 

 

Estudio de la acumulación de cristales de oxalato de calcio y de la expresión de genes relacionados con su síntesis en pitahaya (Hylocereus costaricensis)

Vigencia del proyecto: 2017-2022

La pitahaya roja es un cactus de origen mesoamericano, el cual es considerado en Costa Rica como un producto no tradicional con gran potencial productivo, principalmente para pequeños agricultores en zonas con limitantes hídricas. La presencia de cristales de oxalato de calcio en los tejidos vegetales se ha asociado con mecanismos de defensa de las plantas y con funciones fisiológicas y estos están ampliamente distribuidos entre las Cactaceae. En pitahaya se ha estudiado el contenido de los cristales en los tallos (cladodios). Existen diversas funciones reportadas en plantas como por ejemplo regulación del calcio, como mecanismo de defensa anti-herbívora, para la desintoxicación de metales pesados y como  depósitos de carbono que podrían ser utilizados por la planta para lograr la fotosíntesis en condiciones de sequía. A pequeña escala, se han utilizado los cladodios fotosintéticos como materia prima para la elaboración de cosméticos y jabones. Es por esto, que este proyecto busca caracterizar la ruta metabólica que lleva a la síntesis de cristales de oxalato de calcio en frutos y en partes vegetativas de pitahaya (Hylocereus costaricensis); con la finalidad de comprender el papel que la concentración de los precursores y la genética de las plantas podría tener, en relación con la acumulación de estos cristales. Este proyecto utiliza como insumos los resultados obtenidos en el proyecto “Caracterización de cristales de oxalato de calcio en frutos y tallos de diferentes genotipos de Hylocereus sp. (Cactaceae)”, ampliando el estudio a aspectos metabólicos. Los resultados permitirían entender la forma en que se acumulan estos cristales y cómo esto podría eventualmente tener implicaciones ecológicas y agronómicas.

 

Mejoramiento genético de pitahaya y papaya mediante hibridación somática

Vigencia del proyecto: 2015-2022

La fusión de protoplastos (células vegetales a las cuales se les digiere enzimáticamente la pared celular) para la obtención de híbridos somáticos representa una alternativa interesante como forma de mejoramiento genético en diversas especies vegetales, lo cual es especialmente atractivo cuando se hace a partir de especies sexualmente incompatibles. Este proyecto pretende usar la técnica antes mencionada para generar nuevas combinaciones genéticas en pitahaya y papaya. La generación de nuevas variedades producto de la hibridación somática de Carica papaya con Vasconcellea sp. y de Hylocereus costaricensis con Selenicereus megalanthus, permitiría la obtención de productos agrícolas interesantes, no solo desde el punto de vista productivo, sino también para el consumidor. En el marco de este proyecto se realizó la tesis de dos estudiantes de maestría en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales con énfasis en Biotecnología.

 

 

 

Proyectos en colaboración con el Laboratorio de Semillas: 

 

Semillas del Bicentenario: una valoración de lo autóctono

Vigencia del proyecto: 2022-2025

Este proyecto busca ampliar el conocimiento de la agrobiodiversidad autóctona costarricense y su potencial impacto en la seguridad alimentaria y nutricional de nuestra población, por medio de la interacción recíproca de la Universidad de Costa Rica con personas, instituciones y organizaciones sociales interesadas en: la conservación, aplicación agrícola, uso gastronómico y valorización cultural de la diversidad agrícola del país. Para ello, se realizará una búsqueda y caracterización de los materiales autóctonos de mayor importancia y se registrarán las características morfológicas de las semillas; para la creación de un catálogo electrónico de semillas agrícolas autóctonas. Además, se organizarán actividades para divulgar los avances en el conocimiento referente a las características y usos de la biodiversidad agrícola costarricense.

 

Análisis de factores relacionados con la germinación de la semilla de tacaco (Sechium tacaco) con miras a establecer las condiciones adecuadas para su propagación sexual

Vigencia del proyecto: 2021-2025

El tacaco es una especie endémica y subutilizada. Existen pocos estudios relacionados con factores que determinan su comportamiento agronómico, como lo es su propagación y la germinación de sus semillas. Este proyecto pretende analizar el proceso de germinación de la semilla de tacaco (desde su caracterización hasta su optimización) como un paso inicial hacia el establecimiento de las condiciones adecuadas para su propagación comercial. En el marco de este proyecto se ejecuta una tesis de doctorado en Ciencias Agrícolas.

 

Estudio del perfil de tocoferoles y tocotrienoles en variedades comerciales y genotipos promisorios de arroz de costa rica y su potencial como biomarcadores de longevidad en semillas de arroz

Vigencia del proyecto: 2020-2024

El vigor de una semilla está influenciado por factores genéticos y ambientales durante su desarrollo, almacenamiento y germinación. Durante el almacenamiento la semilla experimenta deterioro y envejecimiento, afectando su vigor. Estudios de longevidad en almacenamiento permiten conocer el tiempo que la semilla se mantiene viable en estas condiciones. La acumulación de especies reactivas de oxígeno, capaces de oxidar las macromoléculas de las semillas, afectan su longevidad en el almacenamiento. Antioxidantes capaces de combatir las especies reactivas de oxígeno, permiten extender la longevidad de la semilla, y por eso se han propuesto como marcadores de longevidad. Los tocotrienoles y tocoferoles han sido probados como antioxidantes capaces de extender la longevidad de las semillas de arroz. El objetivo de este proyecto es estudiar el perfil de tocoferoles y tocotrienoles en variedades comerciales y genotipos promisorios de arroz de Costa Rica, con el fin de establecer las bases para evaluar su potencial como biomarcadores de longevidad en las semillas de varios genotipos de arroz. En el marco de este proyecto se ejecuta una tesis de maestría académica en Química.

 

 

 

Proyectos Anteriores: 

 

Usos de la biotecnología para la caracterización de genotipos y de procesos fisiológicos en pitahaya

La pitahaya es un cactus trepador nativo de las zonas tropicales de Norte, Centro y Sur América. El color de la pulpa de sus frutos va desde el blanco (en H. undatus) a rojo-púrpura (en H. polyrhizus y H. costaricensis). En Costa Rica existen pitahayas silvestres y cultivadas con frutos con pulpa de color rojo y púrpura que han adquirido importancia en los últimos años debido al consumo fresco de sus frutos y, también, en la elaboración de alimentos y como fuente de colorante natural debido al gran contenido de pigmentos (betalaínas) que poseen sus frutos.

El objetivo de este proyecto de investigación es el de utilizar marcadores moleculares y morfológicos para generar información sobre las especies y genotipos de pitahaya presentes en Costa Rica y además, caracterizar el proceso de floración a nivel de campo utilizando métodos moleculares con el fin de apoyar futuros programas de mejoramiento. Adicionalmente se pretende generar metodologías para la producción in vitro de betalaínas en tejidos como callos.

 

 Usos de la biotecnología para la propagación clonal de plantas hermafroditas de papaya y para la caracterización del proceso de maduración

La papaya es nativa de México, América Central y el Norte de Sur América. Las plantas poseen flores masculinas, femeninas o hermafroditas; sin embargo, los frutos provenientes de flores hermafroditas son los preferidos en el mercado. La propagación generalmente se realiza utilizando semillas pero esto produce poblaciones con plantas hermafroditas y femeninas en el caso del híbrido “Pococí”. En el marco de este proyecto se ha trabajado en estudiar el proceso de maduración del fruto de papaya, algunos genes candidatos (poligalacturonasa, endoxilanasa, pectinesterasa, expansina y ACC deaminasa) asociados con este proceso fueron investigados mediante análisis de expresión génica. Además, se ha trabajado en la crioconservación de embriones somáticos hermafroditas en miras a la conservación del germoplasma.

 

Caracterización de la absorción de nutrientes de plantas mantenidas en cultivo in vitro

La absorción de nutrientes por parte de las plantas mantenidas en cultivo in vitro no ha sido estudiado en detalle hasta ahora. El medio de cultivo más utilizado para el cultivo in vitro de la mayoría de las plantas es el MS (Murashige y Skoog 1962) y algunos otros, como el Medio para Plantas Leñosas (WPM). Sin embargo, problemas comunes observados en las plantas mantenidas en cultivo in vitro (hiperhidicidad, necrosis, crecimiento excesivo de las yemas, etc.) tienen una base nutricional. El costo de los nutrientes y la necesidad de optimizar el crecimiento de las plantas en cultivo in vitro hacen necesario que se provean las mejores condiciones para asegurar la calidad de las plantas in vitro. Este proyecto se enfocaba en el análisis de la absorción de nutrientes en tres especies de plantas contrastantes en su crecimiento mantenidas en cultivo in vitro (tabaco, bambú y pitahaya) para optimizar su crecimiento y desarrollo.

 

Establecimiento, multiplicación y regeneración in vitro de guayaba (Psidium guajava L.)

La guayaba pertenece a la familia Myrtaceae. Es nativa de las zonas tropicales de América pero está ampliamente distribuida en regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo. Sus frutos son utilizados para consumo fresco o para la elaboración de productos procesados. Por otra parte, la propagación de la guayaba se da principalmente por semilla, lo cual ocasiona una alta variabilidad genética en la progenie. En este contexto, las técnicas de cultivo in vitro permitirían incrementar las tasas de multiplicación clonal que son generalmente bajas, y posibilita obtener plantas libres de patógenos. Es por esto, que el objetivo de esta investigación fue establecer un protocolo para la multiplicación y la regeneración de guayaba a partir de yemas obtenidas de plantas adultas.

 

Micropropagación de patrones de aguacate (Persea americana Mill) usados en Costa Rica

El aguacate (Persea americana Mill) es una especie perenne perteneciente a la familia Lauraceae que puede ser encontrada desde México hasta Colombia. En Costa Rica, el cultivo del aguacate se ha convertido en la segunda actividad agrícola más importante en la zona Central Oriental después del café. Entonces, con el objetivo de obtener homogenidad en la cosecha y disminuir la duración del estado juvenil, las variedades de aguacate son propagadas mediante injerto sobre patrones, los cuales son propagados por semilla (portainjertos de semilla). Esta propagación clonal de los patrones es difícil y en este sentido el cultivo in vitro representa una alternativa mediante la micropropagación. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue generar un protocolo para la micropropagación in vitro de patrones de aguacate con buenas características agronómicas, como tolerancia a Phytophthora cinnamomi, efecto enanizante y buen rendimiento.

 

Desarrollo de la seguridad alimentaria en Latinoamérica mediante la excelencia académica a través de cooperación internacional

Con el fin de combatir la extrema pobreza, así como otros factores que impiden el desarrollo social y económico equitativo en muchos países del tercer mundo, en el año 2000, la ONU adoptó la Declaración del Milenio de las Naciones Unidas. Se identificaron ocho objetivos clave, conocidos como los objetivos de desarrollo del milenio, para suplir las necesidades básicas de los más pobres.  Al definirse estas metas se dio prioridad a la “erradicación de la pobreza extrema y el hambre”. Debido a la magnitud y urgencia del problema y a la existencia de competencias en los campos de ciencias agrícolas, naturales y socio-económicas en la Universidad Hohenheim, Stuttgart, Alemania, aunado a la extensa red de cooperación que esta universidad tiene con diversas instituciones con competencias similares en el mundo, se creó el Centro para la Seguridad Alimentaria (FSC), con el fin de buscar soluciones para erradicar la extrema pobreza y el hambre. Mediante colaboración con el FSC, los objetivos de este proyecto en la Universidad de Costa Rica son desarrollar conocimiento, estrechar las capacidades de investigación y educación entre universidades mediante redes internacionales y promover el desarrollo de la seguridad alimentaria y agricultura sostenible en Latinoamérica. Cabe indicar que la Universidad de Costa Rica es la institución coordinadora de todas las actividades del FSC para América Latina. Dentro de sus actividades, el proyecto organiza y financia cursos de corta y larga duración, así como estadías de investigación en la Universidad de Hohenheim y en otros países en vías de desarrollo de América Latina, África y Asia.

Para mayor información acerca del Food Security Center: