Sustainable strategies for agri-food using emerging technologies

General ObjectiveTo propose and formulate sustainable strategies
for the agri-food system based on global
constrains and identificate tecno-productive and
institutional innovations that improve the impact
on regional development
“Programa Cooperativo para el
Desarrollo Tecnológico Agropecuario
del Cono Sur"
Itamar De Melo

Plataform: Use of Emerging
Technologies
Contemporary
advances and
Innovation
The aims are to conduct joint research, built on
existing links and identify new opportunities for
colaboration
www.procisur.org.uy

Function
 Referente Regional: Brazil
 Enlace Argentina:
 Enlace Bolívia:
 Enlace Chile:
 Enlace Paraguai:
 Enlace Uruguai:
Team Group of the Plataform

Strategic Approaches of the Network:
 Advanced Biotechnology;
 Nanotechnology;
 Precision Agriculture;
 Information and Communication Technologies-TICs
Use of Emerging Technologies

Genomics and metagenomics technologies
for the development of water-use efficient
plants;
2nd generation ethanol, and
phosphate solubilization
Research Lines of Interest Related to the Mitigation
of Global Warm

8
[Hoekstra & Chapagain, 2008]

Plantas Tolerantes a Seca (Monsanto + Basf)
Tecnologia para o desenvolvimento de
plantas mais tolerantes aos estresses
abióticos $ 1.5 bilhões de dólares
(http://monsanto.mediaroom.com/index.php?s=43&item=710)
Nota: descobertas do gene espB de Bacillus subtilis.

Bioprospecção em Ambientes
Extremos:
Biodiversidade não usual x novas
substâncias químicas
Bioprospecção= biodiversidade+
indústria
As buscas devem ser dirigidas
àqueles habitats onde o produto
desejado surgiu como resultado do
processo evolutivo natural

Drought caused as many deaths in 1980-2000 as all other natural disasters
combined (Colombia University Center for Hazards and Risks)

Trehalose ( glucopiranosil-1,1-glucopiranosideo) – evita
desnaturação e agregação de proteínas
EPS – modifica o ambiente ao redor das células microbianas,
participa na adesão das células à superfície, retenção de água,
favorece o sequestro e concentração de nutrientes, retém e protege
enzimas extracelulares.
Organismos
Osmotolerants

0
10
20
30
40
50
60
70
80
Oxida ve
stress
Heat shock Detoxifica on Acid stress Osmo c
stress
SigmaB stress
responce
regula on
Cold shock Periplasmic
Stress
Carbon
Starva on
Universal
stress protein
family
Chuva #2
Chuva #1
Chuva #3
Seca #1
Seca #2
Seca #3
0
20
40
60
80
100
120
Choline
and
Betaine
Uptake
and
Betaine
Biosynthesis
Osm
oprotectantABC
transporterYehZYXW
of
Osm
o
cstresscluster
Synthesisofosm
oregulated
periplasm
icglucans
Osm
o
cstress
Sigm
aB
stressresponce
regula
on
Cold
shockPeriplasm
icStressCarbon
Starva
on
Universalstressprotein
fam
ily
Chuva #2
Chuva #1
Chuva #3
Seca #1
Seca #2
Seca #3
Alta abundância de genes
relacionados ao stress por calor (do
grupo da hsp70 (dnaK)) e stress
osmótico (biosintese de betaína).

Crescimento em meio contendo sorbitol
Azospirillum sp.
Bacillus sp.
Seleção de caracteres para tolerância à seca
Crescimento em meio contendo sorbitol

Isolamento de rizobactérias
associadas
às cactáceas

Tratamento
Área foliar
(cm2
)
Comprimento
caule
(cm)
Peso seco
parte aérea
(g)
Testemunha 62,53 7,52 0,2610
6.2 RZS 3 113,19* 8,80* 0,4340*
6.1 XXS 15 97,67 8,45 0,4090*
3.3 XXS 22 100,43 7,47 0,3610
1.1 XXS 28 111,10* 7,99 0,3830
3.1 CFS 33 80,75 6,92 0,3090
3.1 CFS 34 83,08 8,83* 0,3450
4.1 XXS 40 113,12* 8,87* 0,4330*
4.1 XXS 42 109,45* 8,45 0,3450
5.2 RZS 52 104,73* 7,66 0,3730
Promoção de crescimento de Zea mays
Estresse hídrico
Bacillus spp. promoveram crescimento de milho sob estresse hídrico

Promoção de crescimento de Zea mays
Estresse hídrico
T

Metagenomics:
-for production of lignocellulosic ethanol
-Develop new, more versatile, microorganisms
capable of squeezing more ethanol from
biomass.
•A biossíntese da celulose na natureza
equivale à produção de 5x104
barris de
petróleo por segundo (Coughlan, 1985)

Research Lines of Future Interest
The soil metagenome – a rich resource for
the discovery of novel natural products

- Metagenomic libraries generated from
extremophiles: thermostable celullase,
…..drought resistance, etc
Celullase production by one high
producer hit

Matagenomics
Shelly Paluan e Quirino, 2010
Greater sorbitol concentration
Greater hydric stress

Metagenomics:
-for phosphate solubilization
Research Lines of Future Interest
Strategy: to apply culture-
independent metagenomics technologies in
rocks, minerals and other deposits of
phosphate.
PO4
---

~US$ 6.4 billion/year
In Brazil, 30 kg N/ha would cost
to the farmer ~US$ 30/ha
to the country ~US$ 650 million/year
National economy to the BNF with soybean crop
(21.7 million ha, 2,629 kg/ha)

A Biotecnologia na busca de pesticidas
menos tóxicos
•Brasil, 1º maior consumidor mundial de agrotóxicos.
• ( www.abiquim.org.br)
•Toxicidade: 2º maior causa de intoxicação em humanos –
9.600 registros.
Fonte: Sinitox: www.fiocruz.br
Qual o futuro do setor e quais os rumos das
pesquisas?

extremophyles:
Transforming biodiversity in
technologies
-high salinity seawater;
-anoxic environment;
Purposes:
-Bacterial inoculant for salty
soils;
-Bioactive compounds:
herbicides

Actinobactérias – principais fontes
de agentes antimicrobianos

medium
Atrazin
medium +DMSO
L3-10ª Actinoba. Endof.
Microalgae Chlorella vulgaris
Descoberta de novos herbicidas- Efeitos
fitotóxicos

1
3
5
7 9
11
13
15
17
23 25
26
27
28
30
31
32
33
1'
2'
3'
4'
5'
6'
7'
8'9'
O
HO
H3CO
O
OCH3
OH
O
O
HN
OH
O
O
O
19
21HO
O
HO
H3CO
O
OCH3
OH
O
O
HN
OH
O
O
O
19
21H3CO
O
HO
H3CO
O
OCH3
OH
O
OH
19
21HO
29
1 2 3
O
HO
H3CO
O
OCH3
OH
O
O
O
NH2
HO
4
O
O
HO
H3CO
O
OCH3
OH
O OH
5
O
HO
H3CO
O
OCH3
OH
O
OCH3
HO
6
Chemical structures of bafilomycins
isolated and identified from the extract of Streptomyces MSC 463.

Conclusões
•Países do Cone Sul apresentam déficits na balança
comercial no segmento de produtos do metabolismo
secundário da biodiversidade (fármacos, polissacarídeos,
insumos agrícolas, agrotóxicos);
•Pesquisas insuficientes é feita para transformar o
conhecimento científico acumulado em inovação
tecnológica;
• Existe um distanciamento entre os grupos de pesquisa e
as empresas;
•Melhorar acesso a informação para diminuir a
desigualdade científica nos países do Cone Sul

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