Las líneas estratégicas de investigación, su estructuración en sub-líneas de trabajo son las siguientes:

1. Línea de Biotecnología

1.1. Biotecnología Agraria

• PROTECCIÓN DE CULTIVOS: Desarrollo y aplicaciones de bioinsecticidas. Patología vegetal y fitobacteriología.
• FRUTICULTURA y VITICULTURA AVANZADA: Modelización del comportamiento agronómico de frutales y vid. Agricultura de precisión. Gestión del riego y de la nutrición en cultivos leñosos. Estimación del riesgo de siniestros de origen climático y evaluación de los daños y de la pérdida de cosecha que producen en cultivos leñosos. Gestión de recursos fitogenéticos: prospección, conservación, identificación, caracterización y evaluación de variedades y clones de especies leñosas.
• AGROBIOTECNOLOGÍA VEGETAL: Destaca la amplia experiencia en el cultivo in vitro y en la transformación genética de plantas mono- y dicotiledóneas. Además de poder obtener plantas transgénicas por transformación nuclear se tiene la capacidad de obtener plantas transplastómicas (transformación del genoma plastidial). Estas tecnologías se han utilizado en agricultura molecular, es decir, la producción de proteínas de interés biofarmacéutico o industrial en plantas. Las plantas de nuestros laboratorios han producido tanto proteínas de interés terapéutico como vacunas para uso humano o animal. Otra línea de interés es el empleo de plantas transgénicas para estudiar la regulación redox por tiorredoxinas en plantas. La última línea de investigación incorporada es la caracterización y uso de levaduras como biofertilizantes y agentes de biocontrol frente a hongos fitopatógenos. En esta línea colaboramos con varias empresas del sector agroalimentario.

1.2. Biotecnología Microbiana

• GENÉTICA Y MICROBIOLOGÍA: Genética molecular y mejora de basidiomicetos superiores. Producción de biocombustibles. Tipificación de material vegetal y de hongos usando marcadores moleculares. Utilización de marcadores moleculares en mejora genética vegetal. Análisis genómico, epigenómico y transcriptómico.

1.3. Biotecnología Sanitaria

• CONTROL DE LA EXPRESIÓN GÉNICA: Caracterización de promotores. Biología tumoral de neuroblastomas. Determinación y análisis del mecanismo de acción de nuevos agentes antineoplásicos.

2. Línea de Agrobiología Ambiental

2.1. Gestión de sistemas agroforestales

• ECOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE:
  El equipo de Ecología Forestal del grupo de Ecología y Medio Ambiente de la UPNA inició en 1999 un proyecto a largo plazo para estudiar los efectos de la gestión forestal (es decir, el raleo) sobre el funcionamiento (producción de árboles y ciclo de nutrientes) y la estructura (diversidad y biodiversidad de suelos y sotobosque) en dos bosques pirenaicos de gran contraste, uno mediterráneo y el otro continental. 
  Durante el período 1999-2006 se determinaron los límites de extracción y rotación de árboles mediante la modelización de datos de campo para asegurar una gestión sostenible de los nutrientes en ambos bosques. La rápida expansión del haya común en el Mediterráneo nos llevó a considerarla como un bosque mixto y no como un bosque de pino silvestre puro. Por lo tanto, durante el período 2007-2012 utilizamos la dendroecología y el estudio de los flujos de agua y nutrientes para mostrar que los parches mixtos y puros funcionan de manera diferente en este bosque mixto. 
  De 2013 a 2017 centramos nuestros esfuerzos de investigación en las interacciones entre las especies arbóreas, el cambio climático local y global, y los flujos de nutrientes y agua a través del tiempo. Actualmente, estamos tratando de construir modelos para reconstruir los flujos de nutrientes del pasado. Para ello se utilizan conjuntos de datos a largo plazo, dendroecología y experimentos de campo. Otras líneas de investigación que se han iniciado recientemente son el estudio de la dinámica radicular y el uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV) para caracterizar la estructura del bosque.
  Se puede acceder a una lista detallada de publicaciones y descargas gratuitas desde:
  https://www.researchgate.net/lab/Ecology-and-Environment-Federico-J-Castillo 
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2.2. Fisiología Vegetal y Agrobiología

• FISIOLOGÍA VEGETAL Y AGROBIOLOGÍA: Utilización del nitrógeno en sistemas agrícolas: (I) mecanismos de tolerancia al amonio en plantas y (II) utilización de inhibidores naturales y sintéticos de la nitrificación y su impacto en la nutrición nitrogenada de plantas. Fijación de nitrógeno en leguminosas: regulación metabólica e implicaciones agrícolas. Acción de los herbicidas y mimetización con compuestos de origen natural. Señalización redox y antioxidantes en plantas: aplicaciones bio- y nano-tecnológicas.·Mecanismos de tolerancia a sequía a nivel de raíz.