Desarrollan método para mejorar resistencia a la sequía y enfermedades en cultivos agrícolas

Un equipo de investigadores de la Universidad de Georgia (EE.UU.) ha desarrollado una nueva forma de desarollar plantas con mejores rasgos. Al introducir una proteína humana en la especie de planta modelo Arabidopsis thaliana, los investigadores descubrieron que podían activar selectivamente genes silenciados (durante la domesticación de cultivos) que ya estaban presentes en la planta.

Usar este método para aumentar la diversidad entre las poblaciones de plantas podría servir para crear variedades que sean capaces de resistir la sequía o las enfermedades en cultivos u otras poblaciones de plantas, y los investigadores ya han comenzado a probar la técnica en maíz, soja y arroz.

Los hallazgos fueron publicados en Nature Communications.

El proyecto de investigación fue dirigido por Lexiang Ji, un estudiante de doctorado en bioinformática, y William Jordan, un estudiante de doctorado en genética. El nuevo método que exploraron, conocido como epimutagénesis, posibilitará el desarrollo de diversas plantas de una manera que no es posible con las técnicas tradicionales.

“En el pasado esto se ha hecho con mejoramiento tradicional. Se toma una planta, se cruza con otra planta que tiene otra característica que quieres crear en otra planta”, dijo Jordan. “El problema es obtener un individuo que tenga todas las características deseables y ninguna de las características no deseables. Es un poco difícil. Con nuestra nueva técnica, se puede modificar la forma en que se activan y desactivan los genes. en esa planta sin tener que introducir un conjunto de genes de otro parental”.

La idea del método evolucionó originalmente al trabajar en el laboratorio con Robert Schmitz, profesor del departamento de genética, el autor correspondiente del estudio. En su laboratorio, los investigadores estaban estudiando la metilación del ADN, que controla los rasgos genéticos expresados, y creando mapas de donde la metilación del ADN se encuentra en muchas especies de plantas, incluidos los cultivos. Cuando se elimina la metilación del ADN, los investigadores encontraron que podían activar selectivamente los genes previamente silenciados en el genoma subyacente de la planta.

“Vimos repetidamente que muchos genes son silenciados por la metilación del ADN y pensamos que era algo curioso”, dijo Schmitz. “Hay muchas discusiones que puedes tener sobre por qué existen, pero la realidad es que están ahí. Entonces nos preguntamos, ¿cómo podemos aprovecharlas? Usemos la planta que ya está en el campo y reactivemos algunos de esos genes silenciados para generar variación de rasgo”.

Para activar estos genes inactivos o silenciados, los investigadores introdujeron una enzima humana, conocida como enzima de translocación diez once (TET, por sus siglas en inglés), para sembrar plántulas utilizando bacterias especialmente modificadas como un vector de entrega. La introducción de esta proteína humana permite a los investigadores eliminar la metilación del ADN y, por lo tanto, activar genes previamente silenciados.

Descubrir la mejor forma de introducir la proteína en las especies de plantas ha sido un proceso de ensayo y error. Con la experiencia de Ji en bioinformática, los investigadores pueden observar grandes conjuntos de datos sobre su experimento y tomar decisiones sobre cómo proceder de la mejor manera con el proyecto.

“Los datos realmente nos han ayudado a pensar y coordinar lo que debemos hacer a continuación”, dijo Ji. “Eso fue particularmente importante al comienzo de este proyecto porque simplemente no sabíamos qué iba a pasar con esta nueva técnica”.

“Hace miles de años plantabas cientos de plantas y una de ellas lo hacía muy bien, por lo que desarrollarías generaciones desde esa planta. Sin embargo, al hacer esto reduces la diversidad genética hasta que sean básicamente muy, muy similares”, dijo Jordan. “Si bien es beneficioso para el rendimiento u otras características de la planta que puedas desear, si existe un estrés al que no están bien adaptadas porque son todas muy similares, todas van a responder de la misma manera. Eso crea un potencial cultivo vulnerable “.

“Si no tienen las diferencias genéticas para responder, entonces realmente puede acabar con los cultivos”, agregó Schmitz. “Esto no es un salvador, pero es una estrategia alternativa que no se ha probado antes. La idea es acceder a los genes que la gente no ha estado estudiando porque no están expresados, pero están ahí. Creemos que este método para reactivar estos genes podría conducir a una mayor variación de rasgos que podría ser útiles para aplicaciones de biotecnología”.