Con edición génica corrigen un error producido por el mejoramiento convencional del tomate

Desde sus frutos gigantes plantas de tamaño compacto, los tomates de hoy han sido esculpidos por miles de años de mejoramiento. Sin embargo, las mutaciones vinculadas a rasgos apreciados (incluyendo una que los hizo más fáciles de cosechar) producen una planta indeseable cuando estos se combinan según un reciente estudio realizado por genetistas.

Es un raro ejemplo de un gen aprovechado durante la domesticación que más tarde obstaculizó los esfuerzos de mejora de cultivos, dice el genetista Zachary Lippman del Cold Spring Harbor Laboratory en Nueva York. Después de identificar las mutaciones, él y sus colegas usaron la técnica de edición génica conocida como CRISPR para diseñar plantas más productivas, una estrategia que los fitomejoradores están ansiosos por adoptar.

“Es muy emocionante”, dice Rod Wing, un genetista de plantas en la Universidad de Arizona en Tucson. “El enfoque puede aplicarse a la mejora de los cultivos, no sólo en el tomate, sino en todos los cultivos”.

Tomates defectuosos

Lippman conoce la realidad de los campos de tomates. Cuando era adolescente, pasaba sus veranos recogiendo la fruta a mano, una tarea que odiaba. “Tomates podridos. El olor dura todo el día”, dice. “Siempre rezaría por la lluvia en el día de la cosecha de tomate.”

Pero años más tarde, su interés en la genética que controla la forma de una planta lo llevó de vuelta a los campos de tomate, para desentrañar los cambios genéticos que los fitomejoradores habían hecho inconscientemente.

En la década de 1950, los investigadores encontraron un nuevo rasgo en un tomate silvestre relativo creciendo en las Islas Galápagos: carecía de la parte gruesa de la articulación o “joint” entre el tallo central y los frutos.

Las articulaciones son regiones débiles del tallo que permiten que la fruta caiga de la planta. Las plantas silvestres se benefician de la caída de fruta porque ayuda a la dispersión de semillas. Pero con la llegada de los recolectores mecánicos de tomate, los agricultores querían que sus frutos permanecieran en la planta. Los mejoradores se apresuraron a incorporar el rasgo “sin articulaciones” (jointless) en sus tomates.

Este nuevo rasgo vino con un inconveniente. Cuando se cruzó con las variedades de tomate existentes, las plantas resultantes tenían ramas con flores que producían muchas ramas adicionales y parecían una escoba, terminando en una serie de flores. Las flores generaban un drenaje de los recursos vegetales, disminuyendo el número de frutos que producía. Los mejoradores seleccionaron otras variantes genéticas que anularan este defecto. Pero décadas más tarde, el equipo de Lippman buscó los genes detrás de este fenómeno.

Dos rasgos beneficiosos que generan uno perjudicial

Habían examinado previamente una colección de 4.193 variedades de tomate, buscando aquellos con patrones de ramificación inusuales. De esa colección, rastrearon variantes de dos genes que, juntos, causaron una ramificación extrema similar a lo que los fitomejoradores habían visto. Uno de los dos genes, según reporta el equipo en un artículo publicado en Cell el 18 de mayo, es responsable del rasgo “jointless” (el rasgo de articulación más fina conectada a la fruta y más fuerte al tallo central de la planta).

El otro gen favorece la formación de un gran casquillo verde de estructuras parecidas a las hojas en la parte superior del del fruto, un rasgo que fue seleccionado hace miles de años, en los primeros días de la domesticación del tomate. Los beneficios de este rasgo no están claros, dice Lippman, pero puede haber ayudado a soportar frutas más pesadas.

Con estos genes descubiertos, su equipo utilizó la edición génica mediante CRISPR/Cas9 para eliminar su actividad, así como la de un tercer gen que también afecta el número de flores, en varias combinaciones. Esto generó una gama de arquitecturas en la planta, desde largas y delgadas ramas con racimos de flores, hasta tupidos ramitos de flores con una arquitectura similar a la coliflor; incluyendo algunos con rendimientos mejorados.

Los hallazgos deberían ayudar a calmar dudas persistentes entre los fitomejoradores de que las interacciones negativas entre los rasgos genéticos deseables son una fuerza a tener en cuenta, dice Andrew Paterson, un mejorador de plantas en la Universidad de Georgia en Atenas. La idea ha sido controversial, dice, porque los efectos han sido difíciles de detectar estadísticamente.

El equipo de Lippman ahora está trabajando con los mejoradores de plantas para utilizar la edición de genes a fin de desarrollar tomates con ramas y flores optimizadas para el tamaño de la fruta. Las plantas con fruta más grande, por ejemplo, pueden tener mejores rendimientos si tienen menos ramas florecidas que aquellas con frutos más pequeños.

“Realmente estamos aprovechando el conocimiento básico y aplicándolo a la agricultura”, dice. “E, irónicamente, ocurre en el cultivo que menos me gustaba cosechar en la granja.”