Con nano-partículas magnéticas insertan ADN en polen para acelerar el mejoramiento de cultivos

Científicos chinos y estadounidenses combinaron imanes y nanotecnología para insertar ADN  en polen de algodón y manipularlo con éxito. Esto permitiría superar barreras en la modificación genética que depende de cultivos in vitro y aceleraría el mejoramiento de cultivos agrícolas.

La modificación genética de las plantas es importante para producir nuevos tipos de cultivos que sean mejores en términos de calidad y resistencia al estrés. Sin embargo, la mayoría de las técnicas de modificación genética disponibles hoy en día se basan en la regeneración de plantas a partir de cultivos de tejido vegetal, lo cual es complicado y lleva mucho tiempo.

Ahora, un equipo de investigadores en China y EE. UU., ha desarrollado una nueva tecnología de transformación sin cultivo, denominada magnetofección de polen, para producir directamente semillas transgénicas. La técnica, que se basa en la entrega de ADN exógeno (distinto al del organismo a modificar) cargado con nanopartículas magnéticas en el polen mientras se aplica un campo magnético, produce plantas transgénicas que contienen el nuevo ADN en su genoma. En principio, el nuevo enfoque podría aplicarse a cualquier tipo de planta con flores.

El estudio fue publicado en la revista Nature Plants el pasado 27 de noviembre.

Esto podría extender la cantidad de plantas transgénicas en el campo, que hasta ahora son casi exclusivamente maíz, soja, algodón y canola, debido a la limitada lista de especies de plantas que los científicos han podido modificar con éxito y/o superar las barreras regulatorias para la comercialización. La nueva técnica de magnetofección de polen superaría los obstáculos de los métodos tradicionales de transformación de plantas y despeja el camino para modificar genéticamente “casi todos los cultivos” según los investigadores.

Magnetofección para la modificación genética

“Por el momento, estamos muy limitados en cuanto a qué plantas, e incluso tipos de plantas, llamadas cultivares, somos capaces de transformar”, explica Rachel Burton, del Centro de Excelencia de ARC en Plant Cell Walls en la Universidad de Adelaide, quien no estuvo involucrado en la investigación.

“Por ejemplo, trabajamos mucho con la cebada, y solo podemos hacer cebada transgénica de alrededor de 10 cultivares. Hay incluso más que no podemos transformar en absoluto. Esta tecnología cambiaría eso”.

Casi todos los métodos actuales de ingeniería genética implican la regeneración de una nueva planta a partir de una sola célula transformada utilizando procesos complicados de cultivo in vitro. El enfoque alternativo adoptado por Xiang Zhao, de la Academia China de Ciencias Agrícolas en Beijing y sus colegas, es primero manipular el ADN del polen, luego usar este polen para fertilizar el ovario de una planta y generar directamente semillas transgénicas.

Su herramienta clave para superar la falta de éxito de los esfuerzos previos para transformar genéticamente el polen es combinar la magnetofección (el uso de campos magnéticos para dirigir el ADN exógeno a las células que se quieren modificar) con la tecnología nanobio, usando nanopartículas magnéticas para “contrabandear” el ADN en el corazón del polen.

La magnetofección se ha utilizado principalmente en la ciencia animal y la investigación médica, como señalan los investigadores en estudio, porque las paredes celulares más gruesas de las plantas han demostrado ser más resistentes a las inserciones de ADN. Zhao y sus colegas superaron esta resistencia concentrándose en los puntos más débiles del polen: las aperturas que son puntos de salida para la liberación de espermatozoides durante la germinación.

Los científicos midieron el tamaño de estas aperturas, luego eligieron vehículos de entrega de nanopartículas lo suficientemente pequeños como para pasar a través de ellos, transportando la carga de ADN al polen.

El proceso es “un paso innovador hacia la eliminación de los pasos lentos de las técnicas de cultivo in vitro”, dice Chris Cazzonelli, del Laboratorio de Epigenética Ambiental de la Universidad Western Sydney en Australia. “Abre oportunidades para transformar nuevas especies de plantas que anteriormente no eran fácilmente susceptibles al cultivo de tejidos o técnicas de transformación convencionales”.

Monika Doblin, experta en la pared de células vegetales en la Universidad de Melbourne, también en Australia, está de acuerdo en que una técnica de transformación genética que se puede aplicar fácilmente a cualquier especie de planta productora de polen es un “avance significativo”, aunque señala la muestra pequeña de tamaño en especies y números de experimento presentados en el nuevo estudio. “Se requiere más investigación sobre la efectividad de esta técnica en una amplia gama de especies de cultivos actuales, pero, dicho esto, suena prometedor”, afirma.

Aunque los investigadores consideraron principalmente el algodón como una planta modelo en este estudio, dicen que su técnica podría extenderse a otras plantas con flores ya que casi todas ellas pueden producir semillas por polinización.

Sin embargo, es probable que las recompensas y los riesgos se limiten a casos especiales, dice Justin Borevitz, que se especializa en seguridad alimentaria y ambiental en la Universidad Nacional de Australia en Canberra. “Puede no ser sustancialmente diferente a las tecnologías agrícolas existentes”, agrega. “Otra herramienta para la caja de herramientas de mejoramiento genómico”.

Sin embargo, es probable que los activistas anti-OGMs reciban la noticia con temor, mientras que Burton reconoce que la mayoría de los científicos de plantas verán la posibilidad de más experimentación con plantas como algo bueno.

“Hemos estado haciendo esto durante miles de años, desde que comenzó la agricultura”, dice. “Por lo general, lo hacemos mediante mejoramiento convencional”. No solo es muy lento, sino que trae “todo el ADN, tanto bueno como malo, de ambos padres, y luego tienes que perder tiempo para deshacerte de las cosas malas”. Con la modificación por ingeniería genética “puedes agregar solo los trozos buenos que deseas”.

Sin embargo, aunque generalmente está a favor de la tecnología transgénica y de lo que puede hacer, Burton reconoce que también hay problemas potenciales. “Tenemos que tener cuidado de no fabricar plantas que sean malezas, que puedan tomar el control, arruinar ecosistemas y expulsar especies nativas, por ejemplo”, afirma. “También tenemos que estar seguros de que no estamos haciendo versiones tóxicas de las plantas; aunque podemos hacer [lo mismo] mediante mejoramiento convencional con la misma facilidad y sin regulaciones para detenerlo”.