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Genetistas utilizan edición genética para desarrollar cultivos que producen más alimentos

Los científicos del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) han aprovechado la edición del genoma para mejorar los cultivos agrícolas. Utilizando el tomate como ejemplo, utilizaron la tecnología CRISPR/Cas9 para generar rápidamente variantes de la planta que muestran una amplia variedad de tres características separadas e importantes desde el punto de vista agrícola: el tamaño del fruto, la arquitectura de ramificación y la forma general de la planta. El método está diseñado para trabajar en todos los cultivos alimentarios, piensos animales, y los cultivos para producción de combustible, incluidos los alimentos básicos como arroz, maíz, sorgo y trigo.

“Las tasas actuales de aumento del rendimiento de los cultivos no satisfarán las futuras demandas agrícolas del planeta a medida que crezca la población humana”, dice el profesor del CSHL, Zachary Lippman, quien dirigió la investigación. “Una de las limitaciones más severas es que la naturaleza no ha proporcionado suficiente variación genética para que los reproductores trabajen, especialmente para los principales rasgos de rendimiento que pueden involucrar decenas de genes. Nuestro laboratorio ha utilizado la tecnología CRISPR para generar variación genética novedosa que puede acelerar la mejora de los cultivos al tiempo que hace que sus resultados sean más predecibles”.

El trabajo fue publicado en la revista Cell, y en este el equipo utilizó “tijeras moleculares” conocidas como CRISPR para hacer múltiples cortes dentro de tres secuencias del genoma del tomate, llamadas promotores – áreas de ADN cerca de genes asociados que ayudan a regular cuándo, dónde y a qué nivel estos genes de “rendimiento” están activos durante el crecimiento. Los científicos fueron capaces de inducir una amplia gama de cambios en cada uno de los tres rasgos objetivo.

“Lo que demostrábamos con cada uno de los rasgos”, explica Lippman, “fue la habilidad de usar CRISPR para generar nueva variación genética y de rasgos que los mejoradores pueden usar para adaptar una planta a ciertas condiciones. Cada rasgo ahora puede ser controlado en la forma en que un regulador de voltaje controla una bombilla. “

Mediante el uso de CRISPR para mutar secuencias reguladoras, el equipo CSHL encontró que un impacto mucho más sutil en rasgos cuantitativos es posible. El ajuste de la expresión génica en lugar de suprimir o inactivar las proteínas que codifican es muy probable que beneficie a la agricultura comercial debido a la flexibilidad que dicha variación genética proporciona para mejorar los rasgos de rendimiento.

Utilizando CRISPR para crear diferentes conjuntos de mutaciones en un promotor de genes llamado SICLV3 (y en varios otros promotores) permitió a los investigadores variar el número de órganos florales y lóculos (compartimentos gelatinoso de la semilla) en el tomate, en un amplio rango. El efecto es análogo a girar un interruptor de regulador para variar los niveles de luz en un rango continuo. En este caso, a medida que la actividad del gen disminuye, el número de pétalos de flor aumenta, al igual que el número de compartimentos de semillas en el fruto resultante, y por lo tanto, el tamaño del fruto aumenta. Todos estos efectos se pueden atribuir a los cambios en el número de células madre en el depósito de células madre de la planta, llamado meristemo.

“El mejoramiento tradicional implica un gran tiempo y esfuerzo para adaptar las variantes beneficiosas de genes relevantes a las mejores variedades, las cuales deben ser mejoradas continuamente cada año” afirma Lippman. “Nuestro enfoque puede ayudar a evitar esta limitación mediante la generación y selección directa de las variantes más deseables que controlan la actividad génica en el contexto de otras mutaciones naturales que benefician el mejoramiento. Ahora podemos trabajar con el ADN nativo y mejorar lo que la naturaleza ha proporcionado, lo que creemos que puede ayudar a romper las barreras de rendimiento” agregó.

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