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Aceleran el mejoramiento de cultivos con tecnología espacial

Invernaderos del John Innes Centre donde se realiza “mejoramiento genético rápido utilizando ciclos más cortos de crecimiento y cosecha de cultivos, además de iluminación LED mejorada.

La tecnología utilizada por primera vez por la NASA para cultivar plantas en el espacio ya esta acelerando las mejoras en una variedad de cultivos aquí en La Tierra.

Los científicos del Centro John Innes, el Instituto Earlham y el Instituto Quadram en Reino Unido, y la Universidad de Queensland han mejorado la técnica, conocida como mejoramiento genético rápido, adaptándola para trabajar en grandes invernaderos y en cámaras de crecimiento reducidas.

La capacidad de trabajar a estas escalas les brinda a los científicos mayores oportunidades que nunca para producir cultivos resistentes a las enfermedades, resistentes a los desafíos climáticos y más nutritivos para alimentar a una creciente población mundial. La investigación se publicó en la revista científica Nature Protocols.

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El mejoramiento rápido utiliza iluminación LED mejorada y regímenes de un día de hasta 22 horas para optimizar la fotosíntesis y promover el rápido crecimiento de los cultivos. Acelera el ciclo de reproducción de las plantas: por ejemplo, se pueden cultivar seis generaciones de trigo por año, en comparación con las dos generaciones que utilizan métodos de mejoramiento tradicional.

Al acortar los ciclos de mejoramiento, el método permite a los científicos y fitomejoradores realizar mejoras genéticas aceleradas, como mayor rendimiento, resistencia a enfermedades y mayor tolerancia a los desafíos climáticos en una variedad de cultivos como el trigo, la cebada, la canola y el guisante.

Ser capaz de hacer esto en una cámara compacta de crecimiento permite realizar investigaciones asequibles y de vanguardia en una variedad de cultivos antes de que los experimentos se amplíen a invernaderos más grandes.

Los últimos avances llegan en un momento crucial para el desarrollo de los cultivos europeos. Siguen una decisión reciente del Tribunal de Justicia de la Unión Europea que dictaminó que los cultivos mejorados utilizando técnicas modernas de edición de genes deberían clasificarse como los anteriores organismos modificados genéticamente (OGMs), o transgénicos, desarrollados con técnicas anteriores de ingeniería genética.

La decisión fue recibida con consternación entre los principales científicos de plantas, fitomejoradores y líderes de la industria agrícola en el Reino Unido, porque frustra los esfuerzos para enfrentar el desafío de una creciente población mundial.

El Dr. Brande Wulff, un científico especializado en trigo en el Centro John Innes y uno de los autores principales del estudio, explica que la investigación y el mejoramiento de los cultivos europeos dependerá más de la velocidad de reproducción a la luz de estos desarrollos.

“El mejoramiento rápido permite a los investigadores movilizar de forma extrema la variación genética que se encuentra en parientes silvestres de los cultivos e introducirla en variedades de élite que los agricultores pueden cultivar. El dictamen de la UE que regula en gran medida la edición de genes significa que dependemos más del mejoramiento rápido para desarrollar cultivos más resistentes y vigorosos”.

El equipo del Dr. Wulff en el Centro John Innes ha desarrollado técnicas como el descubrimiento rápido de genes y la clonación [de genes] que, junto con el mejoramiento rápido, permitiría mejorar los cultivos a través de una ruta sin transgenia.

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Los colaboradores en Australia, que actualmente están sufriendo una de las peores sequías registradas, están utilizando la tecnología para ciclar rápidamente las mejoras genéticas y hacer que los cultivos sean más resistentes a la sequía.

El Dr. Wulff predice que la tecnología de mejoramiento rápido se convertirá en la norma en los institutos de investigación: “Sabemos que cada vez más institutos de todo el mundo adoptarán esta tecnología y, al compartir estos protocolos, estamos proporcionando un camino para acelerar la investigación de cultivos”.

Dr. Wulff analizando espigas de trigo.

Los refinamientos, descritos en este estudio, tienen como objetivo optimizar la tecnología como herramienta de investigación. Los cambios en la composición del suelo/medios, la iluminación, la temperatura, el espaciamiento de las plantas y la cosecha prematura de semillas han llevado al equipo a reducir el tiempo de generación de semilla a semilla en el trigo a solo ocho semanas.

Esto significa que la tecnología de mejoramiento rápido permite que se cultiven seis generaciones de trigo por año, en comparación con dos generaciones que utilizan métodos de cultivo tradicional.

Sreya Ghosh, primer autor del artículo, del Centro John Innes, destaca el beneficio de hacer que la tecnología sea accesible a más comunidades de investigación.

“Muchos investigadores desean acelerar el mejoramiento de sus cultivos, pero no tienen acceso a cámaras de crecimiento de última generación ni a grandes invernaderos. Para nosotros fue importante que desarrollemos algo que se pueda comprar rápidamente y configurar con la mínima habilidad.

“Este gabinete de crecimiento reducido significa que la tecnología es accesible y democrática. Investigadores de todo el mundo pueden instalarlo en su oficina para obtener los beneficios de la mejora acelerada para su programa de investigación”.

Luis Yanes, coautor del estudio y especialista en computación del Instituto Earlham, dijo: “Hemos desarrollado tecnologías de acceso abierto, lo que significa que cualquier otro investigador o miembro del público puede usarlo para construir su propia cámara de mejoramiento rápido. Este es un gran ejemplo de cómo la colaboración de expertos entre instituciones puede llevar a una investigación innovadora de clase mundial que tenga un impacto en la agroindustria y el consumidor”.

El tiempo de generación en la mayoría de las especies de plantas representa un cuello de botella en los programas de investigación aplicada y de mejoramiento. Abordar este cuello de botella significa que los científicos pueden responder más rápido a las enfermedades emergentes, al cambio en el clima y al aumento de la demanda de ciertas características agrícolas ventajosas.

 

 

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