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Revolucionario: Con edición genética desarrollan arroz híbrido que puede clonar sus semillas

La herramienta de edición de genes conocida como CRISPR se puede utilizar para hacer plantas de arroz híbridas que pueden clonar sus semillas, según informan Imtiyaz Khanday (izquierda), Venkatesan Sundaresan (derecha) y sus colegas en un nuevo estudio.

Cruzar dos buenas variedades de grano puede originar un híbrido fabuloso, combinando las mejores versiones de genes de los padres para dar a los cultivos de la siguiente generación las características ventajosas. Pero estos híbridos no transmiten esas codiciadas cualidades genéticas a todas las semillas que originan al reproducirse. Sin embargo, un nuevo estudio reportó el uso de edición genética para lograr el primer híbrido de arroz que puede auto-clonar sus semillas, es decir, traspasar su genética híbrida intacta a la siguiente generación. Esto puede ayudar a que los agricultores mantengan mejores rendimientos de manera más sustentable y económica.

Después de más de 20 años de teorizar al respecto, los científicos han modificado una variedad híbrida de arroz para que algunas de las plantas produzcan semillas clonadas. No es necesario el sexo para reproducirse. La hazaña, reportada el 12 de diciembre en la revista Nature, es alentadora para los esfuerzos por alimentar a un mundo cada vez más poblado.

Cruzar dos buenas variedades de grano puede originar una progenie fabulosa, combinando las mejores versiones de genes de los padres para dar a los cultivos de la siguiente generación las características deseables – como rendimientos agrícolas mayores o resistencia a enfermedades. Pero tales maravillas de granos híbridos generalmente no transmiten esas codiciadas cualidades genéticas a todas las semillas que originan en el proceso de reproducción. Por lo tanto, los agricultores que desean rendimientos consistentemente más altos tienen que comprar nuevas semillas híbridas en cada temporada. Esta nueva versión de laboratorio del arroz híbrido preservaría esas cualidades de forma permanente a través de la auto clonación, según afirma el coautor del estudio Venkatesan Sundaresan, un genetista de plantas en la Universidad de California, Davis.

Los híbridos [F1] son generalmente más fuertes que cualquiera de las dos variedades parentales [P1 y P2], un fenómeno conocido como vigor híbrido (o heterosis). Un ejemplo económicamente importante es el maíz híbrido, que proporciona una ventaja considerable en el rendimiento de semillas sobre las variedades de polinización abierta. Una ventaja adicional de los híbridos F1 que es muy importante para los agricultores es su uniformidad: todas las plantas de la población crecerán y se desarrollarán al mismo ritmo. Esta característica agronómica hace que los cultivos sean más fáciles y más baratos de manejar. Sin embargo, la generación posterior [F2] no será uniforme y no se utilizará para la segregación genética de alelos durante la reproducción sexual. Por esta razón, se recomienda a los agricultores que compren o desarrollen nuevas semillas híbridas cada vez que planten.

Aunque 400 tipos de plantas, incluidas algunas moras y cítricos, han desarrollado semillas que se “auto-clonan” de manera natural (es decir, que copian sus mismos genes para las semillas que producen), la recreación de esas vías en las plantas de cultivo ha sido “más difícil de lo que nadie esperaba”, dice Sundaresan. Él y sus colegas tuvieron la idea de la nueva investigación mientras estudiaban “cómo un óvulo fertilizado se convierte en un cigoto, la célula mágica que regenera todo un organismo”, como dice Sundaresan.

Los investigadores descubrieron que la modificación de dos conjuntos de genes hizo que el híbrido de arroz japonica llamado Kitaake clonara sus propias semillas. Primero, el equipo descubrió que en un óvulo de planta fertilizado, solo la versión masculina de un gen llamado BABY BOOM1 encontrado en el esperma desencadenó el desarrollo de un embrión de semilla. Así que los científicos insertaron un interruptor de inicio genético (llamado “promotor”) que permitía a la versión femenina del mismo gen hacer el mismo trabajo. Con esta modificación, ningún macho sería necesario para desencadenar el desarrollo de un embrión.

Pero ese cambio por sí solo no fue suficiente para producir semillas híbridas clonadas. Esto se debe a que un óvulo normal que se formó a través de la meiosis, un tipo de división celular que produce los óvulos y espermatozoides, tendría solo la mitad de un conjunto de cromosomas (recordar que se se necesitan la suma de cromosomas de ambos padres para originar un nuevo organismo viable). Una solución al problema provino del genetista de plantas y coautor del estudio, Raphael Mercier, con sede en Versalles y con el Instituto Nacional Francés para la Investigación Agrícola (INRA). Su equipo había desarrollado una forma de utilizar la herramienta de edición de genes CRISPR/Cas9 para desactivar tres genes críticos para la meiosis en el arroz. Las plantas madres luego cambiaron a reproducirse asexualmente.

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La combinación de las dos modificaciones genéticas en el arroz híbrido Kitaake permite que una parte de los padres, hasta ahora un 30% en el mejor de los casos, creen semillas clonales viables con su genética híbrida original intacta. Esas semillas brotaron en plantas que también podrían clonarse a sí mismas, y también la próxima generación. Ahora el desafío será hacer que el proceso sea más eficiente, dice Sundaresan.

La investigación marca un paso importante hacia la auto-clonación de granos híbridos, dice Anna Koltunow, de la Organización de Investigaciones Científicas e Industriales del Commonwealth en Glen Osmond, Australia, que no participó en el estudio. “El estudio muestra claramente que uno puede volver a diseñar el arroz para cambiarlo de un modo sexual a uno asexual”.

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