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Nueva “clonación rápida” de genes permitirá proteger cultivos agrícolas ante plagas y enfermedades

La investigadora del Centro John Innes, Dra Sanu Arora, con trigo domesticado moderno (izquierda) y uno de sus ancestros silvestres (derecha). Crédito: Andrew Davis

Un grupo de investigadores pioneros desarrollan un nuevo método que les permite reclutar rápidamente genes de resistencia a enfermedades en plantas silvestres y transferirlos a cultivos agrícolas domesticados.

La técnica llamada AgRenSeq o clonación rápida ha sido desarrollada por investigadores del Centro John Innes en el Reino Unido, junto con colegas en los Estados Unidos y Australia, para acelerar la lucha contra los patógenos que amenazan los cultivos alimentarios en todo el mundo.

Permite a los investigadores buscar en una “biblioteca” genética de genes de resistencia descubiertos en parientes silvestres de cultivos modernos para, entonces, poder identificar rápidamente secuencias asociadas con la capacidad de lucha contra la enfermedad.

Desde allí, los investigadores pueden usar técnicas de laboratorio para clonar los genes e introducirlos en variedades de élite de cultivos domesticados para protegerlos contra patógenos y plagas como la roya, el mildiú polvoriento y la mosca de Hess.

Al hacer que los cultivos sean más resistentes a las enfermedades, AgRenSeq ayudará a mejorar los rendimientos y reducir el uso de pesticidas, dice el Dr. Brande Wulff, líder del proyecto en el Centro John Innes.

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“Tener la [técnica de] clonación rápida en nuestro kit de herramientas significa que los cultivos de élite pueden ser más resistentes, lo que significa mayores rendimientos y una menor dependencia de los pesticidas para proteger los cultivos”, afirma.

“Hemos encontrado una forma de escanear el genoma de un pariente silvestre de una planta de cultivo y seleccionar los genes de resistencia que necesitamos; y podemos hacerlo en un tiempo récord. Esto solía ser un proceso que tomaba diez o quince años y era como buscar una aguja en un pajar. Ahora podemos clonar estos genes en cuestión de meses y por miles de libras en lugar de millones”.

La investigación publicada recientemente en la revista Nature Biotechnology revela que AgRenSeq se ha probado con éxito en un pariente silvestre del trigo, donde los investigadores identificaron y clonaron cuatro genes de resistencia para el devastador patógeno de la roya del tallo en un espacio de meses. Este proceso llevaría fácilmente una década utilizando los medios convencionales.

El trabajo en trigo silvestre se está utilizando como una prueba de concepto, preparando el camino para el método que se utilizará para proteger muchos cultivos que tienen parientes silvestres, como la soya, la arveja, el algodón, el maíz, la papa, el trigo, la cebada, el arroz y el plátano y el cacao.

Los cultivos modernos de élite, en la búsqueda de mayores rendimientos y otras características agronómicas deseables, han perdido mucha diversidad genética, especialmente por la resistencia a las enfermedades.

La reintroducción de genes de resistencia a enfermedades de parientes silvestres es un enfoque económico y ambientalmente sostenible para producir cultivos más resistentes. Sin embargo, la introgresión de estos genes en los cultivos es un proceso laborioso que utiliza métodos de mejoramiento tradicional.

Esto se debe a que los parientes silvestres contienen una gran cantidad de características agronómicas inviables, como los largos tiempos de crecimiento y la fácil liberación de semillas, lo que hace que su combinación con variedades de élite sea extremadamente difícil.

El nuevo método combina la secuenciación de ADN de alto rendimiento con la bioinformática de vanguardia.

Es una combinación de dos tecnologías: genética de asociación, que permite a los investigadores identificar asociaciones entre regiones del genoma y características de resistencia a enfermedades en muchas plantas individuales; y captura de secuencia que permite la orientación de regiones específicas del genoma que codifican proteínas receptoras inmunes. Esto lo convierte en una alternativa rentable a la secuenciación del genoma completo.

Para probar el método, el equipo recolectó un panel de diversidad de 151 cepas de un pasto llamado Aegilops tauschii. Un ancestro del trigo moderno, este pariente silvestre contribuyó con el pilar del genoma D en el trigo harinero moderno.

La población tiene una gran cantidad de diversidad genética de resistencia a enfermedades que se ha perdido en el camino de mejoramiento hacia las variedades domesticadas de élite.

El equipo inoculó a la población del pariente silvestre con el patógeno de la roya del tallo y examinó las plantas para identificar aquellas resistentes y susceptibles a la enfermedad. Al correlacionar esta información con las secuencias de ADN de las plantas, pudieron revelar la identidad de los genes de resistencia funcional en toda la población.

“Lo que tenemos ahora es una biblioteca de genes de resistencia a enfermedades y hemos desarrollado un algoritmo que permite a los investigadores escanear rápidamente esa biblioteca y encontrar genes de resistencia funcional”, explica el Dr. Sanu Arora, primer autor del artículo.

El laboratorio del Dr. Wulff también ha sido pionero en la técnica de mejoramiento acelerado que utiliza iluminación LED mejorada para acelerar las mejoras genéticas en los cultivos. Él ve a AgRenSeq como la tecnología complementaria perfecta.

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“Esta es la culminación de un sueño, el resultado de muchos años de trabajo. Nuestros resultados demuestran que AgRenSeq es un protocolo robusto para el descubrimiento rápido de genes de resistencia de un panel genéticamente diverso de un pariente de un cultivo silvestre”, dice.

“Si mañana tenemos una epidemia, podemos ir a nuestra biblioteca e inocular ese patógeno a través de nuestro panel de diversidad y seleccionar los genes de resistencia. Al usar la clonación rápida y el mejoramiento acelerado, podríamos distribuir genes de resistencia en variedades de élite en un par de años, como un Fénix saliendo de las cenizas”.

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