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Modificación y edición genética para salvar al plátano de las plagas, enfermedades y clima extremo

Dra. Leena Tripathi, Científica Principal del Instituto Internacional de Agricultura Tropical (IITA) observando el rendimiento de sus cultivos de plátano. Imagen: IITA

La edición del genoma basado en CRISPR/Cas9 ofrece nuevas esperanzas para proteger un cultivo crítico en la seguridad alimentaria de varios países mediante el desarrollo de variedades de pátanos que sean climáticamente inteligentes.

La investigación para identificar los genes asociados con las características de tolerancia al estrés y otros usos de la edición de genes y la ingeniería genética para ayudar a las variedades de plátano a adaptarse a un clima cambiante se destaca en un estudio publicado el 15 de abril en Food and Energy Security, la revista de la Asociación de Biólogos Aplicados del Reino Unido.

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La adaptación es importante porque el plátano es una fuente importante de alimentos para unos 500 millones de personas. Se cultiva en más de 140 países tropicales y subtropicales, principalmente África, que produce alrededor de un tercio de la cosecha mundial. Además de respaldar la seguridad alimentaria, el plátano es un cultivo comercial valioso para los pequeños agricultores, que suelen vender en los mercados locales y regionales.

Pero esta fuente vital de alimentos e ingresos está cada vez más amenazada por numerosas plagas y enfermedades, como la Sigatoka negra, la Sigatoka amarilla, la enfermedad de la mancha de la hoja, el marchitamiento bacteriano, la enfermedad de Panamá, el virus bunchy top del plátano (BBTV) y el virus del rayado del plátano (BSV), así como los nematodos y gorgojos. Ahora, las temperaturas más altas y la sequía provocada por el cambio climático también están empezando a pasar factura.

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“Hay una gran brecha de rendimiento en la producción de plátanos en las áreas donde varios de estos patógenos y plagas están presentes juntos”, escribieron los investigadores Leena Tripathi, Valentine Otang Ntui y Jaindra Nath Tripathi. “Algunas de estas enfermedades están eliminando el plátano de los campos infectados”.

Transformación genética y regeneración del plátano. (a) Células embriogénicas de plátano utilizadas como explantes para la transformación genética, (b) Células embriogénicas infectadas con Agrobacterium, (c) Células embriogénicas transformadas en medio de regeneración selectiva, (d) Embriones que germinan en medio de regeneración selectiva, (e) Plántula completa de plátano transgénico regenerado en medio selectivo, (f) planta editada con genoma con mutaciones en la enzima fitoeno desaturasa (PDS) que muestra fenotipo albino y (g – h) planta transgénica que muestra la expresión de la proteína fluorescente verde en la hoja y la raíz bajo fuente de luz ultravioleta. | Fuente: Tripathi et al 2019.

Otros agricultores, particularmente aquellos que dependen de la lluvia para el riego en Uganda, están experimentando pérdidas significativas debido a la sequía.

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Deben desarrollarse estrategias para que la producción de plátano se adapte a los cambios extremos en el clima, particularmente la lluvia y la temperatura en las áreas de cultivo de plátano“, escribieron. “Una opción es utilizar herramientas modernas de mejoramiento como la modificación genética y la edición del genoma para el mejoramiento de cultivos“.

Estos métodos son particularmente útiles con el plátano, una planta que es difícil de reproducir y mejorar mediante métodos convencionales. “La ingeniería genética … permite la transferencia de características útiles de diferentes especies o de la misma especie, evitando los cuellos de botella naturales de mejoramiento, por lo que es aplicable para el mejoramiento del plátano”, escribieron. “Proporciona una opción adicional para el desarrollo de variedades mejoradas resistentes a enfermedades, particularmente cuando no hay disponible ninguna planta huésped con resistencia entre el germoplasma de plátano”.

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Investigadores de todo el mundo están tratando de administrar ribonucleoproteínas (RNP) de proteínas Cas9 premontadas directamente en las células vegetales, donde editan de inmediato los sitios de destino y luego se degradan rápidamente, lo que reduce los efectos [de edición genética] fuera del gen objetivo y no deja rastros de elementos de ADN ajenos a la planta. Las plantas resultantes estarían libres de transgenes y, por lo tanto, no estarían sujetas al proceso engorroso de regulación de OGMs (o transgénicos), de acuerdo con el estudio.

Diagrama esquemático que muestra la generación de plátano editado por genoma libre de ADN ajeno mediante la entrega de proteínas Cas9 premontadas, ribonucleoproteínas ARNr (RNP) directamente en células embriogénicas o protoplastos y regeneración en plantas completas.

También se espera que el cambio climático afecte a los patógenos y plagas, probablemente aumentando su presencia y agresividad. “Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar variedades mejoradas con amplio espectro y resistencia duradera a diversas enfermedades y plagas”, escribieron los investigadores. “La biotecnología moderna de plantas proporciona nuevas herramientas para el desarrollo de plantas de plátano transgénico resistentes a las plagas y enfermedades mediante la sobreexpresión de genes asociados con la defensa o la edición de genes responsables de la susceptibilidad o el regulador negativo de la vía de defensa”.

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La edición de genes también es prometedora para el mejoramiento de la tolerancia a la sequía en los plátanos. “El clima extremo puede suprimir la inmunidad del plátano contra los patógenos; por lo tanto, la evaluación de las variedades disponibles de plátanos resistentes a las enfermedades en condiciones de temperatura más alta es necesaria para identificar una resistencia sostenible que permita a las plantas hacer frente a las epidemias a temperaturas elevadas”, escribieron los autores.

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