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La próxima revolución agrícola ya está aquí: edición genética y hormonas vegetales

edición genética agrícola

Al utilizar tecnologías modernas de edición de genes para aprender sobre ideas clave de las revoluciones agrícolas pasadas, dos científicos de plantas sugieren que la próxima revolución agrícola podría estar a la mano con edición genética aplicada a un par de hormonas clave en el crecimiento y floración de los cultivos.

A medida que una población en crecimiento y el cambio climático amenazan la seguridad alimentaria, los investigadores de todo el mundo están trabajando para superar los desafíos que amenazan las necesidades dietéticas de los humanos y el ganado. Un par de científicos ahora está argumentando que el conocimiento y las herramientas existen para facilitar la próxima revolución agrícola que tan desesperadamente necesitamos.

El profesor del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL), Zach Lippman, investigador del Instituto Médico Howard Hughes, se asoció recientemente con Yuval Eshed, experto en desarrollo de plantas en el Instituto de Ciencia Weizmann en Israel, para resumir los estados actuales y futuros de la ciencia de las plantas. y agricultura.

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Su revisión, publicada en Science, muestra ejemplos de los últimos 50 años de investigación biológica y destaca las principales mutaciones genéticas y modificaciones que han impulsado revoluciones agrícolas pasadas. Estos incluyen modificar las señales de floración de una planta para ajustar el rendimiento, desarrollar plantas que puedan tolerar más fertilizantes o climas diferentes, e introducir semillas híbridas para mejorar el crecimiento y resistir las enfermedades.

Los cambios beneficiosos como estos se descubrieron por primera vez por casualidad, pero la genómica moderna ha revelado que la mayoría de ellos están enraizados en dos sistemas hormonales centrales: la hormona florígeno, que controla la floración; y gibelerinas, que influye en la altura del tallo.

Lippman y Eshed sugieren que en una era de edición genética rápida y precisa, las próximas revoluciones no necesitan esperar descubrimientos casuales. En cambio, al introducir una amplia variedad de cultivos a los cambios en estos sistemas centrales, se puede preparar el escenario para superar cualquier número de desafíos modernos.

Enanismo y revoluciones del poder de las flores

Para explicar su punto, los científicos revisaron investigaciones que se centraron en momentos clave de la historia agrícola, como la Revolución Verde.

[Imagen compuesta izquierda] El mutante de auto poda del tomate (sp) (derecha) tiene un hábito de crecimiento compacto “determinado” con un estallido de floración y producción de fruta en comparación con el crecimiento continuo “indeterminado” de plantas clásicas (izquierda). | [Imagen compuesta derecha] El mutante sp de algodón (Gbsp) tiene brotes determinados que resultan en la característica de “cápsula agrupada”. Los dos mutantes proporcionan una estatura más corta con múltiples adaptaciones agronómicas o de producción de cultivos. Crédito: Eshed, Lippman, T. Zhang

Antes de la década de 1960, la fertilización para obtener un gran rendimiento de trigo provocaría que las plantas crecieran demasiado. Cargados con su generosa abundancia, los tallos de trigo se doblarían y se pudrirían, dando como resultado pérdidas de rendimiento. Fue solo después de que el premio Nobel Norman Borlaug comenzó a trabajar con mutaciones que afectan el sistema de gibelerinas que el trigo se convirtió en el cultivo más corto y confiable que conocemos hoy. El enanismo de Borlaug también se aplicó al arroz, ayudando a muchos campos a resistir tormentas que habrían sido catastróficas solo unos años antes. Esta nueva aplicación de la misma técnica a una planta diferente insinuó que un sistema central estaba en juego.

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Los ejemplos más recientes que mencionan Lippman y Eshed incluyen los cambios experimentados por los cultivos de algodón en China. Allí, los productores convirtieron la planta expandida del sur, en un arbusto de floración más compacto y rápido, más adecuado para el clima del norte de China. Para hacerlo, aprovecharon una mutación que afecta a florígeno, que promueve la floración, y su opuesto, antiflorígeno.

Este tipo de cambio está relacionado con las obras de Lippman. A menudo trabaja con tomates y explicó que una mutación antiflorígeno en el tomate también fue el catalizador que transformó el cultivo de la vid mediterránea en los robustos arbustos cultivados en sistemas agrícolas a gran escala en todo el mundo hoy. Lo sorprendente, dijo Lippman, es que el algodón es muy diferente a cualquier tomate.

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“Son evolutivamente muy diferentes en términos de la filogenia de las plantas. Y a pesar de eso, lo que hace que una planta pase de hacer hojas a hacer flores es lo mismo”, dijo. “Ese programa central está profundamente conservado”.

Afinando una revolución

Como detalla la revisión, esto ha definido lo que hace una revolución agrícola. Un sistema central, ya sea gibelerina, florígeno o ambos, se ve afectado por una mutación, lo que resulta en alguna característica útil. En un momento de pura casualidad, la persona adecuada descubre las plantas que cuentan con esa característica.

Luego se necesitan muchos años más de minucioso fitomejoramiento para ajustar la intensidad de esa mutación hasta que afecte al sistema adecuado para una agricultura sostenible. Es como afinar un instrumento para producir el sonido perfecto.

Lippman y Eshed señalan que la edición de genes CRISPR está acelerando ese proceso de ajuste. Sin embargo, muestran que la mejor aplicación de la edición de genes puede no ser simplemente sintonizar mutaciones revolucionarias preexistentes, sino identificar o introducir nuevas.

“Si la sintonización pasada ha estado creando variaciones genéticas alrededor de esos dos sistemas centrales, tal vez podamos hacer más variedad dentro de esos sistemas”, dijo. “Ciertamente mitigaría la cantidad de esfuerzo requerido para hacer ese ajuste, y tiene el potencial de algunas sorpresas que podrían aumentar aún más la productividad de los cultivos o adaptar los cultivos más rápido a las nuevas condiciones”.

¿Un futuro en … los garbanzos?

Más de esa variedad genética también podría preparar el escenario para nuevas revoluciones agrícolas. Al introducir la variación genética en esos dos sistemas centrales que definen la mayoría de las revoluciones, los agricultores podrían saltear el juego de espera fortuito. El garbanzo es un ejemplo.

“Hay mucho más espacio para que podamos crear más diversidad genética que pueda aumentar la productividad y mejorar la supervivencia de adaptación en terrenos marginales, como en condiciones de sequía”, dijo Lippman.

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La resistencia a la sequía es solo uno de los beneficios de los cultivos subutilizados. Las revoluciones pasadas han permitido que los cultivos sean más fructíferos o que crezcan en hemisferios completamente nuevos. Tener un medio para continuar estas revoluciones con más cultivos y con mayor frecuencia sería una bendición en un mundo lleno de gente, hambriento y urbanizado.

“Dado que las mutaciones raras de Florígeno/Antiflorígeno y Gibelerina/DELLA generaron múltiples revoluciones en el pasado, es muy probable que la creación de una diversidad novedosa en estos dos sistemas hormonales genere aún más beneficios agrícolas”, escribieron los científicos.

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