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Edición genética con CRISPR genera inmunidad en el arroz ante un devastador patógeno

arroz editado CRISPR
Arroz infestado con tizón bacteriano, que puede causar pérdidas de cultivos de hasta el 75%. Imagen: Nigel Cattlin/Alamy

La edición de ciertos genes del arroz que un patógeno importante necesita para propagarse, hace que las variedades de arroz editadas sean resistentes a su infección.

El tizón bacteriano ataca los cultivos de arroz en el sudeste asiático y África occidental. Es una enfermedad de cultivos muy bien estudiada, y a menudo sirve como un sistema modelo para examinar las interacciones entre los microbios y sus plantas huésped. El patógeno se llama Xoo (para el nombre científico Xanthomonas oryzae pathovar oryzae), y se gana la vida secuestrando varios genes de arroz que exportan azúcares.

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Ahora, los investigadores han descubierto cómo editar el genoma del arroz para bloquear este secuestro.

Un cuento de azúcares

Xoo secreta moléculas TAL (efectoras similares a los activadores de la transcripción) que se unen al ADN cerca de los genes SWEET del arroz, activándolos. Estos genes SWEET (que expresan transportadores de azúcares) son ubicuos en las plantas. Como su nombre indica, las proteínas SWEET transportan sacarosa a través de la membrana celular. Su expresión es necesaria para la susceptibilidad ante Xoo.

Los investigadores pensaron que modificar los genes SWEET del arroz conferiría resistencia a Xoo, especialmente porque la resistencia natural ha surgido de esta manera. Pero hasta ahora, solo unas pocas cepas de Xoo se han caracterizado genéticamente, por lo que no estaba claro si había formas adicionales de atacar a su huésped.

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Para ver cómo hacer que el arroz sea más eficiente en resistir a Xoo, cuál de los genes SWEET del arroz cambiará y cómo, un equipo internacional de científicos examinó primero 63 cepas de Xoo, 33 de Asia y 30 de África. Se descubrió que todos ellos usaban moléculas TAL para inducir la expresión de genes SWEET.

Como prueba de concepto, los científicos utilizaron la técnica de edición genética con CRISPR para editar el ADN cerca de tres genes SWEET en el arroz de variedad Kitaake. Esta edición apuntó específicamente a las secuencias de ADN a las que se adhieren las proteínas TAL, pero dejó intacto el ADN circundante. Es mucho más específico de lo que podría esperarse simplemente seleccionando y/o cruzando variantes naturales.

El arroz editado resultó resistente a todas las cepas conocidas de Xoo. El cultivar Kitaake es una variedad de arroz japonica que es óptimo para tales estudios ya que tiene un ciclo de floración rápido y una alta regeneración. En el futuro, esta nueva línea resistente puede servir como una prueba de diagnóstico para evaluar la virulencia de cualquier nueva cepa Xoo que surja.

Pruebas en cultivos

Como es una variedad de japonica, también se puede aprovechar para introducir la característica de resistencia en arroz japonés y chino. Pero no es ideal para fitomejoramiento con las variedades índicas que se cultivan en la mayor parte del sudeste asiático y África.

Entonces, el equipo usó CRISPR para modificar dos mega variedades de arroz, aquellas cultivadas en más de un millón de hectáreas. En los experimentos con arroz, el arroz editado creció normalmente y se comportó de manera muy similar a sus padres no modificados en términos de altura de la planta y otras métricas agrícolas relevantes. Críticamente, era resistente a tres cepas representativas de Xoo. Aunque alentadores, los investigadores señalan que estos resultados difícilmente proporcionan una base sólida para salir y plantar campos; se requieren ensayos de campo mucho más extensos, junto con una secuenciación completa para garantizar que CRISPR no generó ninguna edición de ADN “fuera del objetivo”.

El arroz convencional tiene más de 20 genes SWEET, y solo tres son naturalmente el objetivo de Xoo. “La amplia resistencia al tizón bacteriano en los promotores SWEET no impedirá la adaptación del patógeno, y la durabilidad de este enfoque dependerá de la capacidad de las poblaciones de Xoo para adaptarse a los alelos de resistencia recesiva”, señalan sabiamente los autores. Sugieren que realizar grandes cambios en los promotores del gen SWEET podría retrasar la capacidad de Xoo de superar la resistencia generada con biotecnología.

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