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Plantas editadas genéticamente contra el cambio climático: 5 enfoques con CRISPR

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¿Cultivos que producen su propio nitrógeno y no necesitan fertilizantes? ¿Plantas que evitan la emisión de metano y absorben más carbono? ¿Cultivos más resistentes a ambientes extremos y que duran más tiempo, evitando así el desperdicio alimentario? Mira los nuevos avances que se están desarrollando gracias a la revolucionaria técnica de edición genética con CRISPR en un contexto de cambio climático.

Cornell Alliance for Science / 17 de diciembre de 2019.- Las plantas ocupan un nexo único cuando se trata del cambio climático. Por un lado, pueden ayudar a prevenir el cambio climático mediante la captura de carbono. Por otro lado, el cultivo de plantas, mejor conocido como agricultura, tiene una gran huella de carbono. El clima cambiante también cambiará drásticamente donde podamos y debamos cultivar alimentos. Afortunadamente, una herramienta precisa de edición de genes conocida como CRISPR tiene el potencial de reducir las emisiones climáticas de la agricultura y preparar a los cultivos para enfrentar el cambio climático.

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A continuación se describen cinco formas en que CRISPR puede usarse para diseñar cultivos más resistentes que fijen más carbono y ayuden a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la agricultura.

1. Desarrollo de cultivos más robustos que toleren ambientes desfavorables

El cambio climático cambiará el paisaje de lo que ahora consideramos tierra cultivable. Algunas regiones que anteriormente tenían temporadas de crecimiento cortas probablemente serán más aptas para la agricultura. Pero otras regiones donde los cultivos ahora se cultivan con éxito se volverán demasiado calientes, demasiado secas o con demasiada salinidad.

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Estos cambios presentan dos opciones principales sobre cómo alimentarnos. Podemos convertir más tierras nativas en tierras de cultivo mediante la deforestación o el drenaje de humedales, agravando el problema. O podemos elegir la opción mucho mejor y diseñar plantas que puedan manejar y tolerar condiciones más duras.

Los científicos ya están demostrando cómo CRISPR puede diseñar plantas que toleran el calor, la sequía y la salinidad.

2. Desarrollo de cultivos que fijen su propio nitrógeno para eliminar la dependencia de fertilizantes

Nuestra dependencia de aplicación de fertilizantes puede exacerbar los efectos del cambio climático de dos maneras. Primero, el proceso Haber-Bosch, que se utiliza para generar fertilizantes de nitrógeno sintético, se basa en combustibles fósiles. Por el contrario, la lixiviación del exceso de nitrógeno contamina las vías fluviales y amenaza aún más a las especies acuáticas ya desafiadas por las condiciones climáticas cambiantes.

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Hay varios esfuerzos en marcha para diseñar plantas para una mejor adquisición de nutrientes utilizando CRISPR. La mayoría de estos proyectos se basan en el hecho de que hay algunos cultivos que no requieren nitrógeno agregado. Estas plantas leguminosas, como las arvejas, porotos, alfalfa y trébol, obtienen su nitrógeno al asociarse con bacterias fijadoras de nitrógeno. Las bacterias toman nitrógeno de fuentes no accesibles para las plantas y lo convierten en formas que las plantas pueden digerir. Hay muchos grupos de investigación trabajando para modificar plantas que actualmente no forman estas asociaciones bacterianas para acoger a sus vecinos bacterianos.

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Un enfoque alternativo es diseñar microbios del suelo para que sean menos selectivos de sus plantas anfitrionas. Pivot Bio y Joyn Bio son compañías creadas con el objetivo específico de modificar genéticamente microbios del suelo para poner fin a nuestra dependencia de los fertilizantes sintéticos, y están utilizando CRISPR para hacerlo.

3. Desarrollo de cultivos resistentes para prevenir los desperdicios alimentarios

Si la desaparición de las tierras de cultivo no es un problema lo suficientemente grande, considera que perdemos casi la mitad de todos los alimentos producidos en esas tierras cada vez más pequeñas. El desperdicio de alimentos ocurre en varias etapas: en la granja, cuando las enfermedades y plagas atacan los cultivos; en distribución, cuando el producto se daña durante el transporte o almacenamiento; y en casa o en cocinas de restaurantes.

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Los científicos están utilizando CRISPR para diseñar alimentos que duran más en los estantes y se defiendan de los patógenos para que más alimentos lleguen desde el campo al plato.

4. Desarrollo de cultivos que previenen la emisión de metano y fijan más carbono

La producción de alimentos puede ser su propia fuente principal de gases de efecto invernadero (GEI). Una gran parte del mundo depende del arroz como fuente de alimento básico y los arrozales producen una cantidad sustancial de metano (mucho más potente como GEI que el dióxido de carbono). Además, los animales rumiantes como las vacas generan metano cuando digieren el forraje.

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Los científicos están utilizando CRISPR para diseñar arroz que produzca menos metano y alimento para ganado que sea más fácil de digerir. También están trabajando para hacer que los cultivos fijen más carbono directamente.

5. Revolucionando la investigación básica en plantas mediante CRISPR

Aunque hay muchos problemas que CRISPR aún no puede resolver directamente, aún puede ayudar a los científicos que realizan investigacion básica a descubrir más soluciones potenciales. Por ejemplo, los científicos usan CRISPR para crear grandes bibliotecas de plantas con diferentes mutaciones a la vez. De esa manera, pueden examinar las plantas en busca de características agronómicas útiles que aún no conocemos. CRISPR también puede ayudar a los científicos a acercar características útiles dentro del genoma, de modo que cuando los fitomejoradores crucen las plantas, las mejores características tengan más probabilidades de aparecer en la misma progenie.

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Esta es solo una muestra de las muchas formas en que los científicos de plantas están utilizando CRISPR para abordar los desafíos relacionados con el cambio climático. Las innovaciones en la fabricación industrial nos ayudaron a ponernos en este dilema climático. Ahora las innovaciones en biología, como CRISPR, pueden ayudarnos a capearlo poniendo a las plantas en primera línea.

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