Las tecnologías de cultivos híbridos han contribuido a la mejora significativa del rendimiento agrícola en todo el mundo en las últimas décadas. Sin embargo, desarrollar y mantener un cultivo híbrido siempre ha sido complejo y laborioso. Ahora, investigadores de China han desarrollado un nuevo sistema que combina la edición genética mediada por CRISPR con otros enfoques, los cuales podrían producir mejores semillas híbridas en comparación a los métodos convencionales y acortar la línea de tiempo de producción en 5 a 10 años.
Cell Press / 8 de julio de 2020.- Los cultivos híbridos obtenidos por cruce se prefieren frente a las líneas puras (autofecundadas) en la producción de cultivos. Cruzar dos variedades de plantas genéticamente distantes a menudo da lugar a una progenie con características superiores de rendimiento en comparación con sus progenitores. La descendencia tiende a tener mayores rendimientos y mejor tolerancia a la enfermedad. Este fenómeno se llama heterosis, o vigor híbrido.
«Pero los métodos híbridos actuales requieren mucho tiempo y son engorrosos», dice el autor principal Chuanxiao Xie de la Academia China de Ciencias Agrícolas.
Por ejemplo, el primer paso para producir un híbrido es encontrar o desarrollar un tipo de planta madre portadora de una mutación, para que no produzca polen viable. Esto a fin de evitar el autocruzamiento y asegurar que la mayoría de las plantas parentales sean fertilizadas por una variedad diferente. Pero la progenie necesita ser fértil para autocruzarse y producir más de sí misma y plantas para ser utilizadas como progenitoras. Los científicos cruzarían la planta estéril con otra que es genéticamente fértil para restaurar la esterilidad de la planta y producir semillas híbridas. Construir un ciclo de producción como este es vital para construir una línea eficiente de producción de semillas en el campo.
Estos enfoques tienen requisitos muy específicos de los genotipos de las plantas, y establecer razas infértiles y fértiles estables puede llevar años.
«Estas limitaciones han restringido su aplicación más amplia en la agricultura comercial», dice Xie. «Pero nuestro nuevo sistema que usa CRISPR-Cas9 puede agilizar significativamente el proceso. Ahora, una sola transformación es suficiente».
[Recomendado: Edición genética con CRISPR para desarrollar un maíz híbrido superior]Xie y sus colegas primero construyeron un vector Cas9 dirigido a MS26, un gen de fertilidad en el maíz. También prepararon un segundo vector, llamado MGM. El primer vector funciona cortando un segmento de la MS26, lo que haría que la planta sea genéticamente infértil. El vector MGM tiene tres partes funcionales: una secuencia de codificación del gen MS26 para restaurar la fertilidad, una enzima para el polen inactivo y un marcador de color rojo que se vería en las semillas.
El equipo introdujo ambos vectores en agrobacterium (una bacteria natural del suelo usada para modificar cultivos) y lo usó para transformar embriones de maíz. Debido a que el maíz es diploide, lo que significa que tiene dos copias de cada gen, estos embriones editados llevarían dos copias de MS26 mutado, además de una sola copia del gen MGM que se introdujo.
Cuando estas plantas se autocruzan, producen dos tipos de descendencia con una proporción de 1 a 1 de acuerdo con la regla de la meiosis: una con MS26 y MGM mutados, y otra con MS26 mutada sin MGM.
[Recomendado: Nuevo sistema de edición genética con polen transportador de CRISPR]La progenie ausente de MGM es infértil, por lo que puede usarse como progenitor para la producción de semillas híbridas. Debido a que estos progenitores no tienen el gen MGM exógeno, sus descendientes (si se cruzan con una variedad no modificada genéticamente) no son transgénicos.
La otra mitad de la descendencia lleva la descendencia MGM, y la progenie con MGM es fértil, y esencialmente lo mismo que sus padres. Estas plantas, llamadas mantenedores, pueden cruzarse para producir más plantas infértiles para producir híbridos y más mantenedores.
Los mantenedores también llevan un marcador fluorescente rojo expresado del vector MGM, por lo que se pueden distinguir y clasificar fácilmente de las semillas estériles.
[Recomendado: Edición genética con CRISPR: Una nueva caja de herramientas para mejorar los cultivos agrícolas]«Nuestro sistema reduce significativamente los recursos necesarios para construir líneas de producción de semillas híbridas estables. Por lo tanto, los insumos y los costos de las semillas serían mucho más bajos«, dice Xie.
Además del maíz, muchos otros cultivos importantes también tienen MS26, como arroz, mijo, trigo y sorgo. Por lo tanto, el nuevo enfoque se puede aplicar fácilmente a otros cultivos, o incluso a otros genes determinantes de la fertilidad en los cultivos, agrega.
«En cuanto a la tecnología, no estamos lejos de las aplicaciones a gran escala. Pero hay un procedimiento que debemos seguir antes de obtener la aprobación para la producción comercial», dice Xie.
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