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Nueva tecnología acelera el mejoramiento de cultivos con CRISPR

trigo editado con CRISPR

Las plantas a menudo no crecen a partir de células después de que los investigadores alteran sus genomas. Usando una nueva tecnología, un equipo logró que el trigo (arriba) y otros cultivos produjeran más fácilmente plantas adultas sanas editadas en su genoma. Crédito: Juan Debernardi

Los investigadores saben cómo realizar cambios genéticos precisos dentro de los genomas de los cultivos, pero las células transformadas a menudo se niegan a convertirse en nuevas plantas. Un equipo ha ideado una nueva solución que podría acelerar el mejoramiento de trigo y otros cultivos mediante edición genética.

HHMI / 12 de octubre, 2020.- Los científicos que quieren mejorar los cultivos se enfrentan a un dilema: puede ser difícil cultivar plantas a partir de células después de haber modificado sus genomas.

Una nueva herramienta ayuda a facilitar este proceso “persuadiendo” a las células transformadas, incluidas las modificadas con el sistema de edición de genes CRISPR/Cas9, para que regeneren nuevas plantas. El especialista en investigación del Instituto Médico Howard Hughes, Juan M. Debernardi, y el investigador Jorge Dubcovsky, junto con David Tricoli de la Universidad de California, Davis Plant Transformation Facility, Javier Palatnik de Argentina y colegas del John Innes Center, colaboraron en el trabajo. El equipo reportó esta tecnología, desarrollada en trigo y probada en otros cultivos, el pasado 12 de octubre de 2020, en la revista Nature Biotechnology.

“El problema es que transformar una planta sigue siendo un arte”, dice Dubcovsky. La tasa de éxito suele ser baja: dependiendo del cultivo que se modifica, 100 intentos pueden producir solo un puñado de brotes verdes que pueden convertirse en plantas adultas. El resto no produce nuevas plantas y muere. Ahora, sin embargo, “hemos reducido esta barrera”, dice Dubcovsky, un genetista de plantas en UC Davis. Usando dos genes que ya controlan el desarrollo en muchas plantas, su equipo aumentó drásticamente la formación de brotes en trigo, arroz, cítricos y otros cultivos modificados.

Aunque UC Davis tiene una patente pendiente para aplicaciones comerciales, Dubcovsky dice que la técnica está disponible para cualquier investigador que quiera usarla para investigación, sin cargo. Varias empresas de fitomejoramiento también han expresado su interés en obtener una licencia. “Ahora la gente lo está probando en varios cultivos”, dice.

Cuando se les dan copias adicionales de dos genes que controlan el desarrollo, las células transformadas de embriones de trigo producen muchos más brotes verdes, una señal temprana de crecimiento. Crédito: Juan Debernardi

Los seres humanos han trabajado para mejorar las plantas desde los albores de la agricultura, seleccionando hierbas silvestres para desarrollar maíz y trigo cultivados, por ejemplo. Sin embargo, hoy en día CRISPR ha brindado a los investigadores la capacidad de realizar cambios en el genoma con precisión quirúrgica. Lo han utilizado para desarrollar plantas de trigo con granos más grandes, generar resistencia a la infección por hongos, diseñar arquitecturas novedosas de plantas de tomate y desarrollar otras características en nuevas variedades de plantas.

Pero el proceso no es sencillo. Los científicos comienzan con células vegetales o trozos de tejido, en los que introducen la maquinaria CRISPR y una pequeña guía hacia los genes específicos que les gustaría editar. Luego deben atraer a las células editadas para que formen una planta joven. La mayoría no brota, un problema que los científicos todavía están tratando de comprender.

Han tratado de encontrar soluciones, incluido el aumento de la expresión de ciertos genes que controlan las primeras etapas del desarrollo de las plantas. Si bien este enfoque ha tenido cierto éxito, puede dar lugar a plantas retorcidas, atrofiadas y estériles si no se maneja adecuadamente.

Dubcovsky y sus colegas observaron otros dos genes promotores del crecimiento, GRF y GIF, que trabajan juntos en tejidos u órganos jóvenes de plantas que van desde musgo hasta árboles frutales. El equipo colocó estos genes uno al lado del otro, como una pareja que se toma de la mano, antes de agregarlos a las células vegetales. “Si vas a un baile, necesitas encontrar a tu pareja”, dice Dubcovsky. “Aquí, estás atado con una cuerda a tu pareja”.

El equipo de Dubcovsky descubrió que el trigo, el arroz, la naranja híbrida y otros cultivos alterados genéticamente producían muchos más brotes si esos experimentos incluían los genes GRF y GIF vinculados. En experimentos con una variedad de trigo, la aparición de brotes aumentó casi ocho veces. El número de brotes en el arroz y la naranja híbrida, mientras tanto, se duplicó y cuadruplicó, respectivamente. Es más, estos brotes se convirtieron en plantas sanas capaces de reproducirse por sí mismas, sin ninguno de los defectos que pueden resultar cuando los científicos estimulan otros genes que controlan el desarrollo. Eso se debe a que uno de los genes se degrada naturalmente en los tejidos adultos, dice Dubcovsky.

trigo editado con CRISPR

Cuando trozos de tejido de naranjo modificado genéticamente recibieron dos genes que estimulan el desarrollo, crecieron brotes verdes (izquierda). Aquellos sin los genes adicionales produjeron muchos menos brotes (derecha). Crédito: David Tricoli

Caroline Roper, patóloga vegetal de la Universidad de California, Riverside, que no participó en el trabajo, planea utilizar la nueva tecnología para estudiar el enverdecimiento de los cítricos, una enfermedad bacteriana que mata los árboles y hace que las naranjas se endurezcan y amarguen.

Para entender cómo los árboles de cítricos pueden protegerse, necesita ver cómo la eliminación de ciertos genes altera su susceptibilidad a la bacteria, información que podría conducir a formas de combatir la enfermedad. Con técnicas convencionales, podría llevar al menos dos años generar las plantas editadas genéticamente que necesita. Ella espera que la herramienta de Dubcovsky acorte esa línea de tiempo.

“El tiempo es la esencia. Los productores querían una respuesta ayer, porque están al borde de tener que abandonar el cultivo de cítricos”, dice.

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