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Cultivos editados genéticamente más nutritivos, seguros y resistentes desarrollados por consorcio público internacional

Pruebas de arroz editado resistente al tizón bacteriano en el CIAT. Este arroz ya obtuvo autorización del USDA en Estados Unidos.. Imagen: CIAT

Plátano, maíz y arroz resistente a enfermedades, papa y camote biofortificado, cereales y legumbres más digeribles y libres de alérgenos, y hasta cacao que no absorbe metales pesados del suelo son algunas de las innovaciones en curso a través de edición genética. Estos desarrollos se llevan a cabo en centros de investigación pública internacional bajo el alero del Grupo Consultivo para la Investigación Agrícola Internacional (CGIAR), y podrían hacer que nuestros alimentos sean más abundantes y nutritivos.

CGIAR / 20 de octubre, 2020.- “La visión de fitomejoramiento del CGIAR es tener programas de mejoramiento de clase mundial a fin de tener redes de mejoramiento del CGIAR y del Sistema Nacional de Investigación Agrícola (NARS) que generen ganancias genéticas superiores al 1,5% anual. Y la edad promedio ponderada por área de las variedades en los campos de los agricultores debe ser menor de 10 años”, dijo el Dr. Michael Quinn, Director del CGIAR Excellence in Breeding Platform (EiB), al describir la intención de usar nuevas tecnologías como la edición de genes.

El Dr. Quinn declaró que EiB establece objetivos, estándares y ayuda a los equipos de mejoramiento a alcanzarlos. Hacer hincapié en que la tasa actual de aumento de la producción en los principales cultivos de cereales no satisfará la demanda proyectada y el aumento de la producción de legumbres, raíces, tubérculos y plátano es esencial para cumplir los objetivos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) frente al cambio climático y al aumento de la población. Continuó explicando cómo los canales de mejoramiento tradicional se reconceptualizan en sus avatares modernos como modelos cíclicos, donde las nuevas tecnologías ayudan significativamente a acortar el tiempo del ciclo de mejoramiento.

“Las oportunidades de la edición genética son enormes. Puede generar ganancias genéticas de formas y rasgos que el mejoramiento convencional no puede. El impacto colectivo es mayor para las tecnologías de mejoramiento y la edición de genes probablemente no será diferente”, dijo, mientras enfatiza que debemos entender cómo usar la edición de genes de manera sinérgica con otras tecnologías.

Los biólogos moleculares de varios centros del CGIAR compartieron información sobre el trabajo de edición de genes en curso en los centros y en las organizaciones asociadas. La mayor parte del trabajo de edición de genes compartido se realiza utilizando enfoques de silenciamiento sin introducir genes extraños.

Maíz

El Dr. Kanwarpal Dhugga, que dirige el programa de Biotecnología Agrícola del CIMMYT, y el biólogo molecular del CIMMYT, el Dr. Zhengyu Wen, explicaron su trabajo para desarrollar maíz resistente a la necrosis letal del maíz (MLN).

El primer enfoque implica múltiples ediciones en un QTL de mapa fino de aproximadamente 100 kb para identificar el alelo causal de la resistencia. Las ediciones se realizaron en líneas de élite, destacó el Dr. Dhugga. El QTL para la resistencia a MLN se identificó después de observar una fuerte resistencia a MLN, generalmente causada por una infección combinada con el virus del moteado clorótico del maíz y otros potyvirus como el virus del mosaico de la caña de azúcar, en una línea selecta en Tailandia. Actualmente, las plantas editadas se están examinando en un invernadero.

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El Dr. Wen describió el segundo enfoque que implica eliminar los genes responsables de las proteínas involucradas en la traducción del ARNm. Estas proteínas, denominadas factores de iniciación de la traducción eucariotas (eIF), son también el mecanismo de defensa natural de la planta contra los virus; las mutaciones en los genes eIF han ayudado a las plantas a desarrollar una resistencia duradera a los virus, explicó el Dr. Wen.

En el caso del maíz, se conocen cuatro genes eIF en el genoma. Con un alto grado de eficiencia, el equipo eliminó cada uno de estos individualmente y en combinación mediante la edición de genes en dos líneas de élite para lograr que las plantas resistan la MLN.

Arroz

Al mencionar el uso de la edición de genes para estudiar la función, incluida la modificación de un vector popular para desarrollar un plásmido de ADN versátil, la Dra. Inez Slamet-Loedin, líder del grupo de ingeniería de rasgos y genomas del IRRI, destacó los estudios de función genética que se están llevando a cabo en el IRRI y el CIAT. Estos incluyen la comprensión de los genes responsables del desarrollo de rasgos potenciales del arroz híbrido, la barrera de incompatibilidad entre el arroz y sus parientes silvestres, la resistencia al virus de la hoja blanca del arroz y el estudio de genes relacionados con la calidad del grano.

Enfatizando la importancia de utilizar la edición de genes para introducir rasgos agronómicos esenciales como la resistencia al tizón bacteriano de la hoja, el Dr. Slamet-Loedin describió el desarrollo de variantes “dulces” con resistencia de amplio espectro a múltiples cepas de Xanthomonas oryzae que causan BLB. Estas variantes se probaron sobre el terreno en condiciones controladas en el IRRI y el CIAT.

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“Recientemente, los reguladores de Colombia y los Estados Unidos han declarado variedades resistentes como cultivares mejorados convencionalmente”, dijo el Dr. Slamet-Loedin después de demostrar resistencia en las nuevas líneas frente a las plantas de control durante las pruebas. La edición de genes para biofortificar el arroz pulido con un aumento de la concentración de zinc, para la tolerancia a la sequía, la macho esterilidad, la resistencia a la estriga y para tolerar el cadmio son otras características para las que se está trabajando, agregó.

Cereales y legumbres de tierras secas

Al describir el trabajo de edición de genes en curso en cultivos múltiples en ICRISAT y Common Bean en CIAT, el Dr. Pooja Bhatnagar-Mathur, líder del área de Biología molecular celular e ingeniería genética en ICRISAT, afirmó que se han utilizado varios recursos y herramientas genéticas y genómicas para habilitar tecnologías como la edición de genes en cereales y leguminosas de tierras secas en colaboración con varios socios mundiales, incluidos vectores para la transformación rápida, el descubrimiento de genes y búsqueda de datos.

El Dr. Bhatnagar-Mathur explicó el trabajo de edición en el poroto guandú en ICRISAT para apuntar a fotorreceptores y genes del tiempo de floración que están correlacionados con la sensibilidad al fotoperíodo. Este trabajo de edición se realiza mediante la eliminación de un solo gen o de dos a tres genes. Dado el guandú es un cultivo de días cortos y sensible al fotoperíodo, solo se puede cultivar en lugares específicos. El mejoramiento convencional no ha podido llevar esta leguminosa de alto valor nutritivo fuera de las áreas de producción existentes.

En garbanzos, ICRISAT está trabajando para mejorar el tamaño y la calidad de la semilla mediante la edición de una familia de reguladores de transcripción que dan como resultado un mayor tamaño de semilla, lo cual es beneficioso ya que las semillas más grandes tienen un valor de mercado más alto.

En el poroto común, el CIAT se ha centrado en dos genes que sintetizan azúcares complejos que no se digieren fácilmente en humanos y animales. Los eventos editados están en marcha y el equipo está segregando el gen Cas9 para el desarrollo de productos.

La aflatoxina es el mayor problema de seguridad alimentaria en el maní y muchos otros cultivos, dijo el Dr. Bhatnagar-Mathur, mientras explicaba el enfoque en el que el perfil comparativo del proteoma de maní transgénico casi inmune HIGS y sus contrapartes de tipo convencional reveló factores de susceptibilidad a las aflatoxinas y la infección por hongos. Con CRISPR, se intenta eliminar estos factores de susceptibilidad para inducir resistencia sin ningún gen exógeno inserto.

En el sorgo y el mijo perla, se han editado algunos genes candidatos para reprogramar las estrigolactonas, las hormonas de señalización de una planta que intervienen en su crecimiento. El objetivo ha sido bloquear la señalización de la striga, una maleza parásita, y evitar su germinación desde la semilla. Se han identificado mutantes de sorgo con función perdida en las ediciones para determinar la resistencia previa a la germinación y posterior a la unión y se están evaluando, dijo.

Raíces, tubérculos y plátano

La Dra. Leena Tripathi, quien dirige la investigación de edición de genomas y transgénicos en el IITA, compartió actualizaciones de la edición de genomas en plátano y raíces, cultivos de tubérculos, incluido el trabajo para comprender la función genética, la resistencia a enfermedades del marchitamiento bacteriano y el marchitamiento por fusarium. También informó que es probable que los ensayos de campo para los plátanos resistentes editados genéticamente comiencen a principios de 2021.

Dra. Leena Tripathi. Imagen: CGIAR

Ella proporcionó detalles de su trabajo para desarrollar resistencia al virus del rayado del plátano (BSV) que implica apuntar a áreas en el ADN de la planta donde se sabe que el virus se integra. Después de la infección, la planta permanece asintomática hasta que se estresa. Después de la edición de genes en los loci donde se sabe que se integra el material genético viral, los mutantes editados se sometieron a estrés hídrico para observar mejores resultados.

“Con la prueba del concepto de eliminar este virus integrado, hemos integrado esta tecnología en el programa de mejoramiento. Estamos creando mutaciones específicas en el híbrido 4x y un diploide mejorado a medida que se cruzan para obtener el híbrido de plátano mejorado”, dijo. El Dr. Tripathi también compartió detalles sobre el trabajo para desarrollar resistencia a bacterias, hongos y mildiú velloso en plátanos susceptibles. También presentó el trabajo de edición de genes en yuca en el CIAT, papa y camote en el CIP y ñame en el IITA.

Cacao

El Dr. Paul Chavarriaga, quien lidera la Plataforma de Transformación Genética y Edición Genética del CIAT, describió los esfuerzos para prevenir la absorción de metales pesados ​​como el cadmio por la planta de cacao. Dijo que varios genes están involucrados en el proceso. El cadmio es tóxico. Pidió múltiples enfoques para abordar el problema.

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“Las plantas regeneradas a partir de embriones editados se están probando mediante hidroponía para observar la absorción de cadmio. No es fácil ya que el cacao es muy tolerante al cadmio, que llega a los granos que se consumen. En el futuro, las plantas editadas también tendrán que ser probadas para la absorción de cadmio en el campo en el CIAT ”, agregó.

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