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Científicos chilenos desarrollan trigo transgénico con mayor rendimiento y peso de grano

Un equipo de científicos de la Universidad Austral de Chile logró aumentar en un 12% el peso de los granos de trigo a través de manipulación genética de sus expansinas, y esto sin afectar negativamente el número de granos o alguna cualidad agronómica de la planta.

Universidad Austral de Chile / 12 de noviembre, 2020.- El trigo es uno de los vegetales más cultivado a nivel mundial, es el de mayor consumo y proporciona el 20% de todas las calorías y proteínas humanas. Lograr cambios importantes en el potencial de rendimiento genético es fundamental para garantizar la seguridad alimentaria, pero los esfuerzos se ven frustrados por una aparente compensación entre el tamaño y el número de granos.

Recientemente la prestigiosa revista científica New Phytologist publicó el artículo “Overcoming the trade‐off between grain weight and number in wheat by the ectopic expression of expansin in developing seeds leads to increased yield potential” (Superar la compensación entre el peso y número de granos en trigo mediante la expresión ectópica de una expansina[1] en granos conduce al incremento del rendimiento potencial), cuyo autor principal es el Dr. Daniel Calderini, académico Titular del Instituto de Producción y Sanidad Vegetal (IPSV) de la Universidad Austral de Chile.

New Phytologist es una revista cuyo Factor de Impacto es 8.512. Incluye investigaciones originales de alta calidad en ciencias vegetales, con artículos que cubren temas que van desde los procesos intracelulares hasta el cambio ambiental global.

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El Dr. Calderini, señaló que este artículo, presenta los resultados de las líneas transformadas de trigo que aumentaron un 12% el peso de grano por la clonación y expresión de una expansinas  de trigo que comúnmente se expresa en raíces, pero en este caso se logró que lo hiciera en los granos en crecimiento mediante ingeniería genética.

“Esto se tradujo en un aumento de rendimiento del 11% respecto del control sin la transformación. Es la primera vez que se logra incrementar el peso de grano sin efecto negativo sobre el número de granos en trigo. En este caso, se pudo evitar el trade-off (compensación) entre los dos componentes principales del rendimiento: el número y peso de los granos; lo que resultó en un aumento del rendimiento en condiciones de campo y con manejo agronómico”, explicó el académico.

“Este trabajo demuestra la importancia de las expansinas para el crecimiento, no sólo del trigo sino en otros cultivos de grano donde la compensación entre el peso y el número de los granos es un impedimento para aumentar el rendimiento. La agricultura enfrenta varios desafíos, entre ellos, la seguridad alimentaria en un contexto de aumento poblacional y cambio climático. Creemos que se abre una oportunidad promisoria para enfrentar esos desafíos”, subrayó el Dr. Calderini.

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También son autores del artículo los Dres. Francisca M. Castillo (UACh), Anita Arenas‐M (UACh), Gemma Molero (CIMMYT), Matthew P. Reynolds (CIMMYT), Melanie Craze (Cambridge), Sarah Bowden (Cambridge), Matthew J. Milner (Cambridge), Emma J. Wallington (Cambridge), Adam Dowle (University of York), Leonardo D. Gómez (University of York) and Simon J. McQueen‐Mason (University of York).

Impactos del hallazgo

El Dr. Calderini indica que los resultados expuestos en esta publicación scon el fruto de varias investigaciones realizadas colaborativamente a lo largo de muchos años. Destaca que la posibilidad de aplicar a otros cultivos esta técnica. Informa que ya están en conversaciones con una empresa internacional para el desarrollarlo de esta estrategia de mejoramiento en trigo con la posibilidad de iniciarla en otros cultivos.

El Dr. Matthew Reynolds del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), sostiene que “los fitomejoradores se han sentido frustrados durante décadas porque cuando obtienen granos más grandes, la cantidad de granos disminuye y viceversa. Este aparente equilibrio irreversible entre el tamaño del grano y el número de granos se consideró un cuello de botella para romper las barreras de rendimiento. Esta investigación muestra por primera vez un camino a seguir, para aumentar el potencial de rendimiento para el trigo y otros cultivos”.

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Por su parte la Dra. Francisca Castillo, investigadora postdoctoral de la  Facultad de Ciencias ( UACh), e integrante del Instituto Milenio de Biología Integrativa iBio, expresó que “los resultados obtenidos constituyen información útil para asistir programas de mejoramiento genético de trigo y otros cultivos de grano, a través, de la biotecnología aplicada, que permitirá traducir este conocimiento en el desarrollo de estrategias para implementar estos genes en variedades comerciales, con mayor producción por unidad de superficie para hacer frente a uno de los mayores desafíos globales en seguridad alimentaria”.

Origen del artículo

Es necesario destacar que este trabajo es el fruto de una vinculación con el Prof. Simon McQueen-Mason de la Universidad de York (Inglaterra), iniciada en 2004 a través de un proyecto FONDECYT y continuada con otros proyectos posteriores. El Prof. McQueen-Mason, junto al Prof. Cosgrove (Universidad de Pensilvania) descubrió las expansinas en 1992.

“Con Simon, logramos en 2015 que un organismo de Inglaterra (NIAB www.niab.com) aceptara una propuesta de nuestra parte para transformar trigo con el objetivo que una expansina del mismo cultivo fuera expresada en granos en crecimiento mediante una construcción genética que elaboramos con Francisca Castillo (UACh) y Leonardo Gómez (Universidad de York)”, indicó Calderini.

Recalcó que los resultados obtenidos en experimentos de campo son el producto de un largo camino recorrido entre los dos grupos de investigación y a los que se sumaron una postdoc molecular (Anita Arenas, UACh), fisiólogos de CIMMYT (Matthew Reynolds y Gemma Molero), biólogos moleculares de NIAB (Emma Wallignton, Melanie Craze, Sarah Bowden y Matthew Milner) y un especialista en proteómica de York (Adam Dowle).

[1] Las expansinas son proteínas que desempeñan un papel importante en el crecimiento de las plantas al permitir el crecimiento celular mediante el “ablandamiento” de la pared celular que tienen los vegetales y ceder a la presión de turgencia del agua en la célula. Sin el “ablandamiento” de la pared celular la expansión celular estaría limitada o impedida.

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