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Canola más productiva en menos tierra: edición genética podría hacerlo realidad

Biólogos de la Universidad de Calgary en Canadá utilizaron la edición de genes para producir una planta de canola más productiva al tener una arquitectura más corta, con más ramas y más flores.

Universidad de Calgary / 1 de febrero, 2021.- La canola es uno de los cultivos comerciales más importantes de Canadá, pero hay una cantidad limitada de tierras de cultivo adecuadas donde se pueden cultivar las plantas. ¿Y si fuera posible modificar la altura y la forma de la canola, de modo que se pudieran cultivar más plantas en la misma cantidad de espacio, lo que podría aumentar el rendimiento de los cultivos?

En un nuevo estudio, un equipo de biólogos de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Calgary utilizó la edición de genes para modificar los propios genes de la canola, produciendo plantas más cortas con muchas más ramas y flores.

«Demostramos que la edición de genes realmente funciona en la canola y, al mismo tiempo, mejoró los rasgos agronómicos en la canola al cambiar la arquitectura de la planta», dice el coautor del estudio, el Dr. Marcus Samuel, PhD, profesor y director de Operaciones de Invernadero en el Departamento de Ciencias Biológicas, cuyo grupo de investigación realizó el estudio.

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«Pudimos inducir de manera efectiva cambios arquitectónicos tan dramáticos en la canola con un solo gen», dice el autor principal del estudio, Matija Stanic, quien hizo la investigación para su maestría. Ahora está haciendo un doctorado, con el apoyo de una beca Max Planck, en la Universidad de Potsdam en Alemania.

La «revolución verde» que comenzó en la década de 1960 utilizó técnicas de fitomejoramiento para producir líneas de cultivo de élite, incluidos el arroz y el trigo, que eran más cortas, más compactas y, por lo tanto, podían utilizar mejor los nutrientes y otros insumos. Pero se había trabajado poco con la canola.

Canola y ‘la revolución verde’

«La técnica de edición de genes que usamos fue muy precisa y tuvo algunos resultados dramáticos en la alteración de la arquitectura de los brotes de la planta», dice el coautor del estudio Neil Hickerson, quien está trabajando en su doctorado con Samuel. «Con este enfoque, tenemos un potencial mucho mayor para aumentar el rendimiento de cada planta».

El Dr. Rex Arunraj, PhD, científico visitante del Instituto de Tecnología SRM en Chennai, India, colaboró ​​en la investigación.

El estudio del equipo, «La edición genética del receptor de estrigolactona BnD14 confiere cambios arquitectónicos de brotes prometedores en Brassica napus (Canola)», se publica en Plant Biotechnology Journal.

Primer intento de edición genética en canola

Esta fue la primera vez que el laboratorio de Samuel intentó la edición de genes en canola, en este caso utilizando una cepa de tipo silvestre de la planta.

El equipo se enfocó en el gen BnD14, el receptor de una hormona llamada estrigolactona. Investigaciones previas en una planta modelo experimental, llamada Arabidopsis (prima de la canola) y en arroz, mostraron que las plantas más cortas con mayor ramificación tenían mucha menos estrigolactona o capacidad reducida para reconocer esta hormona.

“La edición de genes es como unas tijeras moleculares”, explica Stanic. «Diseñamos la planta para producir las enzimas necesarias para realizar esta pequeña cirugía en estos genes». Esto desactiva la vía de señalización que regula el desarrollo de parte de la arquitectura de la planta de canola, incluida la altura y la ramificación.

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Después de realizar la edición de genes, el equipo pudo cruzar la línea de canola editada para eliminar el ADN utilizado para la edición de genes a fin de obtener la cepa editada de canola sin ningún rastro de ADN extraño. “Esencialmente, la planta se modifica pero los genes que se utilizan para realizar estas ediciones, o cirugías menores, se han ido del sistema. Entonces tienes una planta ‘limpia’ que ha sido modificada genéticamente para producir una planta más corta con más ramas ”, dice Stanic.

Menos susceptible a fuertes nevadas o vientos fuertes

Junto con el potencial de cultivar más canola en una determinada cantidad de tierra, las plantas más pequeñas son menos susceptibles al «acame», que es el fenómeno de cuando las plantas altas se inclinan en los tallos cerca del nivel del suelo debido a la nieve intensa, el granizo o el viento fuerte. Estos cultivos son difíciles de cosechar, lo que puede reducir significativamente el rendimiento.

En su cepa de canola modificada, el equipo pudo aumentar el número de ramas a aproximadamente 60 de las 20 típicas. También aumentaron la producción de flores en aproximadamente un 200%, dentro del mismo período de reproducción y vida útil de la canola cultivada en Canadá.

Por lo general, entre el 40 y el 55% de las flores de canola se polinizan y producen semillas, dice Hickerson. Entonces, dada la misma tasa de polinización en plantas con un 200% más de flores, «podríamos ver un aumento en el rendimiento».

Próximos pasos: ensayos de campo, otros cultivos

El laboratorio de Samuel está ahora en conversaciones con Agriculture and Agri-Food Canada para realizar algunas pruebas de campo este año para confirmar si la nueva variedad de canola produce un mayor rendimiento. El laboratorio también está expandiendo su plataforma de edición de genes a cultivos de legumbres, como garbanzos.

La producción de canola aporta un estimado de $27 mil millones anuales a la economía de Canadá y está asociada con aproximadamente 250,000 empleos.

Samuel dice que debido a que el nuevo rasgo y la arquitectura ahora existe en las propias plantas de canola modificadas, sin necesidad de más ingeniería genética, sería relativamente fácil cruzar las plantas en una nueva línea de canola de élite para la industria.

Matija apunta: “El problema para el mundo entero es alimentarse. A medida que nuestra población crece y nos estamos quedando sin tierra cultivable, la clave es tratar de maximizar nuestra producción por unidad de área de tierra «.

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