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Desarrollando el tomate ideal con edición genética: más nutritivo, resistente a climas extremos, plagas y enfermedades

A medida que aumentan las temperaturas globales y los eventos climáticos extremos se vuelven más comunes, ¿Puede la edición de genes ayudar a modificar nuestros cultivos alimentarios para que se adapten y hagan frente a los cambios?

BBC / 8 de diciembre, 2021.- A primera vista, se parecía a cualquier otra planta que se pueda encontrar creciendo en las esquinas de las oficinas o en los antepechos de las ventanas de los laboratorios universitarios. Pero esta planta de tomate en particular, cultivada en 2018 en la Universidad de Minnesota, era diferente. La tupida maraña de hojas alargadas y pequeños frutos rojos era característica de una especie silvestre de planta de tomate nativa de Perú y Ecuador llamada Solanum pimpinellifolium, o también conocido como tomate pasa. Sin embargo, una inspección más cercana hizo más evidente la singularidad de la planta.

Esta planta en particular era más compacta, con menos ramas pero más frutos que el tomate silvestre. Sus frutos también eran un poco más oscuros de lo habitual, un signo de aumento de licopeno, un antioxidante relacionado con un menor riesgo de cáncer y enfermedades cardíacas. De hecho, había sido diseñado de esa manera.

La planta fue creada por el genetista Tomas Cermak y sus colegas con el uso de la edición de genes Crispr, una tecnología ganadora del Premio Nobel que funciona como una herramienta de «cortar y pegar» el material genético. La técnica ahora está revolucionando la agricultura y ayudando a crear cultivos para el futuro.

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El propio Cermak tiene la misión de encontrar un tomate perfecto, uno que sea fácil de cultivar, nutritivo y sabroso, pero más adaptable a un clima cambiante. «La planta ideal sería resistente a todas las formas de estrés: calor, frío, sal y sequía, así como a las plagas», dice.

El cambio climático significa problemas para muchos cultivos y los tomates no son una excepción. A los tomates no les gusta el calor, crecen mejor entre 18 °C y 25 °C . Cruce cualquier lado de ese umbral y las cosas comienzan a ir cuesta abajo: el polen no se forma correctamente o las flores no se forman en bayas como deberían. Una vez que el mercurio del termómetro supera los 35 °C, los rendimientos comienzan a colapsar. Un estudio de 2020 mostró que a mediados del siglo XXI hasta el 66% de la tierra en California que históricamente se usó para cultivar tomates puede que ya no tenga temperaturas adecuadas para el cultivo. Otros estudios de modelos sugieren que para 2050 grandes extensiones de tierra en Brasil, África subsahariana, India e Indonesia tampoco tendrán un clima óptimo para el cultivo de tomates.

Por supuesto, a medida que aumentan las temperaturas medias, otras regiones que antes eran demasiado frías pueden volverse aptas para el tomate. Sin embargo, las observaciones en Italia muestran que los fenómenos meteorológicos extremos también son algo a tener en cuenta. La temporada de cultivo de 2019 en el norte de Italia se vio empañada por granizo, vientos fuertes, lluvias inusualmente altas y heladas excepcionales y calor extremo. El resultado fue plantas de tomate estresadas y malas cosechas.

Solanum pimpinellifolium es un tomate silvestre que se encuentra en Perú y Ecuador y que da frutos del tamaño de grosellas (Crédito: Alamy)

Y hay mas. La escasez de agua, que obliga a los agricultores a utilizar agua de riego de menor calidad, que a menudo contiene sal, aumenta la salinidad del suelo, algo que no gusta a los cultivares comerciales de tomate. Mientras tanto, los niveles más altos de ozono hacen que los tomates sean más susceptibles a enfermedades como la mancha bacteriana de las hojas.

Todo eso es preocupante, especialmente considerando que los tomates son actualmente el cultivo hortícola más grande del mundo: la humanidad produce 182 millones de toneladas de la fruta cada año, equivalente al peso de casi 32 Grandes Pirámides de Giza. Además, nuestro apetito por los tomates está creciendo rápidamente: durante los últimos 15 años, la producción mundial de tomates aumentó en más del 30%.

Además de ser la fruta favorita de la humanidad, los tomates también resultan ser un cultivo modelo: crecen rápido, son fáciles de manejar y relativamente simples de manipular a nivel genético. «Hay más fondos disponibles para la investigación que para otras especies de plantas para desarrollar recursos como secuencias del genoma, ingeniería genética y edición de genes para el tomate«, dice Joyce Van Eck, genetista de plantas de la Universidad de Cornell en Nueva York. En conjunto, esto hace que los tomates sean perfectos para el estudio de nuevas tecnologías de edición de genes como Crispr, que podría traernos muchos cultivos adaptables al clima en un futuro próximo.

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Crispr es una caja de herramientas moleculares que los científicos han reutilizado a partir de bacterias: cuando las bacterias son atacadas por virus, capturan y cortan el ADN viral para evitar que el agresor pueda replicarse y así combatirlo. En uso en plantas desde 2013, Crispr ahora permite a los investigadores modificar el genoma con extrema precisión y exactitud para obtener los rasgos que desean. Puede insertar genes, eliminarlos y crear mutaciones específicas. En animales no humanos, Crispr se está utilizando para el estudio de modelos de enfermedades humanas, para mejorar el ganado, e incluso podría usarse para resucitar especies extintas. En las plantas, puede ayudar a crear cultivos mejorados, más sabrosos, más nutritivos y más resistentes.

El primer paso es encontrar los genes adecuados para apuntar. «Necesitamos identificar los genes responsables o implicados en la capacidad de resistir el estrés abiótico y biótico porque de lo contrario no podemos alterarlos, modificarlos o eliminarlos mediante la edición de genes», dice Richard Visser, genetista de plantas de la Universidad de Wageningen, Países Bajos.

La domesticación de cultivos, incluidos los tomates, ha provocado una enorme pérdida de diversidad genética. Los cultivares comerciales modernos pueden crecer rápidamente y ser fáciles de cosechar, pero genéticamente hablando son pura vainilla. Solo cuatro cultivos altamente homogeneizados (soja, arroz, trigo y maíz) dominan la agricultura mundial y representan más de la mitad de todas las tierras agrícolas del mundo.

Por el contrario, sus primos silvestres, así como las denominadas variedades locales (variedades tradicionales adaptadas a lugares específicos), son un tesoro de diversidad genética. Esta es la razón por la que los científicos ahora buscan en este grupo genético para identificar rasgos que puedan reintroducirse en plantas comerciales, un proceso muy ayudado por la rápida caída de los costos de las tecnologías de secuenciación de ADN.

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Un estudio de 2021 analizó el genoma de Solanum sitiens, una especie de tomate silvestre que crece en el ambiente extremadamente duro del desierto de Atacama en Chile, y se puede encontrar en altitudes de hasta 3.300 m (10.826 pies). El estudio identificó varios genes relacionados con la resistencia a la sequía en Solanum sitiens, incluido uno llamado YUCCA7 (la yuca son arbustos y árboles resistentes a las corrientes de aire, populares como plantas de interior).

Están lejos de ser los únicos genes que podrían usarse para darle un impulso al humilde tomate. En 2020, científicos chinos y estadounidenses realizaron un estudio de asociación de todo el genoma de 369 cultivares de tomate, líneas de fitomejoramiento y variedades locales, y señalaron un gen llamado SlHAK20 como crucial para la tolerancia a la sal.

Una vez que se identifican los genes climáticamente inteligentes como estos, se pueden utilizar Crispr para eliminar ciertos genes no deseados, sintonizar otros o insertar otros nuevos. Esto se ha hecho recientemente con tolerancia a la sal, resistencia a diversos patógenos del tomate e incluso para crear plantas enanas que pudieran soportar fuertes vientos (otro efecto secundario del cambio climático). Sin embargo, científicos como Cermak van aún más lejos y comienzan desde las raíces: están usando Crispr para domesticar especies de plantas silvestres desde cero, «de novo» en términos científicos. No solo pueden lograr en una sola generación lo que antes tomaba miles de años, sino también con una precisión mucho mayor.

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La domesticación de novo de Solanum pimpinellifolium fue la forma en que Cermak y sus colegas de la Universidad de Minnesota llegaron a su planta de 2018. Se enfocaron en cinco genes en las especies silvestres para obtener un tomate que aún sería resistente a varios estreses, pero más adaptado a la agricultura comercial moderna, más compacto para una cosecha mecánica más fácil, por ejemplo. La nueva planta también tenía frutos más grandes que el original silvestre.

Algunos científicos plantean que la capacidad de Crispr para editar con precisión los rasgos de las plantas podría marcar el comienzo de una nueva revolución verde (Crédito: Sean Gallup / Getty Images)

«El tamaño y el peso eran aproximadamente el doble», dice Cermak. Sin embargo, este todavía no era el tomate ideal que se esfuerza por obtener, para eso se necesita hacer más trabajo. «Al agregar genes adicionales, podríamos hacer que la fruta sea aún más grande y abundante, aumentar la cantidad de azúcar para mejorar el sabor y la concentración de antioxidantes, vitamina C y otros nutrientes», dice. Y, por supuesto, resistencia a diversas formas de estrés, desde el calor y las plagas hasta las corrientes de aire y la salinidad.

La domesticación de novo también podría hacer más atractivos los cultivos huérfanos. Se trata de plantas que se cultivan en una escala limitada, pero que tienen un gran potencial para contribuir a la seguridad alimentaria. Groundcherry o Physalis, un primo silvestre de los tomates que produce bayas sutilmente dulces, es uno de esos cultivos que se ha domesticado recientemente con la tecnología Crispr. En un futuro cercano, la domesticación de novo podría llevar cultivos como el caupí, el sorgo y el teff, todos cereales nativos de África, a una audiencia mucho más amplia en todo el mundo. Crispr también se está utilizando ahora para mejorar otras plantas, desde plátanos y uvas hasta arroz y pepinos.

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Algunos científicos creen que la edición de genes Crispr marca el comienzo de la segunda revolución verde para ayudar a alimentar a la población humana en rápido crecimiento. Sin embargo, aunque la tecnología es una gran promesa para la mejora de los cultivos, «no es una poción milagrosa», dice Visser. Todavía hay obstáculos técnicos que abordar.

«La eficiencia de la edición puede ser un problema en algunas especies de cultivos», dice Van Eck. A diferencia de las plantas diploides como el tomate (que tienen cromosomas emparejados), es mucho más difícil trabajar con aquellas que tienen más de dos conjuntos de cromosomas emparejados (conocidos como poliploides, como el trigo). «Básicamente, hay más copias de un gen en poliploides que necesitan ser afectados por Crispr que en un diploide», agrega Van Eck.

La regulación y la aceptación social también son un problema. Las plantas editadas con Crispr pueden estar «libres de transgenes«, lo que significa que, a diferencia de los cultivos modificados genéticamente (GM) tradicionales (o transgénicos), los creados por la tecnología Crispr no contienen ADN de una especie diferente (es decir, no transgénico), eso se debe a que la tecnología implica simplemente eliminar genes, o puede implicar la inserción de genes de diferentes variedades de la misma especie (como se está haciendo con los tomates).

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Sin embargo, los pocos estudios existentes sobre la aceptación de productos alimenticios editados por Crispr muestran una imagen mixta. En una encuesta entre países realizada en EE. UU., Canadá, Bélgica, Francia y Australia, la gente percibió de manera similar los alimentos transgénicos y editados por Crispr. Sin embargo, en un estudio canadiense de 2020, los consumidores estaban más dispuestos a aceptar alimentos editados por Crispr.

Y luego, está la ley. Aunque en 2016 los hongos editados por Crispr cayeron en un vacío legal en los EE. UU. (y 12 países ya han regulado el uso comercial de plantas editadas), y escaparon a la regulación, el tribunal más alto de Europa decidió en 2018 que los cultivos editados genéticamente deberían estar sujetos a las mismas regulaciones estrictas que rigen los organismos transgénicos convencionales.

Para el «tomate ideal» climáticamente inteligente de Cermak, estos obstáculos legales, junto con la vacilación del consumidor, podrían resultar un obstáculo importante.

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