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Primeros ensayos con trigo editado genéticamente en Reino Unido muestran grandes avances

trigo editado genéticamente

© Crops Science Centre / Farmers Weekly

Los primeros ensayos de un trigo editado genéticamente bajo la nueva normativa del Reino Unido, que se desmarca del prohibitivo sistema normativo de la UE, muestra que la edición del cereal para beneficios en salud (reducción de un componente carcinógeno) fue exitosa en todas las copias del gen objetivo, y sin perder rendimiento agrícola como ocurrió con variedades mejoradas con técnicas tradicionales.

Farmers Weekly / 16 de octubre, 2022.- Los resultados preliminares de los primeros ensayos de campo en Europa con trigo editado genéticamente (EG) han indicado que esta técnica de cultivo de precisión no supone ninguna penalización (o pérdida) en el rendimiento ni en otros aspectos agronómicos.

Esto significa que ahora se pueden realizar modificaciones precisas en el genoma del trigo para mejorar su rendimiento y las cualidades específicas del grano, que actualmente tardan muchos años en modificarse con las técnicas de cultivo convencionales.

«Esta ha sido la primera prueba real de la tecnología en el trigo en el campo en Europa, y es un hallazgo muy significativo», señala Nigel Halford, cuyo equipo en Rothamsted Research (Reino Unido) llevó a cabo los ensayos de referencia.

«Hay muchos factores agronómicos que todavía estamos analizando, pero no hay grandes diferencias en el rendimiento, aunque el peso de mil granos (TGW) parece ligeramente reducido. Lo que también es significativo es que los niveles de azufre del grano han mejorado«.

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Ensayos de campo

Los ensayos de campo sembrados el pasado mes de octubre se establecieron para probar un trigo que ha sido alterado mediante la edición con Crispr-Cas9 para tener niveles muy bajos de asparagina.

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«Se trata de un aminoácido que se encuentra de forma natural en los cereales, pero durante la cocción a alta temperatura, como el horneado o el tostado, la asparagina se convierte en acrilamida», explica el profesor Halford.

«Este es un carcinógeno y la UE introdujo niveles de referencia sobre la cantidad de acrilamida permitida en los alimentos a base de trigo, como los cereales de desayuno, el pan y las galletas, en 2017.

«Estos se trasladaron a la legislación del Reino Unido después del Brexit. La UE ya está considerando ir más allá imponiendo niveles máximos, por encima de los cuales sería ilegal vender un producto.»

La variedad que se probó fue Cadenza, con líneas a las que se les «eliminó» el gen responsable de la mayor parte de la acumulación de asparagina en el grano mediante la técnica de mejora de precisión.

También se probó la variedad Claire, cuyo gen había sido eliminado mediante el tratamiento de las semillas con un producto químico, una técnica [convencional] mucho más antigua que se centra en las lesiones locales inducidas en los genomas, también conocida como TILLING.

Aunque se considera una técnica de mejora convencional, es un proceso más laborioso y mucho menos preciso, explica Sarah Raffan, que trabaja junto al profesor Halford en Rothamsted.

«Las líneas TILLING tuvieron un rendimiento significativamente inferior al de las líneas de control de Claire que teníamos en el ensayo«, afirma (ver gráfico).

«También tenían un TGW más bajo, mientras que los escaneos del NDVI [índice de vegetación de diferencia normalizada] a lo largo de la temporada sugerían una biomasa más baja».

«El TILLING introduce decenas de miles de mutaciones aleatorias en cada semilla, casi todas sin relación con el gen objetivo.

«Se necesitan muchos cruces para eliminarlas, y las que están cerca del gen objetivo pueden ser difíciles o imposibles de eliminar. Es probable que este bagaje genético haya causado el retraso en el rendimiento».

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Más azufre

Todas las líneas mutadas, ya sean editadas genéticamente (EG) o modificadas por TILLING, mostraban niveles más altos de azufre en el grano, que ayuda a reducir los niveles de acrilamida.

El análisis completo de las muestras aún no se ha completado, incluyendo la confirmación de los niveles de asparagina, pero los ensayos ya se consideran un «fantástico paso adelante» para la edición genética en el Reino Unido.

«Al utilizar esta intervención, hemos logrado un triple knock-out», explica el Dr. Raffan.

«Aquí se han eliminado secciones del gen ASN2 en los tres genomas del trigo, sin ningún otro cambio en la planta huésped».

«Tiene un nivel de asparagina de sólo el 30% en comparación con el no editado. También tenemos líneas con una edición adicional en un gen ASN1, y éstas tienen niveles de asparagina aún más bajos.

«Se incluirán en el ensayo de campo de este año».

Las líneas TILLING seleccionadas, sin embargo, tenían cada una una mutación en uno solo de los genes ASN2, continúa el Dr. Raffan.

«Uno de nuestros socios obtentores ha apilado los genes mutados en el background de Claire para nosotros.

«Esto es extremadamente laborioso y requiere mucho tiempo, y sólo tuvimos knockouts parciales en el primer ensayo de campo. Incluiremos knock-outs triples de TILLING en el segundo año, aunque la penalización del rendimiento es una preocupación».

Si todo va bien con las pruebas del material de la cosecha de este año y con los ensayos posteriores, el germoplasma EG podría entregarse a los obtentores.

Varios de los principales obtentores del Reino Unido participan en el proyecto, por lo que, en teoría, el rasgo podría introducirse en todos los trigos panificables y galleteros del Reino Unido.

«Sin embargo, esto sólo ocurrirá si se establece una normativa adecuada, basada en la ciencia y el riesgo», señala el profesor Halford. «De lo contrario, no se puede esperar que los obtentores realicen la inversión».

Las variedades con bajo contenido de asparagina podrían empezar a aparecer en los ensayos de la Lista Nacional dentro de tan sólo cinco o diez años, dice el Dr. Raffan.

«Si la normativa hubiera cambiado antes, podríamos haber hecho ensayos de campo antes, pero nos alegra ver que las cosas se están moviendo ahora».

«La ventaja de la edición genética es que se pueden introducir cambios en una sola generación, mientras que realizar la misma mejora con técnicas convencionales puede llevar muchos años o, en algunos casos, no ser posible.

«De momento, sólo hemos realizado la edición en un número limitado de variedades, pero ahora es posible editar la mayoría de las variedades de trigo o, una vez realizada la edición, el rasgo se puede cruzar en cualquier programa de mejora que utilice la mejora convencional«.

El equipo también está investigando otros aminoácidos, continúa. «Acabamos de empezar a estudiar el aumento de los niveles de lisina, utilizando nuestro trigo bajo en asparagina como material de partida.

«La lisina es un componente importante de los alimentos para animales, especialmente para cerdos y pollos, y se suministra principalmente a través de la soja importada.

«Si todo va bien, utilizando la ingeniería genética podríamos tener trigo con alto contenido de lisina en ensayos de campo en los próximos cinco años».

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Cómo se comportó el trigo editado genéticamente

Las tres líneas editadas genéticamente en Cadenza (marcadas como GM en el gráfico) rindieron lo mismo que el control sin editar, pero las líneas TILLING rindieron significativamente por debajo del control, Claire.

Fuente: Rothamsted Research, 2022

Lograr el «triple knock-out»

El gen responsable de la mayor parte de la producción de aminoácidos en el grano, la asparagina sintetasa 2 (ASN2), fue descubierto hace varios años.

«En realidad, hay cinco genes de la asparagina sintetasa, pero el ASN2 es, con mucho, el más activo en el grano», señala el profesor Halford.

Es posible, a través de la mejora asistida por marcadores, seleccionar líneas sin el gen, pero hay un inconveniente al intentar hacerlo de forma convencional.

«El trigo es hexaploide, lo que significa que tiene tres copias de su genoma, que denominamos A, B y D», continúa.

«Muchas variedades, incluida Claire, carecen de un gen ASN2 en el genoma B debido a una mutación natural que se produjo antes de la domesticación del trigo. Irónicamente, se trata de un acontecimiento genético mucho más importante que todo lo que hemos hecho con edición genética».

«Losfitomejoradores podrían seleccionar líneas portadoras de esta mutación natural, pero producir una variedad que carezca del gen en los tres genomas mediante técnicas convencionales sería imposible«.

Y por eso el profesor Halford y su equipo han recurrido a la edición genética para alterar el ADN de la planta. Crispr-Cas9 es una técnica de edición genética por la que se utilizan genes que codifican secuencias cortas de ARN (ARN guía o ARNg) en la planta huésped, junto con un gen que codifica la enzima Cas9.

Los ARNg reconocen tramos específicos del código genético y dirigen la enzima Cas9 al gen objetivo, donde corta el ADN.

La célula intenta reparar el daño, y es entonces cuando se produce la mutación.

Mediante el uso de diferentes ARNg y técnicas, los investigadores pueden desactivar o alterar – editar – partes específicas del genoma, confiriendo así rasgos, como la baja asparagina. Una vez realizada la edición, los componentes transgénicos pueden cruzarse mediante técnicas de cultivo convencionales.

El equipo de Rothamsted logró editar el ADN de Cadenza para desactivar el gen ASN2 en las tres copias de su genoma: un «triple knock-out».

Pero uno de los obstáculos para el desarrollo de las líneas editadas genéticamente ha sido la normativa.

«Los ensayos de campo son un paso crucial en el desarrollo de cualquier nueva característica: aunque hayamos cultivado las líneas editadas en el laboratorio, hasta que no se ponen en el campo no se sabe cómo se comportarán en términos de rendimiento o cómo interactuarán con su entorno», explica el profesor Halford.

«También necesitamos saber si la edición provoca cambios en las proteínas del grano.

«Pero los cultivos editados han sido tratados como organismos modificados genéticamente (transgénicos) según la normativa de la Unión Europea, lo que dificulta los ensayos y los hace prohibitivos».

«Estas regulaciones se trasladaron a la ley del Reino Unido en el Brexit, y nuestro primer ensayo de campo se ejecutó bajo esas regulaciones».

Cambio de ley

Sin embargo, el gobierno del Reino Unido ha aprobado un instrumento estatutario que cambió la ley para hacer que los ensayos de campo de las plantas transgénicas sean mucho más fáciles, siempre y cuando no haya ningún elemento transgénico en las plantas.

«Ahora tenemos algunas plantas de nuestras líneas editadas que no tienen elementos transgénicos y que, por tanto, son «plantas superiores cualificadas» según las nuevas normas de ensayos de campo».

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«Podemos cultivar esas plantas en cualquier lugar siempre que se lo notifiquemos a DEFRA, y vamos a acumular las semillas para realizar un ensayo de campo completo en 2023-24», afirma el profesor Halford.

Las nuevas normas sobre ensayos de campo entraron en vigor en marzo de este año, y los acontecimientos suceden a buen ritmo.

El proyecto de ley sobre tecnología genética (mejoramiento de precisión) que se está tramitando en el Parlamento establecerá nuevas normas destinadas a facilitar la mejora comercial y la comercialización de plantas editadas genéticamente, u organismos mejorados con precisión, como se denomina en el proyecto de ley.

«Se trata de un gran paso adelante, largamente esperado, para la biotecnología de cultivos en el Reino Unido», afirma.

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«La tecnología se está desarrollando muy rápidamente: hay nuevas técnicas Crispr que no implican en absoluto un paso transgénico».

«Además, hay métodos que utilizan una plantilla de ADN para cambiar un gen de manera que siga produciendo una proteína funcional, pero cambiando algunas características de la proteína, en lugar de simplemente eliminar el gen».

«Así que es un momento muy emocionante para dedicarse a la biotecnología vegetal», concluye.

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