Un equipo de científicos de la Universidad de Purdue (Estados Unidos) y la Academia de Ciencias de China ha utilizado la tecnología de edición de genes conocida como CRISPR/Cas9 para desarrollar una variedad de arroz que produce 25 a 31% más de grano y habría sido virtualmente imposible de crear a través de métodos de mejoramiento tradicional.
El equipo, dirigido por Jian-Kang Zhu, profesor distinguido en el Departamento de Horticultura y Arquitectura del Paisaje en Purdue y director del Centro de Shanghai para Biología de Estrés de Plantas en la Academia de Ciencias de China, realizó mutaciones a 13 genes asociados con la fitohormona ácido abscícico , conocida por jugar un papel en la tolerancia al estrés de la planta y la supresión del crecimiento. De varias variedades creadas, una produjo una planta que tuvo pocos cambios en la tolerancia al estrés pero produjo un 25% más de grano en una prueba de campo en Shanghai, China, y un 31% más en una prueba de campo realizada en la isla Hainan de China.
Sus hallazgos se publicaron en Proceedings of the National Academy of Sciences.
El equipo de Zhu, que incluye a Ray A. Bressan de Purdue, profesor distinguido en el Departamento de Horticultura y Arquitectura del Paisaje, e investigadores de la Academia de Ciencias de China, silenció suites de resistencia a la pirabactina 1 (PYR1) / PYR1-like (PYL) / componentes regulatorios de los genes del receptor ABA (ACAR), o simplemente, genes PYL. Estos genes mejoran la tolerancia al estrés abiótico, como la sequía, la salinidad del suelo y otros factores ambientales, pero también inhiben el crecimiento.
Dado que las plantas han evolucionado para crear redundancias genéticas, especialmente para los rasgos necesarios para la supervivencia, noquear (o silenciar) un gen en la familia PYL podría no tener mucho efecto sobre la tolerancia al estrés o el crecimiento ya que los genes repetidos pueden funcionar para proporcionar una función similar. Sin embargo, crear la combinación correcta de knockout (silenciamiento) condujo a una planta que utiliza las redundancias adecuadas para mantener sus características de tolerancia al estrés pero reduce la inhibición del crecimiento.
«Hay muchas pruebas de que aunque cada gen PYL puede tener una especialidad individual en la función, en general también comparten algunas funciones comunes», dijo Zhu. «Cuando eliminas uno, otros funcionarán como reemplazo».
La tecnología CRISPR/Cas9 permite a los mejoradores de plantas cortar de forma rápida y precisa porciones de ADN de una secuencia, editando el código de ADN. El método permitió al equipo de Zhu modificar múltiples genes a la vez, algo que habría llevado décadas con los métodos tradicionales sin una garantía de que las plantas resultantes tendrían las características deseadas.
«No se pueden hacer mutaciones dirigidas como esa con el mejoramiento vegetal tradicional. Harías mutaciones aleatorias y tratarías de descartar aquellas que no quieres», dijo Bressan. «Hubiera necesitado millones de plantas. Básicamente, no es factible. Este es un logro real que no podría haberse logrado sin CRISPR».
Las plantas mejoradas de arroz creadas en estos experimentos provienen de una línea de investigación común. El siguiente paso es usar CRISPR/Cas9 para editar los mismos genes en variedades elite de arroz para determinar si también mostrarán un rendimiento mejorado similar.
«Si esto es cierto para las variedades que los agricultores usan actualmente, este gran aumento en el rendimiento sería muy importante», dijo Zhu. «Realmente ayudaría a producir más granos para alimentar a más personas».