Los investigadores lograron mejorar la regeneración de plantas de patata, cítricos, fresa y álamo, superando así un obstáculo importante para el desarrollo de variedades de cultivos modificadas genéticamente.
La edición genética de una planta es solo un paso en el desarrollo de un cultivo mejorado. Los científicos también deben regenerar una planta completa a partir de un pequeño número de células editadas, un proceso que puede ser lento, poco fiable o imposible en algunas especies.
Investigadores de Texas A&M AgriLife Research, la Universidad de Maryland y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos han desarrollado un sistema diseñado para acelerar la regeneración de diversos cultivos, como la patata, los cítricos, la fresa y el álamo. Los resultados se publicaron en Nature Communications .
Activación de los genes de regeneración natural de las plantas
El sistema, denominado CRISPR-Combo, permite a los científicos editar un gen específico al tiempo que activan los genes morfogenéticos de la propia planta. Estos genes controlan cómo se dividen las células y se desarrollan en raíces, brotes y, finalmente, en plantas completas.
En lugar de insertar copias adicionales de genes que promueven el crecimiento, CRISPR-Combo utiliza la misma herramienta CRISPR responsable de la edición genética para aumentar la actividad de los genes morfogenéticos ya presentes en el genoma de la planta, según un comunicado de prensa.
“La regeneración es uno de los mayores obstáculos que impiden que una prometedora edición genética en el laboratorio se convierta en una variedad de cultivo realmente útil para los agricultores”, afirmó Kranthi Mandadi, doctora, directora del Centro de Investigación y Extensión AgriLife de Texas A&M en Weslaco y profesora del Departamento de Patología Vegetal y Microbiología de Texas A&M. “Este trabajo demuestra que podemos lograr que los propios genes de una planta se regeneren de forma más rápida y fiable, y este enfoque resulta muy prometedor para cultivos perennes como los cítricos, con los que históricamente ha sido muy difícil trabajar en el laboratorio”.
Cómo abordar un cuello de botella en el mejoramiento de cultivos
La regeneración es particularmente difícil en cultivos perennes y de alto valor. Los cítricos, los álamos y muchos cultivos de frutas y frutos secos pueden tardar años en completar un solo ciclo de mejoramiento genético y, a menudo, se han resistido a la transformación y regeneración en laboratorio.
Al activar los genes de regeneración preexistentes de una planta en lugar de depender de hormonas añadidas o material genético adicional, CRISPR-Combo podría ofrecer un enfoque más eficiente y escalable. Los investigadores señalaron que el sistema también podría ayudar a identificar genes morfogenéticos en otros cultivos de importancia comercial que responden mal a los métodos de regeneración convencionales.
Mejora de la regeneración de la patata
Los investigadores primero analizaron posibles genes morfogenéticos utilizando un sistema rápido y de alto rendimiento de “raíces pilosas” desarrollado por AgriLife Research. Esta técnica induce el crecimiento de raíces en esquejes de plantas sin necesidad de que los investigadores regeneren una planta completa.
Manikandan Ramasamy, doctor en filosofía e investigador asociado de AgriLife Research en el centro AgriLife de Texas A&M en Weslaco, fue el autor principal del estudio.
“En las patatas, analizamos 17 genes candidatos e identificamos cuatro que potenciaron la producción de raíces pilosas”, explicó Ramasamy. “Tres de ellos también mejoraron la regeneración de brotes al ser probados, elevando la eficiencia de regeneración a un 45 %-70 %, en comparación con un 30 %-35 % en los controles”.
La regeneración de los cítricos alcanza el 80%.
El equipo también evaluó 10 genes candidatos en cítricos, un cultivo conocido por ser difícil de transformar y regenerar. Cinco de estos genes aumentaron significativamente la formación de raíces pilosas.
En condiciones de laboratorio, la activación de cada uno de esos genes aumentó la eficiencia de regeneración de brotes a al menos un 80%, en comparación con menos del 60% en las plantas de control.
Las combinaciones genéticas acortan el tiempo de regeneración.
En la fresa silvestre y el álamo, los investigadores activaron dos genes morfogenéticos simultáneamente. En la fresa, ciertas combinaciones genéticas redujeron el tiempo necesario para producir una planta modificada genéticamente y completamente regenerada en más de un mes, en comparación con los métodos estándar.
Los resultados fueron aún más notables en el álamo. Los brotes se regeneraron en menos de un mes sin las hormonas vegetales externas que normalmente se requieren en el cultivo de tejidos. Las líneas de álamo con ambos genes activados también presentaron las tasas más altas de células modificadas y se desarrollaron en plantas más altas con mayor biomasa en el invernadero, sin anomalías evidentes.
La investigación respalda un desarrollo más rápido de los cultivos.
Los resultados sugieren que CRISPR-Combo podría ayudar a los investigadores a transferir con mayor eficiencia modificaciones genéticas prometedoras de células individuales a plantas completas. Una regeneración más rápida y fiable podría ser especialmente valiosa para el desarrollo de variedades de cultivos con mayor productividad, resistencia o tolerancia a las enfermedades.
La investigación fue financiada principalmente por el programa de Regeneración de Plantas Fértiles Independiente del Genotipo de la Fundación para la Investigación en Alimentación y Agricultura. También se recibió financiación adicional de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, el Instituto Nacional de Alimentación y Agricultura del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), el Departamento de Energía de los Estados Unidos, el Instituto AgriLife de Texas A&M para el Avance de la Salud a Través de la Agricultura y el programa de Enfermedades Transmitidas por Insectos de AgriLife Research.
Fuente Seed World














