Cuando se cruzan distintas variedades de una especie vegetal, los descendientes híbridos suelen mostrar mayor vigor y crecimiento más rápido que las plantas progenitoras. Sin embargo, este efecto suele desaparecer en las generaciones posteriores.
Según un comunicado de prensa del Instituto Max Planck de Investigación en Fitomejoramiento , los científicos han desarrollado nuevos métodos que permiten conservar a largo plazo estos rasgos beneficiosos en plantas híbridas y crear plantas con cuatro juegos de cromosomas en lugar de los dos habituales. Estas técnicas podrían simplificar significativamente el cultivo de cultivos resistentes y de alto rendimiento capaces de sustentar a una población mundial en aumento, incluso frente a los desafíos climáticos.
Las variedades de cultivos híbridos crecen más rápido y son más resistentes a los factores de estrés abióticos y bióticos que sus contrapartes endogámicas; el maíz híbrido produce rendimientos un 30% mayores. Sin embargo, el efecto de la heterosis es temporal, ya que las ganancias de rendimiento y la uniformidad se pierden en la segunda generación debido a la división celular meiótica, que recombina el material genético. Si los híbridos pudieran propagarse asexualmente o clonarse a través de semillas, podrían mantener su composición genética completa y sus características beneficiosas en las generaciones futuras, lo que reduciría significativamente los costos de producción y ampliaría la disponibilidad de variedades híbridas.
Raphaël Mercier, jefe del Departamento de Biología Cromosómica del Instituto Max Planck de Investigación en Fitomejoramiento, y Charles Underwood, líder del grupo de investigación, están desarrollando un método para producir semillas híbridas clonales. Su trabajo se exhibe en invernaderos con varias plantas, entre ellas berros, cebada, papas y tomates. Se deben cumplir dos condiciones clave: el material genético de la planta madre debe conservarse en el gameto femenino evitando la división celular meiótica, lo que permite un óvulo clonal; y la nueva planta debe desarrollarse a partir de este óvulo clonal sin fertilización para evitar un exceso de cromosomas. Mercier afirma: “Necesitamos superar tanto la meiosis como la fertilización para producir semillas genéticamente idénticas”, un método que podría extender el estado híbrido indefinidamente.
Mercier inició su investigación en 2009 en el Instituto Jean-Pierre Bourgin del INRA (Francia), centrándose en los genes implicados en la división celular meiótica y el desarrollo de los óvulos y las células polínicas. Identificó tres genes que diferencian la meiosis de la mitosis y, al desactivarlos, logró revertir la meiosis a mitosis, lo que dio como resultado células germinales clonales con material genético idéntico al de la planta madre.
En 2016, Mercier y Emmanuel Guiderdoni aplicaron este proceso, conocido como MiMe (mitosis en lugar de meiosis), al arroz, lo que marcó la primera vez que se utilizó en un cultivo. Los mismos tres genes regulan la meiosis tanto en el berro de thale como en el arroz, lo que permite la obtención de óvulos genéticamente idénticos.
En 2019, Mercier y Venkatesan Sundaresan abordaron la reproducción de semillas clonales activando el gen BBM1 en los óvulos, lo que inicia el desarrollo embrionario sin fertilización. Este método, aunque actualmente produce un 30% menos de semillas que los métodos tradicionales, es prometedor y Mercier tiene esperanzas de que mejore. Aplicaron la técnica MiMe a los tomates híbridos de supermercado, donde el equipo de Charles Underwood creó células sexuales clonales fertilizando un óvulo clonal con esperma clonal de diferentes plantas. Este “diseño de genoma poliploide” produjo plantas con cuatro conjuntos de cromosomas, lo que dio como resultado “superhíbridos” similares a los de cultivos como el trigo, la colza, el plátano y la patata.
Variedades de papa resistentes a enfermedades
En un invernadero iluminado con LED, un científico muestra una planta de tomate con un conjunto cuádruple de cromosomas, el primer caso de células sexuales clonales de diferentes progenitores fusionándose en una planta o animal. Junto a ella hay una planta más robusta con frutos más pequeños, un híbrido de un tomate MiMe y el pariente silvestre Solanum pennellii, que es conocido por su resistencia al calor, la sequía y la salinidad.
La patata, emparentada estrechamente con los tomates, es otro candidato para la técnica MiMe. Underwood destaca la urgente necesidad de variedades de patata resistentes a las enfermedades para adaptarse a los cambios climáticos, ya que muchas variedades existentes, como la ‘Russet Burbank’, tienen más de un siglo de antigüedad. La plaga de la patata supone una amenaza tanto para las plantas como para los tubérculos, y la incorporación de material genético de especies de patata silvestres podría mejorar la resistencia a las enfermedades al tiempo que se preservan los rasgos deseables, lo que podría reducir el uso de pesticidas. Dado que las patatas se cosechan por sus tubérculos en lugar de por sus semillas, la menor producción de semillas de los híbridos MiMe es menos crítica para el rendimiento en comparación con cultivos como el arroz.
El cultivo de la patata se enfrenta a los retos de enfermedades como la plaga de la patata, que puede provocar graves pérdidas de rendimiento y que históricamente contribuyó a la hambruna irlandesa. La técnica MiMe tiene como objetivo utilizar material genético de especies de patata silvestres para crear variedades domésticas que resistan la plaga y mantengan las características típicas, lo que podría reducir el uso de pesticidas. Raphaël Mercier destaca la promesa de las patatas híbridas MiMe, señalando que, dado que se cosechan por sus tubérculos en lugar de por sus semillas, la menor producción de semillas no afecta negativamente al rendimiento como ocurre en cultivos como el arroz.
La aplicación de la técnica MiMe se enfrenta a un obstáculo debido a las estrictas regulaciones de la UE sobre cultivos modificados genéticamente, que restringen los métodos de edición genómica. Raphaël Mercier insta a la UE a adoptar políticas más flexibles como las de Estados Unidos y Gran Bretaña para facilitar el cultivo de plantas modificadas genéticamente, esenciales para una producción alimentaria eficiente en un contexto de crecientes desafíos climáticos.
Otros investigadores están abogando por una actualización de la legislación europea sobre tecnología genética, ya que las normas actuales tienen más de 20 años. Una propuesta reciente de la Comisión Europea para facilitar la aprobación de plantas editadas genéticamente ha sido aprobada por el Parlamento Europeo, a la espera del acuerdo de los Estados miembros de la UE.
En última instancia, la decisión sobre la adopción de estas plantas en Europa recae en los políticos y, sobre todo, en la aceptación de los consumidores. Curiosamente, la técnica MiMe se asemeja a los métodos de reproducción naturales que se observan en plantas como los dientes de león y ciertas moras, que se reproducen sin meiosis femenina ni fecundación.
Fuente: Seed World Europa