Cultivos más productivos y tolerantes al estrés gracias a la edición genética múltiple
Muchos genes rigen los rasgos que determinan el rendimiento de los cultivos y la tolerancia a condiciones adversas, y la identificación de cultivos con estos rasgos deseables suele implicar el cribado de grandes poblaciones de plantas cruzadas. Aunque décadas de biología molecular vegetal han permitido identificar numerosos mecanismos de rendimiento y tolerancia al estrés, las opciones de aplicación siguen siendo limitadas. «Aunque la selección genética ha mejorado con los marcadores genéticos y a la mutagénesis aleatoria(se abrirá en una nueva ventana), sigue requiriendo mucho tiempo y recursos», afirma Dirk Inze(se abrirá en una nueva ventana), coordinador del proyecto BREEDIT, financiado por el Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana). Según Inze, del Instituto Flamenco de Biotecnología, responsable del proyecto, una de las principales razones es que «sigue siendo prácticamente imposible predecir qué combinación de genes de efecto reducido debe modificarse para obtener el resultado deseado». Este desafío se ve agravado por el enorme volumen de datos que implica intentar representar tantas combinaciones genéticas como sea posible a partir de una gran colección de genes. A partir de 60 genes relacionados con el rendimiento, el proyecto BREEDIT combinó técnicas convencionales de mejora genética y edición genética para identificar combinaciones de genes que dan lugar a los fenotipos deseados en cuanto a rendimiento o tolerancia al estrés. «Aunque hemos logrado una prueba de concepto en el maíz, el método de BREEDIT es aplicable a muchos cultivos», añade Inze.
Revolucionando el enfoque de la «genética inversa»
La novedad de BREEDIT radicaba tanto en comenzar con una amplia selección de genes candidatos implicados en un rasgo determinado de un cultivo, como en desarrollar un enfoque para probar tantas combinaciones de genes de orden superior como fuera posible con el fin de mejorar dicho rasgo. Las mutaciones se crearon aplicando la edición genética CRISPR/Cas9(se abrirá en una nueva ventana). Las construcciones «SCRIPT», que indican al gen EDITOR dónde realizar el cambio, se aplicaron a 12 genes diferentes en una planta de maíz. Al cruzar estas plantas con otras que contenían diferentes construcciones SCRIPT —es decir, que contenían genes mutados distintos—, se generaron nuevas combinaciones de mutaciones. En total, se utilizaron cinco SCRIPT diferentes, que representan 60 genes relacionados con el crecimiento. «Este método eliminó a más miembros de las redes reguladoras de genes que los experimentos que solo se centraban en unos pocos genes, lo que dio lugar a nuevas combinaciones de genes que influyen más profundamente en los rasgos de las plantas», explica Inze. A continuación, se monitorizaron los fenotipos de las plantas que contenían estas ediciones genéticas múltiples (mutaciones múltiples) en diferentes etapas de desarrollo. Se realizó un cribado fenotípico del maíz en fase de plántula para detectar características de crecimiento interesantes, lo cual permitió obtener un conjunto de datos de más de 6 000 plántulas. Estos se analizaron utilizando herramientas avanzadas de aprendizaje automático. Las poblaciones analizadas en su madurez mediante una plataforma de fenotipado automatizada, PHENOVISION(se abrirá en una nueva ventana), utilizando imágenes visuales e hiperespectrales a lo largo del ciclo de vida de las plantas, resultaron prometedoras. «Se han encontrado plantas de maíz capaces de producir más biomasa tanto en condiciones de riego abundante como de sequía. Además, identificamos una edición genética que condujo a una modificación de la arquitectura de la planta, el grosor del tallo y una mejora en el rendimiento de las semillas», afirma Inze.
Los planes de comercialización ampliarán los rasgos y cultivos objetivo
Europa se enfrenta a los efectos negativos del cambio climático en la producción de alimentos, por lo que la necesidad de nuevos cultivos adaptados al clima es cada vez más urgente. El método de BREEDIT podría contribuir a acelerar la creación de este tipo de cultivos, además de promover una agricultura más sostenible. Con este fin, el equipo evaluará a continuación algunas de las combinaciones de edición más prometedoras de BREEDIT para seguir desarrollándolas. Mientras tanto, el método de BREEDIT ya ha atraído la atención de los colaboradores comerciales del proyecto, lo que ha dado lugar a la empresa derivada RAINBOW CROPS(se abrirá en una nueva ventana), que ampliará el concepto a nuevos rasgos y cultivos. «El éxito de la edición genética de BREEDIT se limitó a los invernaderos, ahora debe reproducirse en los campos. Además, aunque BREEDIT se centró en desactivar genes, también podemos experimentar con genes activadores a medida que aumenten los conocimientos sobre sus funciones», señala Inze.
