Utilizando un método genético simple y poderoso para modificar genes propios de dos variedades populares de plantas de tomate, un equipo del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) de Estados Unidos ha ideado un método rápido para hacer florecer y producir frutos maduros 2 semanas más rápido que los criadores comerciales Son actualmente capaces de hacer.
Esto significa más plantaciones por temporada de crecimiento y por lo tanto un mayor rendimiento. En este caso, también significa que la planta puede crecer en latitudes más al norte de lo que es posible actualmente, un atributo importante a medida que el clima del planeta se calienta.
«Nuestro trabajo es una demostración convincente del poder de la edición génica (tecnología CRISPR) para mejorar rápidamente los rasgos de rendimiento en el mejoramiento de cultivos», dice el profesor asociado del CSHL Zachary Lippman, que dirigió la investigación. Las aplicaciones pueden ir mucho más allá de la familia de los tomates, afirma, ya que puede incluir muchos cultivos alimentarios importantes como el maíz, la soja y el trigo de los que depende mucho la población global.
Lippman aclara que la técnica que su equipo publicó ayer lunes en Nature Genetics es más que simplemente aumentar el rendimiento. «Realmente se trata de crear un conjunto de herramientas genéticas que permita a los agricultores y mejoradores en una sola generación ajustar el momento de la producción de flores y por ende el rendimiento, para ayudar a adaptar nuestras mejores variedades en partes del mundo donde actualmente no prosperan».
En el centro del método se encuentran los conocimientos obtenidos por Lippman y sus colegas, entre ellos los científicos de plantas del Instituto Boyce Thompson en Ithaca, Nueva York, y en Francia, dirigidos por el Dr. José Jiménez-Gómez, sobre la evolución del proceso de floración en muchos cultivos y sus parientes silvestres, ya que se refiere a la duración del período de luz en un día. La investigación genética reveló por qué la planta cultivada de tomate de hoy en día no es muy sensible a esta variable en comparación con los parientes silvestres de América del Sur. De alguna manera, no importa mucho a las plantas domesticadas si tienen 12 horas de luz diurna o 16 horas; florecen virtualmente en el mismo punto después de plantarse.
Un sistema hormonal bien conocido regula el tiempo de floración, y por lo tanto, el momento en que la planta generará su primera fruta madura. La hormona florigen y una hormona «anti-florigen» que la contrarresta llamada SP (para SELF PRUNING) actúan juntas, de manera “yin-yang”, para, respectivamente, promover o retrasar la floración. En una fase de la investigación recientemente reportada, los investigadores estudiaron una especie de tomate silvestre nativa de las Islas Galápagos, con días y noches cerca de 12 horas durante todo el año. Querían saber por qué cuando se cultivaban en latitudes septentrionales con días de verano muy largos, esta planta florecía muy tarde en la estación y producía pocas frutas.
El tomate ecuatorial silvestre, según ellos, era extremadamente sensible a la duración del día. Cuanto más largo es el día, más largo es el tiempo hasta la floración, mientras que «cuando se tiene un período de luz más corto, como en el hábitat nativo de la planta, florecen más rápido», dice Lippman. Esto sugiere que hubo un cambio genético en las plantas de tomate que ocurrió en algún momento antes o durante la domesticación de tomates silvestres. Lippman sospecha que estos cambios probablemente ya habían ocurrido cuando el conquistador español Cortez trajo los tomates a Europa desde México a principios del siglo XVI, comenzando la era de la adopción generalizada de la planta en las latitudes medias del norte.
Lippman y sus colegas rastrearon la pérdida de sensibilidad de longitud de día en tomates domesticados a mutaciones en un gen llamado SP5G (SELF PRUNING 5G). Es un miembro de la misma familia de genes florigen y anti-florigen que ya eran conocidos por regular el tiempo de floración en el tomate.
Lippman y sus colegas observaron un fuerte aumento en la expresión y actividad de la hormona anti-florigen codificada por el gen SP5G, causando que la floración ocurriera mucho más tarde en el cultivo de la planta de tomate silvestre de Galápagos en invernaderos y campos. En contraste, en plantas de tomate domesticadas, ese aumento de anti-florigen es mucho más débil.
Las principal innovación del equipo (generando variedades de tomates cereza y roma que florecen mucho antes que las variedades domesticadas en las que se basan) se deriva de la observación de que aunque las plantas domesticadas son notablemente insensibles a la longitud del día, «hubo alguna expresión residual del gen anti-florigen SP5G», dijo Lippman.
Esto llevó al equipo a utilizar la herramienta de edición de genes CRISPR para inducir pequeñas mutaciones en el gen SP5G. El objetivo era inactivar completamente el gen de tal manera que no generara ninguna proteına anti-florigen en absoluto.
Cuando esta versión ajustada del gen SP5G fue introducida a las variedades populares de tomare roma y cherry, las plantas florecieron antes, y así hicieron frutos que maduraron antes. La modificación de otro gen anti-florigen que hace que las plantas de tomate crezcan de forma densa y compacta en tipo matorral, hizo que las variedades de floración temprana fueran aún más compactas y de rendimiento temprano, rasgo que el equipo llama «doble determinante».
«Lo que hemos demostrado aquí es el mejoramiento rápido», dice Lippman. «Ahora tenemos una estrategia sencilla para eliminar por completo la sensibilidad a la luz del día en plantas endémicas e híbridas de élite que ya están siendo cultivadas. Esto podría permitir a los cultivadores ampliar su gama geográfica de cultivo, simplemente usando CRISPR para adaptar rápidamente el tomate y otros cultivos a latitudes más septentrionales, donde los veranos tienen días muy largos y estaciones de crecimiento muy cortas”.