A pesar de que el trigo es el segundo cultivo básico más sembrado e importante a nivel global, aún no existen variedades genéticamente modificadas (GM), o transgénicas, disponibles a nivel comercial en ningún país. En este artículo de Science, dos investigadores analizan detalladamente los obstáculos genéticos y técnicos que enfrentaría un programa de mejoramiento de trigo mediante transgenia y otras tecnologías modernas, por ejemplo, para insertar genes de ancestros silvestres que le otorguen resistencia a enfermedades que están causando estragos en los campos de Sudamérica y Asia. Y lo anterior, sin considerar otras barreras regulatorias y comerciales antes de llegar a manos de los agricultores.
La aparición repentina de enfermedades de los cultivos puede causar un choque económico irreparable, particularmente a los pequeños agricultores en los países en desarrollo. El brusone del trigo, por ejemplo, es una enfermedad fúngica devastadora de América del Sur, que apareción en Bangladesh en 2016 [1]. Actualmente está controlado por cuarentena, pero podría propagarse fácilmente a otras áreas de cultivo de trigo, lo que podría amenazar la seguridad alimentaria. Además, se ha producido una pérdida generalizada de cultivos por roya del tallo en Kenia y Etiopía. Los avances recientes podrían proporcionar una solución a este problema mediante el descubrimiento rápido y el aislamiento de los genes de resistencia a enfermedades de parientes silvestres del trigo, seguido de su introducción en las variedades de cultivos de élite. Sin embargo, existe una barrera para tal progreso: el trigo, un cultivo alimentario básico de todo el mundo, se ha convertido en un huérfano entre los cultivos genéticamente modificados (GM).
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El trigo se cultiva en más superficie que cualquier otro cultivo de cereales, y es el segundo después del maíz en la producción de granos (véase la figura S1). En promedio, el trigo proporciona ~20% de las calorías y proteínas diarias per cápita en todo el mundo [5]. Con el aumento de la población mundial y la urbanización, se espera que la demanda de trigo aumente, lo que requerirá un aumento en la tasa actual de ganancia de rendimiento agrario global de ~1% por año [5] (véase la figura S2). Según los informes, el rendimiento potencial actual del grano (que es la cantidad de grano producido bajo insumos no limitantes en ausencia de estreses bióticos o abióticos) es ~12 toneladas métricas por hectárea para el trigo; sin embargo, el rendimiento real cosechado es menos de 4 toneladas métricas por hectárea [6]. Insumos agrícolas sub-óptimos, fluctuaciones ambientales impredecibles y enfermedades son algunos de los factores que suprimen el potencial de rendimiento. La selección genética de variedades estables adaptadas a factores climáticos adversos, por ejemplo, alta temperatura, es tal vez la vía más adecuada para mitigar los efectos de variables impredecibles. Sin embargo, los cambios en las prácticas de gestión y un conjunto de herramientas fácilmente disponibles para protegerse de las enfermedades ayudarán a reducir la brecha de rendimiento [7].
[Recomendado: ¿Qué hay en tu pan? Científicos completan el genoma del trigo harinero más común | Descubren gen que puede detener una epidemia mundial que afecta al cultivo del trigo]Los eventos de hibridación (o cruzamiento) ancestrales que dieron lugar al trigo cultivado moderno, a través de la poliploidización del genoma (aumento del número de cromosomas), seguido de la domesticación y mejoramiento genético, trabajaron sobre apenas una fracción de la diversidad genética disponible, creando cuellos de botella genéticos en cada etapa (ver la figura 1 arriba). Este estrechamiento progresivo de la base genética dio como resultado un cultivo moderno que es altamente vulnerable a las enfermedades. La capacidad de incorporar la resistencia a las enfermedades por cruce o mejoramiento con especies silvestres de trigo puede compensar esta falta de diversidad genética. Sin embargo, en la práctica, el cruzamiento es un proceso que consume muchos recursos y mucho tiempo, ya que el tiempo de generación del trigo es de 4 a 5 meses. El mejoramiento genético rápido, que reduce a la mitad el tiempo de generación del trigo en condiciones de crecimiento artificial [8], podría permitir una incorporación mucho más rápida de genes de resistencia de fuentes exóticas o silvestres. Sin embargo, las limitaciones persisten, incluida la incompatibilidad sexual y la aparición de efectos pleiotrópicos (negativos) inesperados, esto último resultado de la co-introducción de genes relacionados y nocivos del progenitor donante. De hecho, el potencial de muchos genes de resistencia de fuentes silvestres está desaprovechado debido a la carga de efectos negativos colaterales. Lo que es más importante, cuando los genes de resistencia individuales se despliegan y expresan en un punto crítico de la enfermedad, a menudo se ven superados rápidamente por las cepas del patógeno que rompen la resistencia, lo que disuade a muchos fitomejoradores de emprender esta estrategia. Como resultado, el tesoro genético para la resistencia a enfermedades en parientes silvestres del trigo sigue siendo un recurso subutilizado en gran parte del mejoramiento genético del trigo.
[Recomendado: Francisco Barro, el español detrás del trigo modificado genéticamente bajo en gluten apto para celiacos | El nuevo trigo transgénico sin gluten (apto para pacientes celíacos) es seguro para la salud]Si se clonaran múltiples genes de resistencia a enfermedades de parientes silvestres de trigo, estos podrían introducirse como un «cassette multigenético» mediante transformación en el genoma del trigo para proporcionar resistencia multicapa de amplio espectro que podría retrasar la evolución de cepas de patógenos que rompan la resistencia [9]. Tal cassette o apilamiento GM tendría el beneficio adicional de no tener arrastre de efectos negativos. Además, a diferencia de la composición genética natural, en la que los genes individuales pueden diseminarse por el genoma, un casete aseguraría que los genes insertos permanezcan juntos en un programa de mejoramiento, eliminando así el riesgo de que los genes individuales se separen del apilamiento y sean superados por el patógeno, lo que causa el debilitamiento gradual de la pila y la ruptura final de la resistencia a la enfermedad.
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Sin embargo, la clonación de genes de resistencia a la enfermedad a partir de trigos silvestres presenta varios desafíos, incluida la naturaleza compleja y poligénica de la resistencia a enfermedades duraderas y las morfologías de semillas y crecimiento que son incompatibles con el cultivo mecanizado existente. Estos problemas conspiran para limitar el alcance de las tecnologías tradicionales de clonación de genes, que requieren un gen de resistencia a la enfermedad para ser genéticamente aislado en un contexto que por lo demás es susceptible, seguido de la generación y selección de grandes poblaciones producidas en laboratorio [10]. Sin embargo, la genética de poblaciones combinada con la secuenciación de próxima generación está llegando ahora a un punto de inflexión en el que puede desconvolucionar (o revertir) la compleja relación entre la estructura genética y los fenotipos en una población natural para identificar rápidamente variantes de genes causales [11]. Por lo tanto, al secuenciar selectivamente el repertorio de receptores inmunitarios (que detectan moléculas expresadas por patógenos) y correlacionar estos genotipos con susceptibilidad a enfermedades en una población de trigos silvestres, parece posible descubrir e identificar rápidamente (clonar) los genes subyacentes de resistencia a enfermedades [12] (ver la figura 1 arriba). Estas y otras tecnologías probablemente alimentarán un crecimiento exponencial de genes de resistencia a enfermedades clonados. Además, las tecnologías de transformación de cereales han mejorado hasta el punto de que la inserción de grandes apilamientos directamente en cultivares de élite no debería proporcionar una barrera técnica [13].
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Una pila de genes de resistencia al brusone del trigo tendría una excelente oportunidad de detener la propagación del patógeno en el sudeste asiático debido al cuello de botella genético extremo en el patógeno impuesto por su única incursión desde América del Sur. Debido a que es probable que el patógeno se haya importado a través de granos contaminados, la clave del éxito será garantizar que no haya más incursiones que conduzcan a una mayor diversidad genética en la población de patógenos. Sin embargo, debido a que los patógenos que causan el tizón del trigo y el arroz son genéticamente similares y se sabe que ocurren en otros cereales hospedadores [13], existe el riesgo de que puedan recombinarse y dar lugar a formas virulentas que infecten tanto al arroz como al trigo, creando un ciclo de enfermedad continuo, o «puente verde», en el sistema de cultivo de rotación arroz-trigo (mediante el cual se rotan estos dos cultivos en el mismo año) que se practica en gran parte de Bangladesh, el norte de la India y el sur de China. Por lo tanto, es importante que la proliferación adicional del patógeno en la región se frene lo más pronto posible mediante la introducción de variedades de trigo resistentes.
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- Fuente y referencias: http://science.sciencemag.org/content/361/6401/451