La herramienta de edición genética conocida como CRISPR ha transformado muchas áreas de la biología, pero el uso de esta herramienta para mejorar ciertas variedades de cultivos como el trigo y el maíz sigue siendo difícil debido a las duras paredes celulares de las plantas. Ahora, una importante empresa agrícola ha resuelto creativamente ese problema utilizando polen de una planta modificada genéticamente para transportar los componentes de CRISPR a las células de otra planta. Los científicos dicen que la solución promete acelerar el desarrollo de cultivos mejores y más versátiles.
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En sus experimentos iniciales, la compañía ha editado variedades de maíz para que tengan más granos o sean más pesados, lo que podría aumentar su rendimiento. «¡Agradable!», Dice Daniel Voytas, biólogo de plantas de la Universidad de Minnesota en St. Paul, quien ayudó a inventar un editor del genoma diferente y cofundó otra compañía para explotarlo. «Es emocionante que un número cada vez mayor de grupos de investigación, tanto en el mundo académico como en la industria, estén pensando en nuevas formas de ofrecer [componentes] de edición de genes y recuperar plantas editadas de manera eficiente».
CRISPR consiste en tijeras enzimáticas llamadas Cas9 que es guiada por una hebra de ARN a un lugar exacto del genoma. Debido a que las células vegetales tienen una pared extra rígida en comparación con las células animales, es más difícil para Cas9y el ARN guía (ARNg) alcanzar sus genomas y realizar modificaciones. Así que los investigadores han tenido que unir esos genes CRISPR en una bacteria que puede romper la pared celular de la planta o ponerlos en partículas de oro y dispararlos con lo que se conoce como una pistola de genes. No solo es poco elegante, sino que tampoco funciona en muchas especies de plantas, incluidas importantes variedades de cultivos.
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Un equipo de investigadores liderado por los biólogos de plantas Timothy Kelliher y Qiudeng Que de Syngenta en Durham, Carolina del Norte, resolvieron este problema aprovechando un extraño fenómeno conocido como inducción haploide, que permite al polen fertilizar plantas sin transferir permanentemente el material genético «masculino» a la descendencia. Las plantas recién creadas solo tienen un conjunto femenino de cromosomas, lo que las hace haploides (solo un conjunto de cromosomas, en este caso proveniente de la línea materna femenina) en lugar del diploide tradicional (dos juegos de cromosomas, de ambos padres). La inducción haploide por sí sola puede conducir a una mayor eficiencia de reproducción y plantas de mayor rendimiento.
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Syngenta inicialmente se aprovechó de una línea de maíz que se puede transformar con CRISPR con relativa facilidad usando la tecnología de bacterias o pistolas genéticas, y que tiene una versión mutilada de un gen, MATRILINEAL, que hace que su polen sea capaz de desencadenar la inducción de haploides. Los investigadores transformaron esta línea de maíz con una combinación de gRNA/Cas9 programada para identificar genes relacionados con diferentes características deseables en la planta. El polen de estas plantas transformadas podría luego diseminar el gRNA y la maquinaria de edición Cas9 a otras variedades de maíz que habían sido resistentes a la edición directa con CRISPR.
«La innovación clave es utilizar el polen inductor haploide como una especie de caballo de Troya», dice Kelliher, cuyo equipo liderado por Syngenta describe el sistema en Nature Biotechnology. También hay algunas pruebas, dicen, de que el polen de maíz que lleva el sistema CRISPR puede editar el ADN del trigo. Los investigadores idearon además un segundo sistema CRISPR para Arabidopsis, un género de plantas relacionadas con la col, el brócoli, la col rizada y la coliflor.
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«Es un trabajo brillante», dice la bióloga de plantas Luca Comai en la Universidad de California, Davis. «Es imaginativo al combinar dos tecnologías: inducción haploide y edición del genoma». (Comai señala que su laboratorio ha recibido pequeñas cantidades de fondos de Syngenta).
Esta edición de inducción haploide (edición IH), como Syngenta llama al método de polen-CRISPR, se ha realizado hasta ahora en laboratorios. Pero los científicos dicen que si se hiciera en el campo, los cambios no se extenderían porque el genoma masculino en el polen, que lleva el aparato CRISPR, desaparece poco después de la fertilización. «La maquinaria CRISPR se pierde, es una entrega transitoria», dice Que. Y debido a que el método no implica colocar los genes CRISPR en el ADN de los cultivos resultantes, es probable que no califiquen como genéticamente modificados según las regulaciones actuales de los EE. UU., Lo que facilita la obtención de la aprobación regulatoria para la venta de los cultivos.
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La investigadora de plantas Gao Caixia en la Academia de Ciencias de China en Beijing dice que la edición-IH será especialmente útil en variedades comerciales de maíz de alto rendimiento conocidas como elites. «El maíz es tan importante», dice Gao. “Todas las compañías están trabajando en ello, y cada año hay tantas variedades nuevas. E insertar CRISPR a una nueva variedad no es un trabajo fácil «.
Gao señala que hay otras formas de mejorar el éxito de CRISPR en plantas resistentes, incluida una tecnología descrita hace dos años por los investigadores de DuPont Pioneer que sobreexpresa dos genes que afectan el desarrollo temprano del embrión. «Así que [la edición-IH] no es la única solución, pero es una inteligente», dice Gao.