Científicos de la Universidad de Texas A&M está colaborando con otras entidades públicas en un nuevo enfoque para mejorar y acelerar los cultivos de frutas y verduras. Para esto combinan un nuevo sistema de edición con CRISPR y propagación de cultivos en laboratorio, y los primeros trabajos se enfocan en reducir el contenido de alérgenos en zanahorias, promover la resistencia a herbicidas y enfermedades en las papas y la resistencia a enfermedades en los cítricos.
Texas A&M / 13 de septiembre, 2021.- Los cultivos alimentarios de alto valor que enfrentan varios impedimentos en el cultivo de nuevas variedades están recibiendo atención de una colaboración de investigadores que utilizan la tecnología de edición de genes CRISPR-Combo.
Si bien la tecnología de edición de genes ha potenciado el mejoramiento y la adaptación de los cultivos, el proceso de volver a cultivar una planta a partir de células editadas es costoso, prolongado e impredecible. Además, este proceso, denominado como regeneración, es difícil de lograr con los métodos existentes para muchos cultivos populares.
El programa AgriLife de la Universidad de Texas A&M estará entre los que participan en una subvención de la Fundación para la Investigación Agrícola y Alimentaria (FFAR) de US$664,000 para desarrollar una tecnología que pueda editar los genes de un cultivo y acelerar la regeneración del mismo.
La subvención, otorgada principalmente a la Universidad de Maryland (UMD) a través de la Colaboración Cultivos del Futuro de FFAR, también incluye a Texas A&M AgriLife y al Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA). Los fondos igualados elevan la inversión total del proyecto a US$739,000.
Esta subvención fue otorgada como parte del programa de Mejoramiento Acelerado de Cultivos, diseñado para acelerar el desarrollo de diversas especies de cultivos adecuados para la agricultura sostenible y la mejora de la nutrición humana.
Los investigadores están desarrollando un sistema CRISPR-Combo que utilizará la tecnología de edición de genes CRISPR para poner en marcha el proceso de regeneración. El equipo está dirigido por Yiping Qi en UMD; Kranthi Mandadi, científico investigador de Texas A&M AgriLife y profesor asociado en el Departamento de Patología Vegetal y Microbiología de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de la Universidad de Texas A&M; y Randall Niedz, genetista investigador del USDA en Fort Pierce, Florida,
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Mejora de cultivos mediante la edición del genoma
Inicialmente, los investigadores se están enfocando en introducir rasgos que reduzcan el contenido de alérgenos en las zanahorias, promuevan la resistencia a herbicidas y enfermedades en las papas y promuevan la resistencia a enfermedades en los cítricos.
“En comparación con el mejoramiento convencional, las tecnologías de edición del genoma pueden acelerar el mejoramiento de cultivos con alta precisión, menos tiempo y costo”, dijo Qi. “Este proyecto tiene como objetivo hacer que la edición del genoma en los cultivos sea más eficiente y exitoso, lo que se traducirá en una mejor producción de cultivos y una mejor nutrición en los productos que comemos con insumos sostenibles. Esto puede ayudar a mantener una población mundial en crecimiento».
Qi y Mandadi han sido galardonados con anterioridad con el Premio FFAR al Nuevo Innovador en Investigación Agrícola y Alimentaria, que brinda a los científicos que inician su carrera la inversión necesaria para impulsarlos hacia carreras de investigación exitosas.
«Estamos encantados de unir fuerzas con la UMD y el USDA y desarrollar tecnologías innovadoras basadas en CRISPR para mejorar los cultivos de hortalizas y frutas de relevancia para la agricultura de Texas y Estados Unidos», dijo Mandadi, quien trabaja en el Centro de Investigación y Extensión Texas A&M AgriLife en Weslaco.
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Edición de genes y regeneración de cultivos
“Las limitaciones de los métodos de regeneración actuales están frenando el desarrollo de características agronómicas y nutricionales mejoradas”, dijo Jeff Rosichan, director de la Colaborativa Cultivos del Futuro. “Los avances en la edición de genes se ven limitados si no conducen a cultivos viables y asequibles. La aplicación de tecnología probada de edición de genes al problema de los cuellos de botella en la regeneración de cultivos permitirá producir cultivos con una mejor nutrición y beneficios agronómicos».
Actualmente, solo una pequeña cantidad de especies de plantas responden bien a las técnicas de regeneración que implican el cultivo de células, es decir, el crecimiento de células fuera de la planta en un entorno adecuado, aunque los investigadores no tienen claras las razones de esto. Incluso entre los cultivos que se regeneran, el proceso presenta riesgos.
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La regeneración también lleva mucho tiempo, lo que obliga a los investigadores a predecir qué cultivos y características tendrán demanda con años de anticipación. Y a menudo hay múltiples cambios no deseados e impredecibles en los genomas que ocurren durante el proceso.
El proceso CRISPR inyecta ARN en las células para editar genes y promover los rasgos deseados en los cultivos. Con el sistema CRISPR-Combo, el ARN del sistema de edición de genes se combinará con el ARN que activa los genes que controlan el crecimiento. Esto acelerará la etapa de cultivo celular al hacer que las células sean más susceptibles a la regeneración.
Aprovechando la investigación actual de Texas A&M AgriLife
Con sus colegas, Mandadi ha estado trabajando en el desarrollo de nuevas tecnologías biológicas para combatir patógenos de vectores de insectos fastidiosos o «no cultivables» utilizando las llamadas «raíces peludas» de las plantas. Los resultados de su trabajo reciente se han publicado en Nature Communications.
Mandadi y su equipo también han demostrado la utilidad de usar “raíces peludas” para evaluar soluciones basadas en CRISPR. En este nuevo proyecto, su equipo combinará la tecnología de raíz peluda con el enfoque CRISPR-Combo para acelerar la detección y el desarrollo de variedades de papa y cítricos editadas con genoma resistentes a enfermedades transmitidas por insectos como la mancha rayada de la papa (zebra ship) y el enverdecimiento de los cítricos, respectivamente.
“Texas A&M AgriLife tiene el honor de recibir otra subvención de FFAR”, dijo Henry Fadamiro, director científico y director asociado de AgriLife Research. “Estos reflejan la creciente reputación de Texas A&M AgriLife en investigación e innovación de vanguardia y también son la razón por la que continuamos con nuestros programas internos de subvenciones de semillas centrados en enfermedades transmitidas por vectores.
Fadamiro dijo que la subvención inicial de Mandadi para 2019 es un excelente ejemplo de esa investigación de vanguardia.
“Esos fondos semilla le permitieron poner a prueba la investigación que finalmente condujo a este proyecto de colaboración con la Universidad de Maryland y el USDA-ARS y asegurar fondos adicionales de FFAR”, dijo Fadamiro.