Un equipo internacional ha logrado propagar una cepa comercial de arroz híbrido como clon a través de semillas con una eficacia del 95%. Esto podría reducir el coste de las semillas de arroz híbrido y poner a disposición de los agricultores de bajos ingresos de todo el mundo variedades de arroz de alto rendimiento y resistentes a las enfermedades. El trabajo se publicó en Nature Communications.
UC Davis / 10 de enero, 2023.- Los híbridos de primera generación de plantas de cultivo suelen mostrar un rendimiento superior al de sus variedades parentales, un fenómeno denominado vigor híbrido. Pero esto no persiste si los híbridos se cruzan en una segunda generación. Así que cuando los agricultores quieren utilizar variedades de plantas híbridas de alto rendimiento, necesitan comprar nuevas semillas cada temporada.
El arroz, el cultivo básico de la mitad de la población mundial, es relativamente costoso de obtener como híbrido para una mejora del rendimiento de alrededor del 10%. Esto significa que los beneficios de los híbridos de arroz aún no han llegado a muchos de los agricultores del mundo, dijo Gurdev Khush, profesor adjunto emérito del Departamento de Ciencias Vegetales de la Universidad de California, Davis. Trabajando en el Instituto Internacional de Investigación sobre el Arroz desde 1967 hasta su jubilación en la UC Davis en 2002, Khush dirigió los esfuerzos para crear nuevas variedades de arroz de alto rendimiento, labor por la que recibió el Premio Mundial de la Alimentación en 1996.
Una solución consistiría en propagar híbridos como clones que se mantuvieran idénticos de generación en generación sin necesidad de nuevos cultivos. Muchas plantas silvestres pueden producir semillas que son clones de sí mismas, un proceso llamado apomixis.
«Una vez que se tiene el híbrido, si se puede inducir la apomixis, se puede plantar todos los años», explica Khush.
Sin embargo, transferir la apomixis a una planta de cultivo importante ha resultado difícil de conseguir.
Un paso hacia las semillas híbridas clonadas
En 2019, un equipo dirigido por el profesor Venkatesan Sundaresan y el profesor asistente Imtiyaz Khanday en los Departamentos de Biología Vegetal y Ciencias Vegetales de UC Davis logró la apomixis en plantas de arroz, con alrededor del 30% de semillas clonadas.
[Recomendado: Revolucionario: Con edición genética desarrollan arroz híbrido que puede clonar sus semillas]
Sundaresan, Khanday y sus colegas de Francia, Alemania y Ghana han logrado ahora una eficiencia clonal del 95%, utilizando una cepa comercial de arroz híbrido, y han demostrado que el proceso podría mantenerse durante al menos tres generaciones.
El proceso de un solo paso consiste en editar con CRISPR/Cas9 tres genes llamados MiMe que hacen que la planta pase de la meioisis, el proceso que utilizan las plantas para formar óvulos, a la mitosis, en la que una célula se divide en dos copias de sí misma. Otra modificación genética induce la apomixis. El resultado es una semilla que puede convertirse en una planta genéticamente idéntica a su progenitora.
El método permitiría a las empresas de semillas producir semillas híbridas más rápidamente y a mayor escala, además de proporcionar semillas que los agricultores podrían guardar y replantar de una temporada a otra, dijo Khush.
«La apomixis en plantas de cultivo ha sido objeto de investigación en todo el mundo durante más de 30 años, porque puede hacer que la producción de semillas híbridas sea accesible a todo el mundo», dijo Sundaresan. «El consiguiente aumento del rendimiento puede ayudar a satisfacer las necesidades mundiales de una población en aumento sin tener que incrementar el uso de la tierra, el agua y los fertilizantes hasta niveles insostenibles».
Según Sundaresan, los resultados podrían aplicarse a otros cultivos alimentarios. En concreto, el arroz es un modelo genético para otros cultivos de cereales, como el maíz y el trigo, que juntos constituyen los principales alimentos básicos del mundo.
Khush recordó que en 1994 organizó una conferencia sobre la apomixis en el cultivo del arroz. Cuando regresó a UC Davis en 2002, entregó una copia de las actas de la conferencia a Sundaresan.
«Ha sido un proyecto largo», dijo.
Otros coautores del artículo son: Aurore Vernet, Donaldo Meynard, Delphine Meulet, Olivier Gibert, Ronan Rivallan, Anne Cecilé Meunier, Julien Frouin, James Tallebois, Daphné Autran, Olivier Leblanc y Emmanuel Guiderdoni, CIRAD y Universidad de Montpellier, Francia; Qichao Lian y Raphael Mercier, Max Planck Institute for Plant Breeding Research, Colonia, Alemania; Matilda Bissah, CSIR Plant Genetics Resources Research Institute, Ghana; y Kyle Shankle, UC Davis. Khush no es autor del nuevo artículo.
El trabajo ha sido financiado en parte por el Innovative Genomics Institute y el Fondo Francia-Berkeley.