El mejoramiento genético vegetal puede ayudar a generar nuevos rasgos beneficiosos, pero los árboles tienen un ciclo reproductivo frustrantemente largo, partiendo por el hecho de que el término de su etapa juvenil para iniciar la primera floración demora muchos años. Ahora, científicos de la Universidad de Georgia han utilizado edición genética con CRISPR para conseguir que los álamos florezcan en cuestión de meses en lugar de una década.
Universidad de Georgia / 15 de diciembre, 2023.- Cuando los científicos quieren mejorar una variedad de verdura, pueden tardar un año o menos en ver los cambios: sólo la duración de un ciclo reproductivo. Pero la mejora genética de los árboles puede tardar años, a veces décadas, antes de que se aprecien los cambios.
Ahora, un proceso desarrollado por investigadores de la Universidad de Georgia (UGA), Estados Unidos, puede reducir ese tiempo a apenas una fracción.
Utilizando la herramienta de edición genética CRISPR, C.J. Tsai, de la Facultad de Silvicultura y Recursos Naturales Warnell de la UGA y de la Facultad de Artes y Ciencias Franklin, ha desarrollado un método que acorta el tiempo que tarda un álamo en florecer, de unos siete a diez años a sólo unos meses. Al reducir este plazo, puede acelerar la mejora genética de los árboles para obtener rasgos mejorados, como la tolerancia al frío o a la sequía.
Los resultados se han publicado recientemente en New Phytologist. El trabajo también arroja luz sobre el modo en que los árboles desarrollan los órganos reproductores y abre las puertas a nuevas investigaciones.
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«Los métodos anteriores para inducir flores tempranas en álamos eran poco consistentes y laboriosos. Se trata de un gran obstáculo para la investigación», afirma Tsai, catedrático Winfred N. «Hank» Haynes y eminente académico de la Georgia Research Alliance. «Pero utilizando CRISPR para editar un gen represor de la floración, somos capaces de comprimir el tiempo de floración de más de siete años a tres o cuatro meses, y el periodo de desarrollo de los órganos florales, que dura un año, a unos pocos días«.
Ran Zhou, investigador postdoctoral asociado a Tsai, ha trabajado anteriormente en la determinación del sexo en sauces y álamos. Gracias a sus conocimientos, el equipo decidió editar con CRISPR un gen de cambio de sexo específico de la hembra en un álamo hembra. Esto es factible, razonaron, con el sistema de floración temprana para eludir el largo ciclo reproductivo de los árboles. Al cabo de unos meses, Tsai y su equipo observaron nuevas flores masculinas, lo que indicaba que el cambio de sexo había tenido éxito.
El método podría cambiar las reglas del juego en el mundo de la investigación arbórea, donde los proyectos pueden llevar décadas en comparación con la investigación sobre cultivos alimentarios. Al acortar el tiempo que tarda un árbol en florecer, los investigadores pueden realizar cruces controlados y evaluar más rápidamente los rasgos de interés. Por ejemplo, los rasgos que ayudan a los árboles a tolerar mejor la sequía o las temperaturas extremas podrían probarse en menos tiempo.
En el experimento se utilizaron álamos, explica Tsai, por su potencial como cultivos leñosos bioenergéticos y porque su ADN ha sido completamente cartografiado por el Departamento de Energía. Normalmente pasan años antes de que se pueda observar el sexo de un álamo.
«El sistema de floración rápida es fundamental y oportuno para permitir la reproducción de ciclo rápido y la selección genómica de ciclo rápido en especies leñosas perennes como materia prima», afirma Tsai.
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Tsai y su equipo también observaron una ventaja en el proceso de desarrollo de las flores: las hembras de álamo tienen un potencial de desarrollo para la trimonoquia, es decir, la capacidad de tener flores masculinas y femeninas en la misma planta. Normalmente, los álamos son árboles masculinos y femeninos por separado. Pero con su floración acelerada, María Ortega, investigadora asociada sénior del Laboratorio de Genómica Funcional Forestal de Tsai, observó un desarrollo inusual de flores masculinas o flores masculinas y femeninas completas en los álamos hembra que estudió el equipo.
El proyecto CRISPR reveló otro giro sorprendente mientras los investigadores observaban el crecimiento de los álamos en flor: una edición genética adicional resultó prometedora para reducir los apéndices algodonosos que utilizan las plantas para esparcir sus semillas cada primavera.
Estos apéndices blancos y plumosos pueden ser una molestia cuando caen, o una pesadilla para los alérgicos. Al bloquear el gen específico de la determinación y la floración, el equipo de Tsai descubrió que los apéndices algodonosos eran casi inexistentes.
Aunque el proceso requiere más estudio, podría suponer un cambio positivo para los alérgicos en el futuro. «Esto proporciona una base molecular para desarrollar semillas sin pelo, lo que podría reducir la propagación de alérgenos en zonas urbanas o en bosques en funcionamiento«, añadió.
El cambio en los pelos de las semillas no sólo ayudó a confirmar el proceso, sino que creó nuevas oportunidades para explorar cómo maduran y se reproducen los árboles. Tsai dice estar entusiasmada con las nuevas posibilidades.
«Este trabajo ha abierto muchas nuevas oportunidades de investigación sobre rasgos reproductivos básicos», afirmó. «Y el menor plazo de tiempo puede dar a los estudiantes más oportunidades para sus propios proyectos de investigación, en lugar de empezar algo que tarda años o una década en producir resultados».
Junto con Tsai, son coautores del artículo Zhou, la técnica de investigación de laboratorio Margot Chen, el investigador postdoctoral Patrick Bewg y la investigadora asociada senior Bindu Simon. Ortega fue el autor principal del estudio.