Los científicos del Laboratorio Cold Spring Harbor crearon una colección de más de 40 variedades de tomate con mutaciones naturales y diseñadas (con CRISPR) que afectaron el tamaño de la fruta. Las cepas se cultivaron durante varios años y en varias ubicaciones geográficas, incluidas Florida y Cold Spring Harbor, Nueva York.
Un genetista de plantas y un biólogo computacional se unieron para descifrar la imprevisibilidad de las mutaciones naturales y genéticas en los tomates. Descubrieron que algunas combinaciones de mutaciones se comportan como se esperaba, mientras que otras son más erráticas. Su trabajo puede ayudar a los científicos a encontrar cierto orden en el caos de la evolución y la edición del genoma.
Cold Spring Harbor Laboratory / 19 de octubre, 2023.- Durante decenas de miles de años, la evolución dio forma a los tomates mediante mutaciones naturales. Luego llegaron los humanos. Durante siglos, hemos cultivado y seleccionado tomates con nuestras características preferidas. Hoy en día, la edición del genoma con CRISPR nos permite realizar nuevas mutaciones de cultivos que mejoran aún más sus rasgos agrícolas. Sin embargo, las mutaciones individuales, ya sean naturales o diseñadas, no funcionan solas. Cada uno opera en un mar de miles de las llamadas mutaciones “de fondo”. Estos cambios han sido sembrados por la evolución y la historia agrícola. ¿Y si sólo uno pudiera alterar drásticamente el resultado deseado de una mutación diseñada?
Ahora, un genetista de plantas y un científico computacional del Laboratorio Cold Spring Harbor (CSHL) se han unido para explorar cuán predecible es realmente el fitomejoramiento con mutaciones naturales y CRISPR. Para ello, hicieron retroceder el reloj evolutivo.
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El profesor del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) e investigador del HHMI, Zachary Lippman, y el profesor asociado David McCandlish se preguntaron si diferentes mutaciones naturales y genéticas podrían tener efectos similares en el tamaño del tomate dependiendo de la presencia de otras dos mutaciones genéticas. Utilizando CRISPR, crearon una serie de mutaciones en el gen SlCLV3. (Se sabe que la mutación natural de este gen aumenta el tamaño del fruto). Luego combinaron esas mutaciones con otras en genes que funcionan con SlCLV3.
En total, crearon 46 cepas de tomate con diferentes combinaciones de mutaciones. Descubrieron que las mutaciones SlCLV3 producían efectos más predecibles cuando también estaban presentes otras mutaciones. Las mutaciones en un gen produjeron cambios predecibles en el tamaño del tomate, pero las mutaciones en otro produjeron resultados aleatorios. Sorprendentemente, el efecto más beneficioso implicó dos mutaciones que surgieron hace milenios y fueron fundamentales en la domesticación del tomate.
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Una nueva investigación realizada por McCandlish y Lippman puede ayudarnos a comprender mejor la previsibilidad genética. Pero una cosa es segura. El contexto importa a la hora de introducir nuevas mutaciones en cultivos. Lippman explica:
“¿Es la edición del genoma una forma de generar rápidamente beneficios para el consumidor: mejor sabor y nutrición? La respuesta es probablemente sí. La pregunta es qué tan predecible será”.
El trabajo de Lippman y McCandlish sugiere que el papel de las mutaciones de fondo exige una reevaluación. «El campo tendrá que lidiar con esto a medida que comencemos a crear más organismos altamente modificados», dice McCandlish. «Una vez que comienzas a realizar 10 o 20 mutaciones, la probabilidad de tener resultados inesperados puede aumentar».
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El libro de la evolución ha sido escrito en diferentes idiomas, muchos de los cuales todavía estamos aprendiendo. La genética vegetal y la biología computacional ofrecen dos formas de descifrar el texto. Lippman y McCandlish esperan que su interpretación colaborativa ayude a la ciencia a afrontar el desafío. De cara al futuro, también puede ayudar a la humanidad a adaptar los cultivos para satisfacer las necesidades en constante evolución de la sociedad.