Gracias a la tecnología CRISPR, investigadores israelíes logran cultivar tomates que consumen menos agua sin comprometer su rendimiento, calidad ni sabor. La edición sobre una proteína que controla el cierre de los estomas ante situación de sequía (y evitar pérdida de agua por evaporación), permitió que estos solo cerrarán en las horas de mayor calor, pero se abrieran durante la mañana y en la tarde. Esto permitió el ingreso suficiente de CO2 para que la planta logrará niveles normales de producción de azúcares fotosintéticos.
Universidad de Tel-Aviv / 30 de junio, 2024.- Un nuevo descubrimiento de la Universidad de Tel Aviv (Israel) ha tenido éxito en cultivar y caracterizar variedades de tomate con una mayor eficiencia en el uso del agua. Los investigadores, utilizando la tecnología de edición genética con CRISPR, lograron cultivar tomates que consumen menos agua mientras preservan el rendimiento, la calidad y el sabor.
La investigación se llevó a cabo en los laboratorios del Prof. Shaul Yalovsky y el Dr. Nir Sade, y fue liderada por un equipo de investigadores de la Escuela de Ciencias de las Plantas y Seguridad Alimentaria de la Facultad Wise de Ciencias de la Vida de la Universidad de Tel Aviv. El equipo incluyó al Dr. Mallikarjuna Rao Puli, un ex becario postdoctoral supervisado por el Prof. Yalovsky, y a Purity Muchoki, una estudiante de doctorado supervisada conjuntamente por el Prof. Yalovsky y el Dr. Sade. Estudiantes adicionales y becarios postdoctorales de la Escuela de Ciencias de las Plantas y Seguridad Alimentaria de la TAU, junto con investigadores de la Universidad Ben Gurion y la Universidad de Oregón, también contribuyeron a la investigación. Los hallazgos del estudio fueron publicados en la revista académica PNAS.
Los investigadores explican que, debido al calentamiento global y a la disminución de los recursos de agua dulce, hay una creciente demanda de cultivos agrícolas que consuman menos agua sin comprometer el rendimiento. Naturalmente, al mismo tiempo, debido a que los cultivos agrícolas dependen del agua para crecer y desarrollarse, es particularmente desafiante identificar variedades de plantas adecuadas.
En un proceso llamado transpiración, las plantas evaporan agua desde sus hojas. Concurrentemente, el dióxido de carbono ingresa a las hojas y se asimila en azúcar mediante la fotosíntesis, que también ocurre en las hojas. Estos dos procesos, transpiración y captación de dióxido de carbono, ocurren simultáneamente a través de aberturas especiales en la superficie de las hojas llamadas estomas. Los estomas pueden abrirse y cerrarse, sirviendo como un mecanismo a través del cual las plantas regulan su estado de agua.
Los investigadores resaltan que bajo condiciones de sequía, las plantas responden cerrando sus estomas, reduciendo así la pérdida de agua por transpiración. El problema es que debido al acoplamiento inextricable entre la transpiración del agua y la captación de dióxido de carbono, el cierre de los estomas conduce a una reducción en la captación de dióxido de carbono por parte de la planta. Esta disminución en la captación de dióxido de carbono lleva a una disminución en la producción de azúcar por fotosíntesis. Dado que las plantas dependen del azúcar generado en la fotosíntesis como fuente de energía vital, una reducción en este proceso afecta adversamente el crecimiento y rendimiento de la planta.
En plantas de cultivo, la disminución en la producción de azúcar fotosintética se manifiesta como una disminución tanto en la cantidad como en la calidad de la cosecha. En los tomates, por ejemplo, el daño al cultivo se refleja en una disminución en el número de frutas, su peso y la cantidad de azúcar en cada fruta. Las frutas con menor contenido de azúcar son menos sabrosas y menos nutritivas.
En el presente estudio, los investigadores indujeron una modificación en el tomate mediante la edición genética utilizando el método CRISPR, apuntando a un gen conocido como ROP9. Las proteínas ROP funcionan como interruptores, alternando entre un estado activo o inactivo.
Prof. Yalovsky: «Descubrimos que eliminar ROP9 mediante la tecnología CRISPR provoca un cierre parcial de los estomas. Este efecto es particularmente pronunciado durante el mediodía, cuando la tasa de pérdida de agua de las plantas en el proceso de transpiración está en su punto más alto. Contrariamente, en la mañana y la tarde, cuando la tasa de transpiración es más baja, no hubo una diferencia significativa en la tasa de pérdida de agua entre las plantas de control y las plantas modificadas con ROP9. Debido a que los estomas permanecieron abiertos por la mañana y la tarde, las plantas pudieron captar suficiente dióxido de carbono, evitando cualquier disminución en la producción de azúcar por fotosíntesis incluso durante las horas de la tarde, cuando los estomas estaban más cerrados en las plantas modificadas con ROP9.«
Para evaluar el impacto del ROP9 afectado en el cultivo, los investigadores llevaron a cabo un extenso experimento de campo con cientos de plantas. Los resultados revelaron que aunque las plantas editadas en ROP9 pierden menos agua durante el proceso de transpiración, no hay efectos adversos en la fotosíntesis, la cantidad de cultivo o la calidad (la cantidad de azúcar en las frutas). Además, el estudio identificó un mecanismo nuevo e inesperado para regular la apertura y el cierre de los estomas, relacionado con el nivel de sustancias oxidantes, conocidas como especies reactivas de oxígeno, en los estomas. Este descubrimiento tiene implicaciones significativas incluso para el conocimiento científico básico.
Dr. Sade: «Hay una gran similitud entre el ROP9 en los tomates y las proteínas ROP que se encuentran en otros cultivos como pimentones, berenjenas y el trigo. Por lo tanto, los descubrimientos detallados en nuestro estudio podrían sentar las bases para el desarrollo de plantas adicionales con una mayor eficiencia en el uso del agua y para una comprensión más profunda de los mecanismos detrás de la apertura y el cierre de los estomas.»