Una investigación prometedora de la Universidad de Guelph (Canadá) que combina enfoques de edición del genoma y transgenia, mostró un aumento del rendimiento de un 250% en plantas experimentales parientes de la canola. Al replicar el protocolo en canola, el número de silicuas (vainas de semillas) aumentó de 200 a 300, el número de tallos aumentó de 5 a 10 y se observó un aumento promedio del 50% en el peso de las semillas. Considerando todos los factores, se obtuvo un aumento general del rendimiento de hasta un 50%. Además, las líneas resultantes mostraron mayor tolerancia a la sequía.
SeedWorld / 21 de diciembre, 2023.- La canola del futuro podría experimentar grandes aumentos de rendimiento gracias al trabajo innovador de la Universidad de Guelph (U of G). Inicialmente, Michael Emes e Ian Tetlow, bioquímicos y profesores del Departamento de Biología Molecular y Celular de Guelph, transfirieron una enzima del maíz (que ramifica el almidón) a la planta modelo Arabidopsis para ver si la planta podía formar almidón en sus hojas.
«Lo hicimos principalmente para probar algunas hipótesis que teníamos sobre la forma en que se produce el almidón», dice Emes. «El almidón en sí mismo es un producto importante».
Reemplazaron los códigos genéticos por enzimas que determinan el grado de ramificación y la longitud de la cadena de los almidones.
Cuando esas plantas crecieron, los científicos observaron resultados sorprendentes en comparación con las líneas parentalea inalteradas. Emes explica que las plantas tenían el doble de tamaño, producían cuatro veces más silicuas (vainas de semillas) y tuvieron un aumento general del rendimiento de aproximadamente un 250 %. Las plantas modificadas exhibieron un aumento notable tanto en la producción de flores como en el número de semillas. Mientras que una planta de Arabidopsis estándar suele producir alrededor de 11.000 semillas, aquellas que fueron modificadas genéticamente para contener la enzima del maíz superaron significativamente esta cifra, produciendo más de 50.000 semillas.
Es importante destacar que el perfil del aceite no cambió durante este proceso.
Arabidopsis no es un cultivo, sino una planta modelo genéticamente muy similar a la canola. Si bien los genes son prácticamente idénticos, la canola es una planta más compleja que la Arabidopsis. Los investigadores dicen que replicar los resultados del estudio en canola podría beneficiar enormemente a la agricultura. Con financiación de Genome Canada y el Canola Council of Canada, comenzaron el proceso.
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Emes y Tetlow pidieron a Liping Wang, investigadora asociada de la Universidad de Guelph, que aportara sus conocimientos de genética molecular de alto nivel al proyecto.
Inicialmente, los científicos identificaron dos genes en Arabidopsis para eliminar, pero luego se dieron cuenta de que en su cultivo de canola específico, necesitaban eliminar seis genes. Wang utilizó una combinación de CRISPR para eliminar esos genes y técnicas transgénicas tradicionales para insertar los genes del maíz.
Vieron una mejora significativa en la línea transgénica en comparación con la línea control no modificada cuando se cultivó la canola. El número de silicuas aumentó de 200 a 300, el número de tallos aumentó de cinco a 10 y observaron un aumento promedio del 50% en el peso de las semillas. Considerando todos los factores, vieron un aumento general del rendimiento de hasta un 50%.
Otra observación interesante tanto en Arabidopsis como en canola fue que los tallos de las plantas experimentales eran aproximadamente un 50% más gruesos que las plantas madre. La ventaja es un aumento significativo del rendimiento y una importante tolerancia a la sequía en las plantas resultantes.
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«Me entusiasmó ver la validación en términos de rendimiento y potencial de resistencia a la sequía», dice Wang. “En este momento, el cambio climático es algo muy urgente. Recuerdo que hace años en Saskatchewan hacía 33-34°C en verano, y a la canola no le gusta ese calor. El rendimiento cayó significativamente”.
Wang explica que el objetivo es proporcionar resistencia a la sequía y aumentar el rendimiento de la canola.
Wang hizo algunos experimentos imitando la sequía aumentando la temperatura a 29°C desde el control de 22°C, así como reteniendo agua. Las líneas de control sufrieron y las líneas editadas con CRISPR también sufrieron, pero no tanto.
El cultivar que están utilizando los investigadores ya es resistente a la pata negra (blackleg), pero no tolera los herbicidas.
“Este cultivar no es tolerante a los herbicidas. Así que eso es algo más que debemos incluir en esto, lo cual no es difícil, pero agrega un paso más”, dice Emes.
Emes dice que el equipo también analizará el perfil del aceite de canola, pero como Arabidopsis no tuvo cambios en su perfil con la edición genética, no anticipan ningún cambio en la canola.
Si bien el equipo está entusiasmado con los resultados que han visto y han obtenido una patente estadounidense para el proceso, ya están buscando otras aplicaciones de este descubrimiento. Comprender el por qué detrás de los resultados es clave.
«Si podemos comprender el mecanismo que ocurre en la canola y la planta Arabidopsis, podríamos traducirlo también a otros sistemas de cultivos», explicó Tetlow. «Es probable que existan similitudes en los mecanismos por los cuales las plantas perciben el azúcar y cómo responden a él a nivel fisiológico».
Los investigadores están trabajando para comprender esto a nivel molecular y bioquímico, con la vista puesta en la posibilidad de repetir este proceso en otros cultivos.
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«Tenemos una hipótesis muy simplista sobre por qué creemos que esto está ocurriendo», dice Tetlow. “Parte de eso es que creemos que la planta siente que tiene más carbono del que normalmente tiene en ese punto de su ciclo de crecimiento. Entonces, creo que comprender el almacenamiento de reservas de carbono y la liberación de azúcar es clave para esto”.
Hasta ahora, los experimentos se han limitado a entornos de cultivo controlados. La temperatura, la humedad y la luz están reguladas. Para que sea útil para la agricultura, el cultivo debe funcionar bien en condiciones del mundo real, por lo que el siguiente paso son las pruebas de campo. El equipo planea llevarlos a cabo en Saskatchewan, Manitoba y Ontario, Canadá y posiblemente en Montana.
Este estudio ahora forma parte del Grupo de Investigación en Agrociencias para Canola, financiado por el gobierno canadiense.
«Las pruebas de campo se realizarán durante las próximas tres temporadas y veremos cómo les va en un entorno donde no podemos controlarlo todo», dijo Emes.
Emes espera que pasen unos diez años antes de que esta línea esté disponible comercialmente.