Para facilitar el desmalezado, un grupo de científicos postulan la idea del uso de edición del genoma para que los cultivos agrícolas sean coloridos o tengan hojas de diferentes formas para que puedan distinguirse más fácilmente de sus contrapartes silvestres y malezas. Esto podría implicar alterar los genomas de los cultivos para que expresen pigmentos que ya producen muchas plantas, por ejemplo, las antocianinas, que hacen que los arándanos sean azules, o los carotenoides, que hacen que las zanahorias sean anaranjadas. Este permitiría entrenar robots desmalezadores para que eliminen solo las malezas mediante el aprendizaje automático.
Cell Press / 17 de abril, 2024.– Para facilitar el deshierbe o desmalezado, algunos científicos sugieren que los cultivos mejorados por bioingeniería sean coloridos o que tengan hojas de diferentes formas para que puedan distinguirse más fácilmente de sus contrapartes silvestres y malezas. Esto podría implicar alterar los genomas de los cultivos para que expresen pigmentos que ya producen muchas plantas, por ejemplo, las antocianinas, que hacen que los arándanos sean azules, o los carotenoides, que hacen que las zanahorias sean anaranjadas. Luego, afirman, se podrían entrenar robots desmalezadores para que eliminen solo las malezas mediante el aprendizaje automático.
Los autores del estudio describen su estrategia propuesta en la revista Trends in Plant Science.
«Para mejorar el reconocimiento de las malas hierbas, proponemos utilizar técnicas de edición genética para introducir rasgos en cultivos domesticados de novo que permitirán el reconocimiento visual de los cultivos mediante robots desmalezadores que han sido entrenados mediante aprendizaje automático«, escriben los investigadores, dirigidos por el científico ambiental y de plantas Michael Palmgren de la Universidad de Copenhague.
«Este enfoque sostenible para eliminar los análogos silvestres en el campo combina el potencial de la edición del genoma con el poder de la inteligencia artificial y, en principio, también podría usarse para cultivos ya establecidos«.
Los humanos domesticaron los cultivos a lo largo de miles de años mediante una selección y reproducción meticulosas. Gracias a la genética, ahora conocemos muchos de los genes responsables de los rasgos deseables que seleccionaron nuestros antepasados, lo que significa que los cultivos nuevos o «de novo» podrían domesticarse mucho más rápidamente mediante el uso de técnicas de bioingeniería como la edición de genes para alterar o introducir estos rasgos en plantas silvestres. Dado que muchas plantas silvestres son más tolerantes a los factores estresantes ambientales que las especies de cultivos existentes, esto también podría ayudar a crear cultivos más resilientes al cambio climático.
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«El objetivo final es cultivar una nueva gama de cultivos que sean ambientalmente sostenibles, de alto rendimiento y propicios para prácticas agrícolas respetuosas con el medio ambiente», escriben los investigadores.
Sin embargo, es probable que los cultivos domesticados de novo se parezcan mucho a sus homólogos silvestres, lo que dificultaría el deshierbe. Una opción sería introducir genes de resistencia a herbicidas en el cultivo de novo y luego utilizar herbicidas para matar las malas hierbas. En cambio, los investigadores sugieren combinar la ingeniería genética con tecnologías de inteligencia artificial para crear plantas de cultivos de novo visualmente distintivas que los robots desyerbadores puedan diferenciar fácilmente de las malezas.
«Distinguir estos nuevos cultivos de sus plantas silvestres menos productivas y estrechamente relacionadas podría presentar enormes desafíos para el control de malezas», escriben los investigadores. «La utilización de la edición de genes para mejorar su reconocimiento visual mediante robots de desmalezado podría abordar eficazmente este problema«.
En lugar de introducir genes no vegetales (transgénesis) en los cultivos de novo, los investigadores proponen alterar los genomas de las plantas para que expresen pigmentos que ya producen muchas plantas (por ejemplo, las antocianinas, responsables del color rojo, morado, y planta azul en plantas que incluyen bayas y repollo morado, y carotenoides, que son responsables de los tonos amarillos, naranjas y rojos de varias partes de las plantas, incluidas zanahorias, pimientos y hojas, donde son importantes para la fotosíntesis.
«La manipulación de estos genes fundamentales mejoraría significativamente la precisión a la hora de discriminar entre cultivos recientemente domesticados y sus homólogos silvestres«, escriben los investigadores.
Además de permitir la discriminación visual, estos pigmentos podrían tener beneficios adicionales para la salud humana y vegetal. La acumulación de antocianinas en las plantas se asocia con una mayor resistencia a la herbivoría, enfermedades fúngicas, infecciones bacterianas, toxicidad por metales pesados y otras tensiones ambientales, mientras que los carotenoides son una fuente de provitamina A en la dieta humana.
«Debido a estos rasgos beneficiosos, las plantas ricas en antocianinas ofrecen no sólo una forma sencilla de distinguir los cultivos domesticados de las malas hierbas, sino que también son prometedoras para aplicaciones prácticas en la agricultura», escriben los investigadores.
Una opción alternativa (o complementaria) sería alterar la estructura de las hojas de los cultivos de novo para hacerlas más o menos complicadas que sus contrapartes silvestres, por ejemplo, induciendo mutaciones en los genes que agregan o eliminan lóbulos de las hojas. Y para facilitar la clasificación de las semillas después de la cosecha, se podrían crear cultivos de novo para que tengan un color o forma de semilla diferente.
Se necesita más investigación para examinar si estos cambios afectarían la vitalidad de los cultivos, por ejemplo, para probar si estos pigmentos interfieren con la fotosíntesis o la resiliencia de las plantas. También se necesitan estudios adicionales para mejorar las técnicas de detección remota e investigar los mejores métodos para entrenar robots desyerbadores para que reconozcan las nuevas características de los cultivos de novo.