Un reportaje de la revista Nature destaca como la biotecnología agrícola está a punto de un cambio histórico: científicos han logrado que cultivos como sorgo, arroz y maíz se reproduzcan a través de semillas clonales, un proceso llamado apomixis, que podría “fijar” el vigor híbrido y ofrecer a agricultores de todo el mundo, desde grandes productores hasta pequeños campesinos en África, la posibilidad de sembrar semillas de alto rendimiento durante varias generaciones sin tener que comprarlas cada año.
Nature / 2 de septiembre, 2025.- El próximo mes, un cultivo experimental de sorgo resistente podría comenzar a brotar bajo un dosel de malla en el este de Australia. Las plantas pueden parecer comunes, pero sus genes esconden algo revolucionario.
Si el experimento tiene éxito, cada planta evitará la reproducción sexual y producirá miles de clones en cada una de sus inflorescencias.
El experimento con sorgo Hy-Gain es la culminación de décadas de trabajo de la fisióloga vegetal Anna Koltunow, de la Universidad de Queensland en Brisbane, Australia, quien inició la investigación para producir «semillas asexuadas» a principios de la década de 1990. Esta tecnología aprovecha una peculiaridad de la naturaleza conocida como apomixis. Más de 300 especies de plantas con flores producen semillas clonales de forma natural mediante apomixis, pero ninguna de ellas es un grano importante. Los investigadores afirman que la búsqueda de apomixis para plantas como el sorgo, el arroz y el maíz está a punto de transformar la agricultura.
“Sin duda, esto provocará una revolución”, afirma Kejian Wang, genetista del Instituto Nacional de Investigación del Arroz de China en Hangzhou, quien trabaja en experimentos de apomixis por separado.
Koltunow afirma que su trabajo promete brindar a los pequeños agricultores del África subsahariana acceso a cultivos asequibles de sorgo (Sorghum bicolor) y poroto caupí (Vigna unguiculata) de alto rendimiento. Estos agricultores podrían guardar las semillas clonales para sembrar durante varios años, reduciendo aún más los costos. Estas son algunas de las razones por las que la investigación de Koltunow cuenta con el apoyo de la Fundación Gates, una organización benéfica con sede en Seattle, Washington.
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Otra colaboradora del proyecto Hy-Gain es la empresa multinacional de semillas Corteva Agriscience, con sede en Indianápolis, Indiana. Esto se debe a que las plantas apomícticas representan un potencial impulso para las compañías de semillas que venden a los mercados agrícolas a gran escala de todo el mundo. La apomixis podría reducir drásticamente el tiempo necesario para crear nuevas variedades y fijar rasgos deseables en plantas que producen sus propios clones. «La reducción de costos [podría] ser enorme» para estas compañías, afirma Koltunow.
La producción de semillas clonales listas para el mercado está al alcance de un puñado de especies, incluido el arroz, un grano básico que alimenta a más de la mitad de la población mundial. En los últimos años, se ha producido una oleada de solicitudes de patentes para una variedad de plantas de cultivo apomícticas. Sin embargo, los investigadores afirman que aún quedan algunos obstáculos clave antes de que estos avances puedan realmente consolidarse. «Ahora que hemos logrado que funcione como concepto, necesitamos perfeccionar las cosas», afirma Venkatesan Sundaresan, biólogo reproductivo de plantas de la Universidad de California, Davis.
Fijando el vigor
La llegada de semillas asexuadas para los cultivos en crecimiento podría transformar gran parte de la agricultura, especialmente la producción de semillas híbridas. Para algunos de los principales cultivos mundiales, como el maíz, el arroz y el tomate, los agricultores han sembrado semillas híbridas durante generaciones.
Cuando dos variedades progenitoras se cruzan mediante reproducción sexual, la descendencia híbrida resultante suele superar a sus progenitores, un fenómeno conocido como vigor híbrido. Entre 1930 y mediados de la década de 1990, la producción de maíz en Estados Unidos se multiplicó por siete, en parte porque los agricultores adoptaron la práctica de sembrar semillas híbridas para producir hilera tras hilera de plantas uniformemente robustas.
Sin embargo, crear híbridos es laborioso, lento y costoso, y las semillas híbridas deben crearse —y comprarse— de nuevo cada año. Esto se debe a que, si se permite que los híbridos se autopolinicen, producen una cosecha heterogénea de plantas de calidad variable, resultado de la reproducción sexual que mezcla y combina los genes de la planta para crear nuevas combinaciones (véase imagen de «Creación de cultivos clonados»).
Con la apomixis, el vigor híbrido se «fijaría», ya que los híbridos se clonarían a sí mismos, proporcionando a los obtentores —y agricultores— un suministro infinito de plantas idénticas de alta calidad. Esto también podría contribuir a la producción de cultivos como el trigo y la soja, para los cuales ha resultado demasiado difícil producir híbridos. La apomixis permitiría desarrollar variedades de élite de estos cultivos, en las que los rasgos se fijan de una generación a la siguiente.
Para la década de 1940, los investigadores descubrieron que la apomixis tenía una base genética. Pero no fue hasta la década de 1990 que Koltunow y otros reconocieron que este rasgo no anula la reproducción sexual. Más bien, es «una especie de vía sexual alterada», afirma Ueli Grossniklaus, genetista vegetal de la Universidad de Zúrich (Suiza). En esta vía, son necesarias dos innovaciones: es necesario interrumpir las divisiones celulares durante la formación de óvulos y espermatozoides; y que el embrión se forme independientemente de la fecundación. El equipo de Grossniklaus realizó varios experimentos en los que se mutaron deliberadamente plantas para ver si alguna mutante presentaba estos cambios.
No fue hasta 2009 que los investigadores lograron interrumpir con éxito el proceso de división celular sexual, conocido como meiosis, para imitar lo que ocurre en la apomíctica natural. Raphael Mercier, genetista vegetal que entonces trabajaba en el Instituto Nacional de Investigación Agrícola de Versalles (Francia), intentaba comprender cómo la mitosis —el simple proceso por el cual una célula se divide en dos células idénticas— evolucionó hacia la meiosis, un proceso celular más complejo, un componente clave de la reproducción sexual. La meiosis implica dos divisiones celulares en lugar de una, y los óvulos y espermatozoides resultantes contienen la mitad del número habitual de cromosomas, de modo que al combinarse durante la fecundación, se restaura la dotación cromosómica completa.
Utilizando Arabidopsis thaliana, un pequeño pariente de la col que se ha convertido en el caballo de batalla de los laboratorios de genética vegetal, Mercier identificó un gen implicado en una de las tres innovaciones cruciales que transformaron la mitosis en meiosis durante la evolución. Luego alteró ese gen, junto con genes cruciales para los otros dos pilares de la meiosis, para ver si la meiosis podía transformarse de nuevo en mitosis.
«Funcionó tal como se esperaba», afirma Mercier, quien trabaja actualmente en el Instituto Max Planck de Investigación en Fitomejoramiento en Colonia, Alemania. En las flores del triple mutante resultante —denominado MiMe, que significa mitosis en lugar de meiosis—, los espermatozoides y los óvulos contenían el mismo conjunto de cromosomas que su progenitor, habiéndose formado mediante la división celular más simple de la mitosis en lugar de la más compleja meiosis. Mercier afirma que reconoció de inmediato el potencial de MiMe para la ingeniería de la apomixis en plantas. Él y sus colegas continuaron con MiMe rice en 2016 y MiMe tomato en 2024. Las plantas podían reproducirse, pero como los óvulos y los espermatozoides contenían el doble de cromosomas de lo normal, la progenie también recibió una dosis doble de cromosomas, lo que provocó una disminución de la fertilidad en cada generación. Fue un paso en la dirección correcta, pero solo la mitad del rompecabezas de la apomixis.
Grossniklaus y su equipo descubrieron una alternativa a MiMe en el maíz. Un análisis de 60.000 mutantes reveló un único gen, llamado no reductor en hembra4 (nrf4), que, al ser alterado, provoca que aproximadamente un tercio de los óvulos se formen por mitosis en lugar de meiosis. Este trabajo, que incluye la formación de la primera semilla clonal en una especie de cultivo utilizando el mutante nrf4, está protegido por una patente.
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Nacimiento virginal
El segundo componente esencial de la apomixis es la partenogénesis, mediante la cual un embrión se forma directamente a partir de un óvulo no fecundado, sin necesidad de un macho. En 2006, Peggy Ozias-Akins, genetista molecular de la Universidad de Georgia en Tifton, y sus colegas se centraron en el pasto fuente (Cenchrus squamulatus), un apomícto natural, que parecía un buen candidato para contener un gen de apomixis. El gen que identificaron era similar al gen BABY BOOM, que puede provocar la formación espontánea de embriones en el tejido vegetal. Sin embargo, el grupo de Ozias-Akins tardó casi una década en confirmar su intuición sobre la función del gen en la apomixis. Introdujeron el gen de la hierba de fuente en el mijo perla (Pennisetum glaucum), que se reproduce sexualmente, y descubrieron que los embriones se desarrollaban espontáneamente sin fecundación. «Fue muy emocionante», afirma Ozias-Akins.
Mientras tanto, Sundaresan se centraba en el gen BABY BOOM desde una perspectiva completamente distinta. «En realidad, mi laboratorio no estaba trabajando en absoluto en la apomixis», explica. En cambio, su grupo buscaba genes activos durante la transición crucial de un óvulo no fecundado a uno fecundado que puede convertirse en un embrión.
Trabajando con arroz, el equipo de Sundaresan extrajo ARN (el producto de lectura de los genes activos) de óvulos individuales en las horas inmediatamente posteriores a la polinización. Descubrieron que el ARN del gen BABY BOOM era abundante. El grupo de Sundaresan demostró que BABY BOOM actuaba como desencadenante de la embriogénesis, y que la copia activa del gen era transferida al óvulo por el espermatozoide. Posteriormente, Sundaresan y su colega Imtiyaz Khanday, agrónomo de la Universidad de California, Davis, demostraron que el espermatozoide no era necesario. Insertaron una copia del gen BABY BOOM con instrucciones para activarse en el óvulo, donde su propia copia del gen queda silenciada. Con esta técnica, el equipo puso en marcha la embriogénesis.
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Uniendo todo
Después de que Sundaresan conociera el trabajo con el arroz MiMe en 2016, contactó con Mercier para colaborar en la combinación de MiMe y BABY BOOM. Editaron los genes MiMe en arroz que contenía BABY BOOM con actividad en el óvulo. De esta forma, lograron el objetivo largamente buscado en este campo: una planta apomíctica que propaga clones de sí misma. Aunque la eficiencia fue baja (solo entre el 10 y el 30 % de las semillas eran clonales), el trabajo proporcionó una prueba de concepto para combinar los dos elementos esenciales de la apomixis en una especie de cultivo valiosa.
En 2022, Sundaresan, Khanday, Mercier y otros probaron lo que algún día podría convertirse en la norma: crear semillas clonales en un solo paso para fijar el vigor de un híbrido. Editaron simultáneamente tres genes para crear el sistema MiMe e introdujeron una copia de BABY BOOM que se activaría en el óvulo. Las semillas clonales resultantes no solo demostraron que el procedimiento de un solo paso funcionaba, sino que también aumentó su eficiencia. En algunos casos, más del 95 % de las semillas fértiles eran clones del híbrido. Sin embargo, no todas las semillas eran fértiles. Los apomícticos produjeron entre un 20 % y un 40 % menos de semillas fértiles que el híbrido.
Tal reducción podría anular todos los beneficios de la apomixis sintética, afirma Mercier. «Esto tiene que ser muy, muy eficiente», concluye.
En 2024, un equipo de investigadores en China logró este objetivo: aumentaron la fertilidad para que fuera comparable a la del híbrido en arroz apomíctico añadiendo una secuencia que potencia la actividad de BABY BOOM10. «En el arroz, en mi opinión, es una tecnología lista para su comercialización», afirma Khanday.
Ampliando las herramientas
A pesar del rápido progreso en el arroz, los esfuerzos para producir semillas clonales en especies no herbáceas, incluyendo importantes cultivos de hortalizas y oleaginosas, han tenido menos éxito. Esta es una de las razones por las que los científicos están trabajando para ampliar las herramientas de la apomixis sintética, sustituyendo los tres genes MiMe originales por otros y reemplazando BABY BOOM con desencadenantes de embriogénesis alternativos.
En 2022, Charles Underwood, genetista vegetal de la Universidad Radboud de Nimega (Países Bajos), y sus colegas identificaron un desencadenante de embriogénesis en el diente de león común (Taraxacum officinale). El gen PARTENOGÉNESIS (PAR) no se parece en nada al BABY BOOM, pero puede inducir la formación de óvulos de lechuga, estructuras similares a embriones —aunque sin semillas completamente formadas— sin fertilización. También funciona en el arroz, una planta no emparentada con el diente de león, cuyo genoma no contiene un gen equivalente. Al combinarse con MiMe, el resultado son semillas clonales.
Podría haber más genes apomícticos. Charity Goeckeritz, genetista vegetal del Instituto HudsonAlpha de Biotecnología en Huntsville, Alabama, ha estado investigando la vasta colección de variedades de manzana, tanto silvestres como domesticadas, que mantiene el Departamento de Agricultura de Estados Unidos para identificar el gen que hace que algunas variedades sean apomícticas. Hasta el momento, ha limitado su búsqueda a una región que abarca menos del 3% del genoma de la manzana. «Espero tener excelentes candidatos en menos de un año», afirma. También está buscando genes de apomixis en las moras.
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A pesar de los avances en el laboratorio, pocos apomícticos sintéticos han llegado al campo, aparte del ensayo de campo con sorgo apomíctico planificado por Koltunow. Y nadie ha logrado que un apomíctico sintético supere los obstáculos regulatorios para comercializar la tecnología, pero eso podría estar cerca, según los investigadores. Incluso para variedades estándar o híbridos, los fitomejoradores suelen realizar ensayos de campo a lo largo de tres o más temporadas de cultivo y en varios lugares antes de su comercialización, afirma Koltunow. En el caso de un apomíctico de arroz híbrido con MiMe y PAR, investigadores en China han descubierto que se compara bien con sus progenitores híbridos.
A medida que los apomícticos sintéticos se acercan a ser competitivos frente a los híbridos convencionales, existen importantes interrogantes sobre cómo los reguladores —y los consumidores— percibirán esta tecnología. Mercier afirma que las grandes multinacionales de semillas son las más indicadas para que una tecnología, especialmente una que involucre un cultivo alimentario modificado genéticamente, se someta a un costoso proceso de aprobación. Muchos investigadores que trabajan con apomícticos sintéticos se muestran optimistas respecto a un futuro prometedor para la apomixis, que beneficiará a los agricultores con menos recursos para costear nuevas tecnologías. Uno de los lugares donde los cultivos apomícticos podrían entrar en el mercado es el África subsahariana, afirma Koltunow, quien señala que ya se cultivan caupís modificados genéticamente resistentes a plagas en Nigeria y Ghana. Los cultivos híbridos de alto rendimiento son prohibitivamente caros en muchas regiones agrícolas del mundo, pero la apomixis podría permitir a los agricultores con bajos ingresos cultivar híbridos por primera vez.
Esta tecnología podría aumentar drásticamente la cantidad y la diversidad de híbridos disponibles, afirma Mercier. En la práctica, esto podría significar que las semillas híbridas podrían adaptarse a las necesidades de las condiciones climáticas locales, tanto en países de bajos ingresos como de altos ingresos.
Lo compara con la invención de la imprenta mecanizada de Gutenberg en el siglo XV. «La diversidad surgió repentinamente a partir de uno o dos libros», afirma Mercier. Y si los cultivos apomícticos tienen éxito, dice, esto podría conducir a una explosión similar de híbridos que podrían estar disponibles para los agricultores de todo el mundo.