El aumento del rendimiento de los cultivos mediante el mejoramiento convencional de las plantas es ineciente: los resultados son impredecibles y puede llevar años o décadas crear una nueva cepa. Por otro lado, las poderosas tecnologías de plantas modicadas genéticamente pueden producir rápidamente nuevas variedades de plantas, pero su adopción ha sido controvertida. Muchos consumidores y países han rechazado los alimentos OGM a pesar de que amplios estudios han demostrado que son seguros para consumir.

Pero ahora una nueva tecnología de edición genómica conocida como CRISPR puede ofrecer una buena alternativa.

Soy un genetista de plantas y una de mis principales prioridades es desarrollar herramientas para diseñar plantas leñosas como los cítricos que puedan resistir la enfermedad verde, Huanglongbing (HLB), que ha devastado estos árboles en todo el mundo. Detectada por primera vez en Florida en 2005, la enfermedad ha diezmado la cosecha de cítricos del estado de US $ 9 mil millones, lo que lleva a una disminución del 75 por ciento en su producción de naranja en 2017. Debido a que los cítricos tardan de cinco a 10 años en producir frutos, nuestra nueva técnica, ha sido nominado por muchos editores en jefe como uno de los enfoques innovadores de 2017 que tiene el potencial de cambiar el mundo; puede acelerar el desarrollo de árboles cítricos no modicados genéticamente que son resistentes al HLB.

Genéticamente modicado vs. gen editado

¿Te preguntas por qué las plantas que creamos con nuestra nueva técnica de edición de ADN no se consideran OGM? Es una buena pregunta.

Genéticamente modicado se reere a plantas y animales que han sido alterados de una manera que no habría surgido naturalmente a través de la evolución. Un ejemplo muy obvio de esto implica la transferencia de un gen de una especie a otra para dotar al organismo de un nuevo rasgo, como la resistencia a las plagas o la tolerancia a la sequía

Pero en nuestro trabajo, no estamos cortando y pegando genes de animales o bacterias en plantas. Estamos utilizando tecnologías de edición de genoma para introducir nuevos rasgos de plantas al reescribir directamente el código genético de las plantas.

Esto es más rápido y más preciso que la reproducción convencional, es menos controvertido que las técnicas de OGM, y puede reducir años o incluso décadas del tiempo que lleva desarrollar nuevas variedades de cultivos para los agricultores.

También hay otro incentivo para optar por usar la edición de genes para crear cultivos de diseño. El 28 de marzo de 2018, el Secretario de Agricultura de EE. UU., Sonny Perdue, anunció que el USDA no regularía nuevas variedades de plantas desarrolladas con nuevas tecnologías como la edición del genoma que producirían plantas indistinguibles de las desarrolladas a través de métodos tradicionales de reproducción. Por el contrario, una planta que incluye un gen o genes de otro organismo, como las bacterias, se considera un OMG. Esta es otra razón por la cual muchos investigadores y compañías preeren usar CRISPR en la agricultura siempre que sea posible.

Cambiar el plano de la planta

La herramienta de edición de genes que utilizamos se llama CRISPR, que signica “Repeticiones Palindrómicas Cortas Interspaciadas Inusualmente Regularizadas Agrupadas” , y fue adaptada de los sistemas de defensa de las bacterias. Estos sistemas bacterianos CRISPR se han modicado para que los cientícos como yo podamos editar el ADN de plantas, animales, células humanas y microorganismos. Esta tecnología se puede usar de muchas maneras, incluso para corregir errores genéticos en humanos que causan enfermedades, para diseñar animales criados para la investigación de enfermedades y para crear variaciones genéticas novedosas que pueden acelerar la mejora de los cultivos.

Para usar CRISPR para introducir un rasgo útil en una planta de cultivo, necesitamos conocer los genes que controlan un rasgo en particular. Por ejemplo, estudios previos han revelado que una hormona vegetal natural llamada giberelina es esencial para la altura de la planta. El gen GA20- ox controla la cantidad de giberelina producida en las plantas. Para crear una variedad de césped “de baja frecuencia de corte” , por ejemplo, estamos editando el ADN (cambiando la secuencia del ADN que compone el gen) de esta planta para reducir la producción del gen GA20-ox en el césped seleccionado césped. Con giberelina inferior, la hierba no crecerá tan alto y no será necesario cortarla con tanta frecuencia.

El sistema CRISPR se derivó de bacterias. Se compone de dos partes: Cas9, una pequeña proteína que corta el ADN, y una molécula de ARN que sirve como plantilla para codicar el nuevo rasgo en el ADN de la planta.

Para usar CRISPR en plantas, el enfoque estándar es insertar los genes CRISPR que codican las “máquinas de edición” CRISPR-Cas9 en el ADN de la célula vegetal. Cuando el gen CRISPR-Cas9 está activo, localizará y reescribirá la sección relevante del genoma de la planta, creando el nuevo rasgo.

Pero esto es un catch-22. Porque para realizar la edición de ADN con CRISPR / Cas9, primero tiene que alterar genéticamente la planta con genes CRISPR extraños, esto lo convertiría en un OMG.

Una nueva estrategia para cultivos no modicados genéticamente

Para las plantas anuales de cultivo como el maíz, el arroz y el tomate que completan sus ciclos de vida desde la germinación hasta la producción de semillas en un año, los genes CRISPR pueden eliminarse fácilmente de las plantas editadas. Eso es porque algunas semillas que estas plantas producen no tienen genes CRISPR, solo los nuevos rasgos. Pero este problema es mucho más complicado para las plantas de cultivos perennes que requieren hasta 10 años para alcanzar la etapa de producción de ores y semillas. Llevaría demasiado tiempo esperar semillas que estuvieran libres de genes CRISPR.

Mi equipo en la Universidad de Connecticut y mis colaboradores en Nanjing Agricultural University, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, University of Florida, Hunan Agricultural University y University of California-San Diego han desarrollado recientemente una nueva técnica conveniente para usar CRISPR para crear conablemente rasgos en las plantas de cultivo sin introducir ningún gen bacteriano extraño.

Primero diseñamos un microbio de suelo natural, Agrobacterium, con los genes CRIPSR. Luego tomamos hojas jóvenes o material de brotes de las plantas y las mezclamos en placas de Petri con las bacterias y las dejamos incubar juntas durante un par de días. Esto da tiempo a las bacterias para infectar las células y entregar la maquinaria de edición de genes, que luego altera el código genético de la planta.

En algunas células infectadas con Agrobacterium, el Agrobacterium sirve básicamente como un caballo de Troya, llevando todas las herramientas de edición a la célula, en lugar de las plantas de ingeniería para tener su propia maquinaria de edición. Debido a que los genes bacterianos o los genes CRISPR no se vuelven parte del genoma de la planta en estas células, y solo hacen el trabajo de edición genética, ninguna planta derivada de estas células se considera un OMG.

Después de un par de días, podemos cultivar plantas a partir de las células vegetales editadas. Luego, lleva varias semanas o meses cultivar una planta editada que se puede plantar en una granja. La parte difícil es descubrir qué plantas se modican con éxito. Pero también tenemos una solución para este problema y hemos desarrollado un método que toma solo dos semanas para identicar las plantas editadas.

Césped genéticamente diseñado

Los pastos de césped más cortos a la izquierda (ballica perenne) deben ser sembrados con menos frecuencia que sus contrapartes convencionales, que se muestran a la derecha. Las hierbas más cortas se produjeron usando una técnica de mejoramiento de plantas tradicional. Yi Li está utilizando actualmente la técnica CRISPR para crear pastos de otras especies que requieren menos mantenimiento. Yi Li, CC BY-SA

Una diferencia signicativa entre las plantas de edición frente a las células humanas es que no estamos tan preocupados por la edición de errores tipográcos. En los humanos, tales errores pueden causar enfermedades, pero las mutaciones fuera del objetivo en las plantas no son una preocupación seria. Varios estudios publicados informaron una actividad fuera del objetivo baja o insignicante observada en las plantas en comparación con los sistemas animales.

Además, antes de distribuir cualquier planta a los agricultores para plantarla en su campo, las plantas editadas serán cuidadosamente evaluadas por defectos obvios en el crecimiento y desarrollo o sus respuestas a la sequía, las temperaturas extremas, las enfermedades y los ataques de insectos. Además, la secuenciación del ADN de las plantas editadas una vez que se han desarrollado puede identicar fácilmente cualquier mutación no deseada no deseada signicativa.

Además de los cítricos, nuestra tecnología debería ser aplicable en la mayoría de las plantas perennes como la manzana, la caña de azúcar, la uva, la pera, el plátano, el álamo, el pino, el eucalipto y algunas plantas anuales como la fresa, la patata y la batata que se propagan sin usar semillas.

También vemos un papel para las tecnologías de edición del genoma en muchas otras plantas utilizadas en las industrias agrícola, hortícola y forestal. Por ejemplo, estamos creando variedades de césped que requieren menos fertilizante y agua. Apuesto a que te gustaría eso también.