En un desarrollo que podría ayudar a proteger uno de los productos agrícolas más apreciados del mundo, un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Pensilvania ha creado con éxito plantas de cacao resistentes a enfermedades mediante tecnología de edición genética.
por la Universidad Estatal de Pensilvania
Según los investigadores, esta innovación promete ayudar a resolver un problema importante para la industria mundial del chocolate, con un valor de más de 135 000 millones de dólares anuales , amenazada por la especie Phytophthora, un patógeno similar a un hongo que causa la destructiva enfermedad de la mazorca negra, que puede causar pérdidas de rendimiento de hasta un 30 % en todo el mundo .
En hallazgos publicados recientemente en línea en Plant Biotechnology Journal antes de su publicación impresa este otoño, los investigadores informaron que editaron el gen TcNPR3 en plantas de cacao, lo que finalmente dio como resultado plantas de cacao que tenían lesiones de enfermedad 42% más pequeñas cuando se infectaron con Phytophthora, en comparación con las plantas no editadas.
«Los productores de cacao, en particular aquellos con recursos económicos limitados, tienen dificultades para implementar costosas medidas de control de enfermedades», afirmó el líder del equipo, Mark Guiltinan, profesor de biología molecular vegetal en la Facultad de Ciencias Agrícolas y primer autor del estudio. «Muchos métodos de modificación genética se enfrentan al estigma porque el ADN extraño permanece en el producto final. Nuestro enfoque podría resolver ambos problemas».
Los investigadores emplearon CRISPR-Cas9, una tecnología de edición genética que actúa como una tijera molecular para modificar con precisión las secuencias de ADN del genoma, o las instrucciones completas que codifican proteínas y otros componentes, de células y organismos vivos. Esto suele funcionar eliminando genes no deseados del genoma e insertando transgenes, que son genes de otros organismos o modificados en el laboratorio para lograr la funcionalidad deseada.
Sin embargo, este avance representa la primera demostración de plantas de cacao editadas genómicamente y libres de transgenes, lo que significa que el ADN de la planta fue alterado sin dejar ningún ADN extraño en el producto final, abordando las preocupaciones regulatorias y la aceptación del consumidor.
El equipo editó específicamente el gen TcNPR3, implicado en el sistema de defensa de la planta, en células vegetales, las cultivó hasta obtener plantas completas y confirmó su menor susceptibilidad a la enfermedad en pruebas de laboratorio con hojas de plantas, denominadas ensayos foliares. El equipo cruzó estas plantas editadas con plantas de cacao normales no transgénicas, lo que resultó en una descendencia no transgénica con las modificaciones genéticas deseadas.
Los investigadores secuenciaron los genomas de plantas progenitoras y descendientes y descubrieron que algunas plantas conservaban la edición genética beneficiosa, pero ya no presentaban ADN foráneo; se trataba de ediciones «limpias». Analizaron la expresión génica de estas ediciones y detectaron un aumento en la expresión de genes implicados en la defensa de las plantas, con algunos genes regulados a la baja, lo que sugiere que TcNPR3 podría suprimir y activar ciertos genes.
«Nuestro equipo de investigación se centró en el gen TcNPR3 porque, según estudios anteriores, este actúa como un ‘freno’ molecular en el sistema de defensa natural de la planta», explicó Guiltinan. «Las proteínas NPR3 —la familia a la que pertenece el TcNPR3— son reguladores negativos de la inmunidad vegetal, impidiendo que las plantas desarrollen defensas robustas contra patógenos cuando no están siendo atacadas de inmediato».
Piense en NPR3 como un sistema de seguridad en modo de espera, explicó. Al interrumpir el gen, se activa su modo de alerta máxima, lo que aumenta las defensas naturales de la planta y la hace menos susceptible a los ataques de patógenos.
Tal vez más novedoso que usar la tecnología CRISPR-Cas9 para mutar con precisión el gen TcNPR3, dijo Guiltinan, fue usar el mejoramiento tradicional de plantas para eliminar las secuencias de ADN extrañas asociadas con la maquinaria de edición genética.
El resultado (plantas de cacao que contienen sólo las modificaciones genéticas deseadas sin ningún elemento transgénico) establece un precedente regulatorio significativo, dijo Guiltinan, porque el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA) ha determinado que estas plantas editadas no están sujetas a regulaciones biotecnológicas ya que no contienen material genético extraño, sólo ediciones precisas de los genes nativos del cacao.
Tras revisar la extensa información del manuscrito del estudio, el USDA declaró oficialmente que no considera que las líneas de cacao con genoma editado cumplan con los mismos requisitos regulatorios que las plantas modificadas genéticamente. Sin embargo, es posible que las plantas aún estén sujetas a la regulación de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA), afirmó Guiltinan, «pero eso será más adelante».
Esta claridad regulatoria elimina una barrera importante para la adopción, sugirió Guiltinan, y agregó que a continuación el equipo tendrá que probar las líneas en el exterior, en estaciones de investigación en áreas tropicales.
«Necesitamos evaluar el rendimiento de las plantas fuera de nuestros invernaderos», dijo. «Si tenemos éxito, esperamos que pronto, agricultores y consumidores puedan beneficiarse de estas plantas resistentes a las enfermedades para mejorar sus condiciones de vida y proteger el medio ambiente».
Guiltinan y su equipo están evaluando objetivos adicionales para aumentar la resistencia a las enfermedades, además de explorar nuevos métodos de edición del genoma, con el objetivo de desarrollar una segunda generación de líneas de cacao editadas genómicamente en los próximos años.
«No solo estamos creando mejores plantas de cacao, sino que también exploramos cómo la biotecnología moderna puede integrarse con los marcos regulatorios existentes para abordar los desafíos agrícolas del mundo real», afirmó Guiltinan. «Los métodos tradicionales de mejoramiento son lentos y, a menudo, tardan décadas en desarrollar nuevas variedades resistentes.
Para los millones de agricultores que dependen del cultivo del cacao y los miles de millones que disfrutan del chocolate, esta investigación ofrece la esperanza de un futuro más sostenible y seguro: una edición genética precisa a la vez.
Otros miembros del equipo que contribuyeron a la investigación fueron: Lena Landherr, profesora adjunta de investigación en ciencias vegetales; Siela Maximova, profesora de investigación en biotecnología vegetal y codirectora del Programa de Becas en Biología Molecular del Cacao en los Institutos Huck de Ciencias de la Vida de Penn State; Dante DelVecchio, estudiante de posgrado en ciencias vegetales; Aswathy Sebastian, analista de bioinformática en los Institutos Huck; e Istvan Albert, profesor de investigación de bioinformática en los Institutos Huck.
Más información: Mark J. Guiltinan et al., Reducción de la susceptibilidad a Phytophthora en la progenie de cacao no transgénico mediante mutagénesis de TcNPR3 mediada por CRISPR-Cas9, Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70365
