Los biólogos de la Facultad de Ciencias usaron la edición de genes para producir una planta de canola más corta con más ramas y flores
Por Mark Lowey
La canola es uno de los cultivos comerciales más importantes de Canadá, pero solo hay una cantidad limitada de tierras de cultivo adecuadas donde se pueden cultivar las plantas. ¿Qué pasaría si fuera posible modificar la altura y la forma de la canola, de modo que se pudieran cultivar más plantas en la misma cantidad de espacio, aumentando potencialmente el rendimiento del cultivo?
En un nuevo estudio, un equipo de biólogos de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Calgary utilizó la edición de genes para modificar los propios genes de la canola, produciendo plantas más cortas con muchas más ramas y flores.
«Demostramos que la edición de genes realmente funciona en la canola y, al mismo tiempo, mejoramos las características agronómicas de la canola al cambiar la arquitectura de la planta», dice el coautor del estudio, el Dr. Marcus Samuel, PhD, profesor y Director de Operaciones de Invernadero en el Departamento de Ciencias Biológicas. cuyo grupo de investigación hizo el estudio.
«Pudimos inducir cambios arquitectónicos tan dramáticos en la canola con un solo gen», dice el autor principal del estudio, Matija Stanic, quien realizó la investigación para obtener su maestría. Ahora está haciendo un doctorado, apoyado por una beca Max Planck, en la Universidad de Potsdam en Alemania.
La “revolución verde” que comenzó en la década de 1960 utilizó técnicas de fitomejoramiento para producir líneas selectas de plantas de cultivo, incluidos el arroz y el trigo, que eran más cortas, más compactas y, por lo tanto, capaces de utilizar mejor los nutrientes y otros insumos. Pero se había hecho poco trabajo con la canola.
Canola y ‘la revolución verde’
“La técnica de edición de genes que usamos fue muy precisa y tuvo algunos resultados espectaculares al alterar la arquitectura de los brotes de la planta”, dice el coautor del estudio, Neil Hickerson, quien está trabajando en su doctorado con Samuel. “Con este enfoque, tenemos un potencial mucho mayor para aumentar el rendimiento de cada planta”.
El Dr. Rex Arunraj, PhD, científico visitante del Instituto de Tecnología SRM en Chennai, India, colaboró en la investigación.
El estudio del equipo , «La edición de genes del receptor de estrigolactona BnD14 confiere cambios prometedores en la arquitectura de brotes en Brassica napus (Canola)», se publica en Plant Biotechnology Journal .
Primer intento de edición de genes en canola
Esta fue la primera vez que el laboratorio de Samuel intentó editar genes en canola, en este caso utilizando una cepa de tipo salvaje de la planta.
El equipo apuntó al gen BnD14, el receptor de una hormona llamada estrigolactona. Investigaciones anteriores en una planta modelo experimental, llamada Arabidopsis (una prima de la canola) y en el arroz, mostraron que las plantas más cortas con mayor ramificación tenían mucha menos estrigolactona o una capacidad reducida para reconocer esta hormona.
“La edición de genes es como una tijera molecular”, explica Stanic. “Diseñamos la planta para que produzca las enzimas necesarias para realizar esta pequeña cirugía en estos genes”. Esto desactiva la vía de señalización que regula el desarrollo de parte de la arquitectura de la planta de canola, incluida la altura y la ramificación.
Después de hacer la edición de genes, el equipo pudo cruzar la línea de canola editada para eliminar el ADN utilizado para la edición de genes para obtener la cepa de canola editada sin ningún rastro de ADN extraño. “Esencialmente, la planta se modifica, pero los genes que se usan para hacer estas ediciones, o cirugías menores, ya no están en el sistema. Entonces tienes una planta ‘limpia’ que ha sido modificada genéticamente para producir una planta más corta con más ramas”, dice Stanic.
Menos susceptible a fuertes nevadas o fuertes vientos.
Junto con el potencial de cultivar más canola en una determinada cantidad de tierra, las plantas más cortas son menos susceptibles al «encajonamiento», cuando las plantas altas se doblan en los tallos cerca del nivel del suelo debido a las fuertes nevadas, el granizo o los fuertes vientos. Dichos cultivos son difíciles de cosechar, lo que puede reducir significativamente el rendimiento.
En su variedad de canola de tipo silvestre modificada, el equipo pudo aumentar la cantidad de ramas de las 20 típicas a unas 60. También aumentaron la producción de flores en aproximadamente un 200 %, dentro del mismo período reproductivo y vida útil de la canola cultivada. en Canadá.
Por lo general, del 40 al 55 por ciento de las flores de canola se polinizan y producen semillas, dice Hickerson. Entonces, dada la misma tasa de polinización en plantas con un 200 por ciento más de flores, «potencialmente podríamos ver un aumento en el rendimiento».
Próximos pasos: ensayos de campo, otros cultivos
El laboratorio de Samuel ahora está en conversaciones con Agriculture and Agri-Food Canada para realizar algunas pruebas de campo este año para confirmar si la nueva variedad de canola produce un mayor rendimiento. El laboratorio también está expandiendo su plataforma de edición de genes a cultivos de leguminosas, como los garbanzos.
La producción de canola aporta un estimado de $27 mil millones anuales a la economía de Canadá y está asociada con aproximadamente 250,000 puestos de trabajo.
Samuel dice que debido a que el nuevo rasgo y la arquitectura ahora existen en las propias plantas de canola modificadas, sin necesidad de más ingeniería genética, sería relativamente fácil cruzar las plantas en una nueva línea de élite de canola para la industria.
Señala Matija: “El problema para todo el mundo es alimentarse a sí mismo. A medida que nuestra población crece y nos estamos quedando sin tierra cultivable, la clave es tratar de maximizar nuestra producción por unidad de área de tierra”.
