Los científicos han desarrollado un enfoque innovador que elimina un cuello de botella en la investigación para crear una reina del campo más resistente al estrés.
El maíz es el cultivo más importante hoy en día. De una forma u otra, está en los cereales de tu alacena de cocina, en los cosméticos y medicamentos de tu baño, en las bolitas del plato de comida de tu mascota e incluso a veces en el tanque de gasolina de tu coche: los derivados se utilizan en casi todos los aspectos de nuestra vida. La demanda de maíz está creciendo a pesar de que las condiciones ambientales impredecibles dificultan que los agricultores mantengan los rendimientos actuales.
Durante miles de años, los seres humanos han cultivado deliberadamente cultivos para satisfacer las necesidades siempre cambiantes de la sociedad. Hoy, gracias a los avances en la ciencia y la tecnología, podemos diseñar bioingeniería para los cultivos alterando sus genomas (los planos biológicos de las plantas) para crear versiones resistentes a la sequía, de alto rendimiento y súper nutritivas para satisfacer nuestras necesidades modernas.
Sin embargo, para algunos cultivos, incluido el maíz, la bioingeniería supone un desafío técnico y requiere recursos que a veces no están disponibles en muchas instituciones de investigación. En un trabajo publicado recientemente en la revista In Vitro Cellular & Developmental Biology—Plant, los laboratorios del Instituto Boyce Thompson (BTI) y la Universidad Estatal de Iowa (ISU) se asociaron con científicos de Corteva Agriscience para crear un método más asequible para la bioingeniería del maíz que podría allanar el camino para mejorar este cultivo crítico.
Los métodos tradicionales de bioingeniería para el maíz utilizan embriones muy pequeños e inmaduros extraídos de granos de maíz de plantas maduras. Estos embriones experimentan un proceso llamado transformación, en el que un fragmento de ADN especialmente diseñado se transfiere al genoma del maíz para otorgar a las plantas una característica deseada. Por ejemplo, a una planta de maíz se le podría dar un gen que la haga más resistente a una enfermedad que de otro modo podría devastar el campo de un agricultor.
El éxito de este método de transformación depende en gran medida de la calidad de los embriones, y los embriones de alta calidad requieren condiciones de crecimiento modernas. Pero, como dijo la Dra. Joyce Van Eck, profesora del BTI y una de las investigadoras principales del proyecto, “pocos grupos de investigación académica tienen la infraestructura necesaria para cultivar el maíz de alta calidad necesario para la transformación, por lo que la técnica se ha limitado en gran medida a la industria comercial”.
El éxito también depende del tipo de maíz, o genotipo, que se esté transformando, ya que cada genotipo tiene una estructura genética y variaciones de rasgos diferentes. “Muchos laboratorios utilizan el genotipo B73 como estándar para experimentos”, explicó el Dr. Ritesh Kumar, investigador postdoctoral en el laboratorio de Van Eck y primer autor del estudio, “pero transformar embriones B73 es muy difícil”. Por lo tanto, resultó complicado utilizar este genotipo de maíz para estudiar la función genética.
Todos estos factores han contribuido a lo que el Dr. Van Eck llama un «cuello de botella» en la investigación del maíz: los científicos están limitados en sus capacidades por métodos de transformación imperfectos y que requieren muchos recursos.
Para hacer que la transformación del maíz sea más accesible, los investigadores adaptaron un método desarrollado recientemente por científicos de Corteva Agriscience en el que se utiliza un mechón compacto de hojas en desarrollo, o verticilos de hojas, de plántulas jóvenes para la transformación en lugar de embriones de plantas maduras. Con este método, las plantas solo necesitan crecer durante aproximadamente dos semanas y no necesitan alcanzar la madurez antes de poder cosechar los embriones, lo que reduce tanto el tiempo requerido como la necesidad de condiciones de cultivo avanzadas.
Este método de transformación de verticilos foliares utilizó inicialmente un plásmido auxiliar patentado desarrollado en Corteva Agriscience, que proporcionó las herramientas moleculares necesarias para transferir un fragmento de ADN especialmente diseñado al genoma del maíz. En el estudio actual, los investigadores probaron el rendimiento de un plásmido auxiliar alternativo, disponible públicamente, desarrollado por un equipo dirigido por el Dr. Kang Wang, profesor del Departamento de Agronomía de la ISU.
En general, el estudio probó la eficiencia del método de transformación del verticilo de las hojas con dos plásmidos auxiliares diferentes en dos genotipos de maíz: PHR03 y el genotipo notoriamente recalcitrante B73. Con un plásmido auxiliar disponible públicamente, los investigadores informaron tasas de éxito igualmente altas en ambos genotipos, lo que demuestra que este método de transformación más accesible es efectivo.
Este es el primer paso para que esta tecnología sea más viable para laboratorios sin invernaderos, como es el caso de la industria. Esto reduce las barreras para los laboratorios que anteriormente no podían transformar el maíz y, por lo tanto, impulsará la investigación del maíz, afirma el Dr. Van Eck.
De cara al futuro, el Dr. Kumar afirma: “Estamos estudiando cómo funcionará este método con otros genotipos de maíz con características deseables, como la tolerancia al estrés biótico y abiótico”.
Fuente: Instituto Boyce Thompson. Autora: Alyssa Kirley.
En la imagen se muestran plántulas de maíz B73 listas para la transformación del verticilo de hojas. El uso de plántulas en lugar de embriones reduce la necesidad de condiciones de cultivo modernas, lo que hace que la bioingeniería del maíz sea más accesible para los laboratorios académicos. Fuente: Instituto Boyce Thompson, Laboratorio Van Eck.
