Agricultura Botánica y Genética Resto del Mundo

La evolución dirigida llega a las plantas


Un equipo liderado por KAUST ha desarrollado una nueva plataforma para acelerar y controlar la evolución de las proteínas dentro de las plantas vivas.


por King Abdullah Universidad de Ciencia y Tecnología


Anteriormente, este tipo de sistema de evolución dirigida solo era posible en líneas celulares de virus, bacterias, levaduras y mamíferos. La investigación saudí, parte de la Iniciativa de Agricultura del Desierto de KAUST, ahora ha expandido la técnica al arroz y otras plantas de alimentos. Esto significa que los fitomejoradores ahora tienen una manera fácil de diseñar rápidamente nuevas variedades de cultivos capaces de soportar malezas, enfermedades, plagas y otros estreses agrícolas.

«Esperamos que nuestra plataforma se utilice para la bioingeniería de cultivos para mejorar los rasgos clave que impactan el rendimiento y la inmunidad a los patógenos», dice el líder del grupo, Magdy Mahfouz. «Esta tecnología debería ayudar a mejorar la resistencia de la planta en condiciones de cambio climático».

Para construir experimentalmente su plataforma de evolución dirigida, Mahfouz y sus colegas utilizaron una combinación de mutagénesis dirigida y selección artificial en la planta de arroz, Oryza sativa. Aprovecharon la herramienta de edición de genes conocida como CRISPR para generar rupturas de ADN en más de 100 sitios en todo el gen SF3B1, que codifica una proteína involucrada en el procesamiento de otras transcripciones de genes. Después de manipular el ADN de pequeños paquetes de células de arroz de esta manera, los investigadores cultivaron las plántulas mutadas en presencia de herboxidieno, un herbicida que normalmente se dirige a la proteína SF3B1 para inhibir el crecimiento y desarrollo de las plantas.

La evolución dirigida por CRISPR imita el darwinismo. Crédito: 2019 KAUST

Esta estrategia finalmente produjo más de 20 nuevas variantes de arroz con mutaciones que confirieron resistencia al herboxidieno en diversos grados. En colaboración con el grupo de Stefan Arold en el Centro de Investigación de Biociencias Computacionales KAUST, Mahfouz y sus colegas caracterizaron la base estructural de la resistencia, mostrando, por ejemplo, cómo mutaciones particulares ayudaron a desestabilizar la unión del herbicida a la proteína SF3B1.

El herbidieno no se usa ampliamente en la agricultura industrial, pero la misma estrategia básica de evolución dirigida ahora podría usarse para diseñar cultivos resistentes a los herbicidas más comunes. Los herbicidas luego eliminarían las plantas circundantes no deseadas, dejando intacto el cultivo cultivado deseado.

Los criadores también podrían comenzar a desarrollar prácticamente cualquier rasgo de interés, señala Haroon Butt, un becario postdoctoral en el laboratorio de Mahfouz. «Este es un estudio de prueba de principio con amplia aplicabilidad», dice Butt, el primer autor del artículo que describe la tecnología. «Nuestra plataforma imita al darwinismo, y la presión de selección involucrada ayuda a reforzar el desarrollo de nuevas variantes genéticas y rasgos que no serían posibles por ningún otro método conocido».


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