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Las pilas de genes innovadores mejoran la resistencia a la roya del trigo

Las pilas de genes innovadores mejoran la resistencia a la roya del trigo
Crédito: Centro John Innes

Los investigadores del Centro John Innes han contribuido al desarrollo de técnicas pioneras de apilamiento de genes para combatir la creciente amenaza de la roya del trigo.


por John Innes Center


Investigadores de CSIRO, la agencia científica nacional de Australia, encabezaron el esfuerzo internacional para desarrollar trigos con un nivel de resistencia más fuerte y potencialmente más duradero contra las enfermedades de la roya «apilando» genes de resistencia .

Esto representa un avance importante con respecto a los protocolos convencionales de mejoramiento del trigo en los que se agregan uno por uno los genes de resistencia individuales.

Los investigadores desarrollaron nuevas tecnologías genéticas que combinan e insertan cinco genes diferentes de resistencia al trigo. El agrupamiento evita la separación en las siguientes generaciones de reproducción de la planta, según los resultados publicados en Nature Biotechnology .

El investigador principal de CSIRO, el Dr. Mick Ayliffe, dijo: «Nuestro enfoque es como poner cinco cerraduras en una puerta, lo que dificulta la entrada. Las pruebas de campo rigurosas demostraron que nuestro enfoque de pila de genes brinda una protección completa contra los patógenos de la roya a los que nos dirigimos. . «

El trigo proporciona alrededor del 20% de la ingesta calórica mundial, lo que hace que la protección de los cultivos sea de vital importancia para la seguridad alimentaria mundial, y las royas de los cereales también afectan a los cultivos de cebada, avena, centeno y triticale.

Dado que el óxido es un problema global, requiere la colaboración internacional con el equipo formado por investigadores de CSIRO, la Universidad de Minnesota, la Universidad de Aarhus, el Centro John Innes, el USDA, la Universidad de Xinjiang y la financiación de la Fundación 2Blades.

Dos de los genes de resistencia que componían la pila de cinco fueron clonados por científicos utilizando una técnica llamada MutRenSeq que detecta rápidamente genes de resistencia en el trigo.

El Dr. Brande Wulff del John Innes Center, uno de los investigadores que desarrolló esta tecnología, dijo:

«Es gratificante ver que dos de los genes que ayudamos a clonar se han utilizado en esta primera pila en el trigo. Es emocionante porque demuestra que la tecnología funciona; si hubiera una nueva epidemia de roya del tallo, ahora tendríamos una solución potencial. Para aquellos que están en contra del despliegue de cultivos transgénicos se vuelve más difícil oponerse a esto cuando se tiene una solución tan elegante que utiliza genes del trigo de una manera novedosa para proteger el trigo «.

Se están desarrollando futuras pilas de genes para el trigo utilizando herramientas de edición del genoma para producir cultivos resistentes que pueden considerarse no transgénicos (modificados genéticamente) en algunos países, como los EE. UU.

La roya del tallo del trigo es una enfermedad histórica en el Reino Unido y está ausente aquí durante 60 años, pero, debido al clima cambiante y la falta de resistencia en las variedades modernas de trigo, representa una amenaza emergente.

La roya del trigo puede mutar rápidamente, lo que dificulta que los mejoradores de trigo respondan rápidamente mediante el mejoramiento convencional. Sin embargo, múltiples genes recopilados en una pila de genes pueden fortalecer las defensas del trigo y desplegarse mucho más rápidamente.

El Dr. Ayliffe dijo que este estudio se había centrado en la roya del tallo, pero que la misma tecnología se puede utilizar para la reproducción contra las enfermedades de la roya de las rayas y de las hojas, y en diferentes variedades de trigo existentes para agregar resistencia.

Añadió: «Todavía no conocemos los límites de esta nueva tecnología de apilamiento de genes. Actualmente tenemos una pila genética aún mayor con ocho genes de resistencia, por lo que es posible una mayor protección contra la oxidación».

«Un casete de cinco transgenes confiere una resistencia de amplio espectro a un patógeno de la roya fúngica en el trigo» aparece en Nature Biotechnology

Un conjunto de tecnologías habilitadoras desarrolladas durante los últimos cinco años eliminó algunos de los desafíos asociados con el descubrimiento y la clonación de genes de resistencia a enfermedades en el trigo y sus parientes silvestres.

El grupo del Dr. Brande Wulff en el Centro John Innes ha desarrollado estas tecnologías. Incluyen:

MutRenSeq

Combinando mutagénesis y secuenciación de enriquecimiento de genes de resistencia (RenSeq), esta tecnología reduce el costo de secuenciar genomas de trigo integral al concentrarse en genes que codifican receptores inmunes intracelulares, una clase de genes que se ha demostrado que codifica genes de resistencia a enfermedades en el 80% de cientos de casos previamente documentados.

En el trigo, hay más de 3000 receptores inmunes. La técnica condujo a la clonación rápida de los genes de resistencia a la roya del tallo Sr22, Sr45, Sr26, Sr60 y los genes de resistencia a la roya rayada Yr5a, Yr5b e Yr7.

MutChromSeq

Otra forma de reducir la complejidad del genoma del trigo es mapear el gen en uno de sus 21 cromosomas.

Gracias a las mejoras en la clasificación y purificación del flujo de cromosomas, ahora es posible secuenciar cromosomas individuales de casi cualquier cultivo de trigo.

La combinación de mutagénesis con clasificación de flujo de cromosomas (MutChromSeq) condujo al aislamiento del gen de resistencia al mildiú polvoroso del trigo, Pm2.

AgRenSeq

Esta tecnología utiliza la estructura genética propia de la naturaleza, es decir, las recombinaciones y mutaciones que se han acumulado en una población silvestre de parientes del trigo durante muchos miles de años, evitando así la necesidad de generar sus propias estructuras genéticas como en MutRenSeq o MutChromSeq.

AgRenSeq requiere un panel genéticamente diverso, seguido de RenSeq y fenotipado.

La tecnología combina el descubrimiento y la clonación, todo en uno, reduciendo drásticamente los plazos y los costos de la clonación de genes de resistencia a enfermedades. Una vez que un panel ha sido configurado en secuencia y aumentado, se puede usar una y otra vez contra diferentes patógenos y aislados de patógenos.

AgRenSeq condujo a la clonación rápida de Sr46 y la identificación de un candidato para SrTA1662 (Arora et al. 2019).

«Con estas tecnologías, se han eliminado algunos de los obstáculos clave y el misterio asociados con el descubrimiento y la clonación de genes de resistencia a enfermedades en el trigo y sus parientes silvestres», dice el Dr. Wulff.

«Es probable que las tecnologías mejoradas de ensamblaje del genoma del trigo y los métodos de transformación del trigo reduzcan significativamente las barreras adicionales durante los próximos 2 a 4 años. Esto proporcionará la materia prima para generar y probar pilas de transgén de resistencia múltiple, no solo contra la roya del tallo, sino contra muchos otra enfermedad importante del trigo y otros cultivos importantes «.


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