La colza es un cultivo oleaginoso de importancia mundial que se cultiva para satisfacer la creciente demanda de aceite vegetal. Para mejorar el rendimiento y la sostenibilidad, los obtentores han adoptado el desarrollo de híbridos de colza como estrategia general. Sin embargo, los actuales sistemas híbridos de producción de colza tienen varias limitaciones, lo que requiere el desarrollo de un enfoque más simple y eficiente. Utilizando tecnología de edición genética, los investigadores han resuelto con éxito uno de los principales problemas en la creación de híbridos de este cultivo.
El vigor híbrido, también conocido como heterosis, describe el fenómeno en el que la descendencia resultante del cruce de dos líneas endogámicas supera el rendimiento de las líneas parentales. La heterosis ha demostrado ser particularmente eficaz en cultivos endogámicos, ya que puede aumentar significativamente los rendimientos entre un 20% y un 50%.
La colza ( Brassica napus ) es un cultivo de semillas oleaginosas de importancia mundial que se cultiva para satisfacer la creciente demanda de aceite vegetal. La introducción de híbridos ha desempeñado un papel clave en el aumento significativo de los rendimientos y la producción general de colza, especialmente en las principales regiones productoras como Canadá, China y Europa. En la colza, el enfoque principal para la producción de híbridos se basa en el uso de la esterilidad masculina, que es fundamental para aprovechar los beneficios de la heterosis.
La esterilidad masculina se refiere al desarrollo anormal de estambres durante la reproducción sexual en plantas superiores. Su existencia se observó inicialmente en especies de tabaco y cruces interespecíficos, y posteriormente se utilizó en diversas especies de plantas, entre ellas arroz, maíz, colza y soja.
La esterilidad masculina se divide en esterilidad masculina citoplasmática (CMS) y esterilidad masculina genética (GMS). El CMS suele estar controlado por genes mitocondriales y varios genes nucleares y se utiliza habitualmente para producir semillas híbridas con un sistema trilineal. CMS elimina la necesidad de eliminar las anteras y simplifica la identificación de los guardianes de la esterilidad masculina.
Como resultado, se han desarrollado numerosos sistemas CMS en colza, que sin embargo no son óptimos. Por ejemplo, el sistema Pol exhibe esterilidad masculina inestable debido a factores ambientales, mientras que el sistema Ogu enfrenta dificultades para encontrar agentes reductores adecuados. Además, la diversidad genética limitada y la mayor susceptibilidad a las enfermedades imponen limitaciones al desarrollo y aplicación de los sistemas CMS.
Por lo tanto, el mejoramiento genético de colza enfrenta una serie de desafíos importantes, principalmente debido a las complejidades y limitaciones de los sistemas modernos de esterilidad masculina. Los métodos tradicionales suelen implicar procesos de gestión complejos y son muy sensibles a las condiciones ambientales, lo que da lugar a una producción inestable e ineficiente de semillas híbridas.
Debido a estos desafíos, existe una necesidad urgente de un sistema más eficiente, estable y ambientalmente sostenible para mejorar la producción de híbridos de colza, proporcionando mayores rendimientos y una mejor adaptabilidad a diferentes condiciones agrícolas.
Investigadores de la Universidad de Zhejiang y la Academia de Ciencias Agrícolas de Jiaxing han desarrollado un nuevo enfoque utilizando la tecnología CRISPR/Cas9. Este método se dirige al gen BnDAD1, creando líneas androestériles en la colza, facilitando así la producción de semillas híbridas. Los resultados fueron publicados en la revista Horticultural Research.
Los científicos pudieron alterar eficazmente el gen BnDAD1, que desempeña un papel fundamental en la vía de biosíntesis del ácido jasmónico, utilizando la tecnología CRISPR/Cas9. Este trastorno provocó esterilidad masculina debido a defectos en la dehiscencia de las anteras y la maduración del polen en la colza.
Luego, mediante el uso de jasmonato de metilo exógeno, los investigadores pudieron restaurar la fertilidad en las líneas androestériles, permitiendo la producción de semillas híbridas F1.
Caracterización fenotípica de botones florales, flores abiertas y desarrollo de silicuas en tipo salvaje y cuatro mutantes de colza. Fuente: Horticulture Research (2024). DOI: 10.1093/hora/uhae139
“Proponemos un nuevo método que implica la alteración dirigida de Defective in Anther Dehiscence1 en Brassica napus (BnDAD1), un gen importante en la vía de biosíntesis del ácido jasmónico, utilizando la tecnología CRISPR/Cas9 para crear líneas masculinas estériles. Se descubrió que BnDAD1 se expresa de manera dominante en los estambres de los botones florales de colza. La alteración de BnDAD1 resultó en niveles disminuidos de ácido α-linolénico y jasmonato en los mutantes dobles, lo que resultó en defectos en la dehiscencia de anteras y la maduración del polen. Al cruzar líneas masculinas estériles mutantes dobles con líneas masculinas fértiles, se demostró un sistema de dos líneas capaz de producir semillas F 1. Este avance tiene un potencial prometedor para el uso de heterosis en semillas de colza y ofrece un método más simple y eficiente para producir semillas híbridas. ”, explican los investigadores.
Este nuevo sistema de dos líneas ofrece un método más sencillo y eficiente de producir semillas híbridas en comparación con los métodos tradicionales.
“Se descubrió que la esterilidad masculina inducida por CRISPR/Cas9 es estable y completa, independientemente de las condiciones ambientales, lo que la convierte en una solución confiable para la producción de colza híbrida. Este enfoque innovador tiene un potencial comercial significativo y promete mejorar la eficiencia y la sostenibilidad del cultivo de colza. Nuestros resultados representan un avance significativo en la producción de híbridos de colza. El uso de CRISPR/Cas9 para inducir la esterilidad masculina simplifica el proceso de mejoramiento y abre grandes perspectivas para aumentar el rendimiento y la sostenibilidad de la colza”, afirmó el Dr. Lixi Jiang, investigador principal de la Universidad de Zhejiang.
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Fuente: TransSpread
