Los experimentos de reproducción normales pueden tardar años en dar sus frutos
por Kristen Morales, Universidad de Georgia
Cuando los científicos quieren mejorar una variedad de vegetales, puede tomar un año o menos para ver los cambios, solo la duración de un ciclo reproductivo. Pero la reproducción de mejoras en los árboles puede tomar años, a veces décadas, antes de que se puedan ver los cambios.
Ahora, un proceso desarrollado por investigadores de la Universidad de Georgia puede reducir ese tiempo a una fracción.
Usando la herramienta de edición de genes CRISPR, CJ Tsai de la Escuela de Silvicultura y Recursos Naturales UGA Warnell y la Facultad de Artes y Ciencias Franklin ha desarrollado un método que acorta el tiempo que tarda un álamo en florecer, de aproximadamente siete a 10 años para sólo unos pocos meses. Al reducir este período de tiempo, puede acelerar la reproducción de árboles para mejorar sus características, como la tolerancia al frío o la sequía.
Los resultados fueron publicados recientemente en New Phytologist . El documento también arroja luz sobre cómo los árboles desarrollan órganos reproductivos y abre las puertas a nuevas investigaciones.
«Los métodos anteriores para inducir flores tempranas en los álamos eran inconsistentes y laboriosos. Esta es una barrera importante para la investigación», dijo Tsai, profesor de Winfred N. «Hank» Haynes y eminente académico de Georgia Research Alliance.
«Pero al usar CRISPR para editar un gen represor de la floración, podemos comprimir el tiempo de floración de más de siete años a tres o cuatro meses, y el período de desarrollo del órgano floral de un año a unos pocos días».
Ran Zhou, investigador postdoctoral asociado de Tsai, ha trabajado anteriormente en la determinación del sexo en sauces y álamos. Usando sus conocimientos, el equipo decidió editar con CRISPR un gen de cambio de sexo específico de la hembra en un álamo hembra. Esto es factible, razonaron, con el sistema de floración temprana para eludir el largo ciclo reproductivo de los árboles. En unos pocos meses, Tsai y su equipo vieron nuevas flores masculinas, lo que indica un cambio de sexo exitoso.
El método podría cambiar las reglas del juego en el mundo de la investigación de árboles, donde los proyectos pueden llevar décadas en comparación con la investigación sobre cultivos alimentarios. Al acortar el tiempo que tarda un árbol en florecer, los investigadores pueden realizar cruces controlados y evaluar más rápidamente los rasgos de interés. Por ejemplo, las características para ayudar a los árboles a tolerar mejor la sequía o las temperaturas extremas podrían probarse en un período de tiempo más corto.
Los álamos se utilizaron en el experimento, dijo Tsai, debido a su potencial como cultivos leñosos bioenergéticos y su ADN ha sido completamente mapeado por el Departamento de Energía. Por lo general, pasan años antes de que se pueda observar el sexo de un álamo .
«El sistema de floración de vía rápida es crítico y oportuno para permitir la reproducción de ciclo rápido y la selección genómica de ciclo rápido en especies de materias primas leñosas perennes», dijo Tsai.
Tsai y su equipo también observaron una ventaja en el proceso de desarrollo de las flores: los álamos femeninos tienen un potencial de desarrollo para la trimonoecia, o la capacidad de tener flores masculinas y femeninas en la misma planta. Por lo general, los álamos son árboles masculinos y femeninos separados. Pero con su floración acelerada, María Ortega, investigadora asociada principal en el Laboratorio de Genómica Funcional Forestal de Tsai, observó un desarrollo inusual de flores masculinas o flores masculinas y femeninas completas en los álamos femeninos que estudió el equipo.
El proyecto CRISPR reveló otro giro sorprendente mientras los investigadores observaban cómo crecían los árboles en flor: una edición genética adicional resultó prometedora para reducir las uniones algodonosas de las semillas utilizadas por las plantas para esparcir sus semillas cada primavera.
Los apéndices blancos y plumosos pueden ser una molestia a medida que caen, o una pesadilla para las personas alérgicas. Al bloquear la determinación específica y el gen de la floración, el equipo de Tsai descubrió que las uniones algodonosas eran casi inexistentes.
Si bien el proceso requiere más estudio, podría ser un cambio positivo para las personas alérgicas en el futuro. «Esto proporciona una base molecular para desarrollar semillas sin pelo, que podrían reducir la propagación de alérgenos en áreas urbanas o en bosques en funcionamiento», agregó.
El cambio en los pelos de las semillas no solo ayudó a confirmar el proceso, sino que creó nuevas oportunidades para explorar cómo maduran y se reproducen los árboles. Tsai dijo que está entusiasmada con las nuevas posibilidades.
«Este trabajo ha abierto muchas nuevas oportunidades para la investigación sobre los rasgos reproductivos básicos», dijo. «Y el marco de tiempo más corto puede brindarles a los estudiantes más oportunidades para sus propios proyectos de investigación, en lugar de comenzar algo que lleva años o una década para producir resultados».
Más información: María A. Ortega et al, Desarrollo floral in vitro en álamo: conocimientos sobre la regulación y la trimonoecia de los tricomas de las semillas, New Phytologist (2022). DOI: 10.1111/nph.18624
