Con una combinación de método antiguo y tecnología moderna para nuevas variedades vegetales
Investigadores del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de plantas han logrado producir plantas editadas genéticamente de forma estable, indistinguibles de las criadas de forma clásica o de las mutaciones que se producen de forma natural, gracias a una inteligente combinación de fitomejoramiento clásico y biología molecular de vanguardia que ellos mismos han desarrollado. Este nuevo método también permite obtener plantas con los rasgos deseados con mayor rapidez y puede utilizarse en una amplia gama de plantas en las que antes no era posible la edición genética. Los investigadores han publicado recientemente sus resultados en la revista Nature Biotechnology.
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El desarrollo de nuevas variedades vegetales como alimento, para la producción de energía y como proveedoras de materias primas para la industria es un importante campo de investigación y desarrollo en vista de las cambiantes condiciones climáticas y la consiguiente necesidad de acelerar el abandono de los recursos fósiles. En el fitomejoramiento clásico, hay que seleccionar, cruzar, propagar y estudiar las plantas durante muchas generaciones hasta crear una nueva variedad con las propiedades deseadas.
Los métodos modernos de ingeniería genética pueden acelerar enormemente este proceso. El descubrimiento de las llamadas tijeras genéticas CRISPR/Cas permite ahora modificar rápida y específicamente los genes de las plantas para producir plantas con las características deseadas. Aunque la cría con CRISPR/Cas ya lleva menos tiempo que los métodos de cría clásicos, todavía se tarda algún tiempo hasta que las plantas están listas para el mercado, porque el ADN CRISPR/Cas (extraño) introducido previamente tiene que ser eliminado de la planta a un gran coste, porque de lo contrario podría alterar la estabilidad genética de las plantas a largo plazo.
Los doctores Lei Yang y Frank Machin, junto con otros colegas del grupo de investigación del doctor Friedrich Kragler en el Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas de Potsdam, han desarrollado un método novedoso en el marco de un proyecto financiado por el BMF y el ERC, que permite prescindir de los largos retrocruzamientos. Ya en la primera generación, este método puede utilizarse para producir semillas modificadas genéticamente que ya no contienen ADN extraño y son indistinguibles de las plantas criadas tradicionalmente o que han evolucionado de forma natural.
Fundamentos del nuevo método
En el núcleo celular de cada célula individual se almacena, en forma de ADN, toda la información que una planta necesita para vivir y crecer. Cifrados en el ADN están los planos de las proteínas, los actores prácticos que hacen todo el trabajo en la célula y determinan esencialmente las características de un organismo. Dado que la información genética es muy valiosa, no debe dañarse bajo ninguna circunstancia y, por tanto, permanece siempre en el núcleo de la célula. Sin embargo, la conversión del ADN en proteínas tiene lugar en el plasma celular. Para ello, partes del ADN se traducen a una forma de transporte de vida corta, el llamado ARN mensajero (ARNm). Este proceso se denomina transcripción.
El Dr. Kragler explica: "Las llamadas tijeras genéticas CRISPR/Cas se introducen a su vez como una secuencia de ADN en el ADN de la planta en el núcleo celular y constan de dos componentes. Por un lado, está la llamada guía, que tiene una secuencia de bases que se corresponde exactamente con la secuencia de bases en el punto del ADN de la planta que posteriormente va a ser modificado por las tijeras genéticas. La otra es la secuencia de las propias tijeras genéticas, la proteína CAS9, capaz de cortar el ADN vegetal. Con la ayuda de la tecnología CRISPR/Cas, se pueden provocar cambios en el ADN de la planta en un punto definido con precisión. Sin embargo, después de conseguir el cambio deseado, en los métodos anteriores todavía hay que eliminar la propia secuencia de ADN de las tijeras genéticas de los núcleos celulares de la planta mediante complejos retrocruzamientos."
Utilizar una técnica nueva con un método antiguo
El giro de la historia es que una técnica de más de 2000 años de antigüedad, el injerto -normalmente utilizado para injertar árboles frutales y vides-, puede utilizarse para producir instantáneamente plantas y semillas que tengan los nuevos rasgos pero no contengan ADN extraño.
Para conseguirlo, los investigadores cortaron el tallo de una planta cuyos núcleos celulares contenían ADN de las tijeras genéticas por encima del patrón e injertaron en él el brote de una planta receptora no modificada genéticamente. Como el grupo de investigación dirigido por Friedrich Kragler ya había descubierto en trabajos anteriores, los ARNm de portainjertos con determinadas propiedades pueden transportarse hasta el tejido floral. Por ello, los investigadores han adaptado la secuencia de ADN de las tijeras genéticas de forma que las copias de ARNm se envíen desde el portainjerto a las partes aéreas no modificadas genéticamente. A continuación, la proteína del gen tijera también se produce a partir del ARNm en las flores de la planta, lo que provoca los cambios correspondientes en las células vegetales. Algunas de las semillas que emergen de estas flores ya llevan la modificación genética deseada en la siguiente generación. Sin embargo, están libres de cualquier ADN extraño y son indistinguibles de las variantes que han evolucionado de forma natural.
Muchas plantas cultivadas pueden cruzarse con dificultad o no cruzarse en absoluto, o, como los árboles frutales, tienen tiempos de generación muy largos. Si uno quisiera deshacerse del ADN extraño mediante el cruce, esto llevaría muchos años. En este caso, el método del injerto genético podría abrir nuevas posibilidades a los criadores que hasta ahora se han visto privados de este campo. Sin embargo, el Dr. Kragler ve posibles aplicaciones completamente distintas para esta nueva técnica, ya que muchos cultivos no son accesibles o son de difícil acceso para las tijeras genéticas CRISPR/Cas9: "Hasta ahora, los métodos de ingeniería genética selectiva sólo se han establecido para unas pocas plantas muy estudiadas, como el tabaco o el berro de campo. Sin embargo, dado que el injerto por injerto suele funcionar entre muchas especies no tan estrechamente emparentadas y que los portainjertos pueden propagarse con facilidad, es concebible que un portainjerto pueda utilizarse varias veces para dotar específicamente a plantas de diferentes especies o cultivares de nuevos rasgos deseables." Con esta combinación de métodos antiguos y biología molecular moderna, en el futuro podrían obtenerse nuevas variedades de forma rápida y rentable.
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