Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas ha logrado un avance significativo en biotecnología vegetal al desarrollar un nuevo método para el silenciamiento génico.
por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas
Esta novedosa técnica utiliza secuencias ultracortas de ácido ribonucleico (ARN) transportadas por virus modificados genéticamente para lograr el silenciamiento genético, lo que permite la personalización de las características de las plantas. El trabajo, publicado en la revista Plant Biotechnology Journal , abre nuevas vías para la mejora de cultivos, la genómica funcional y la agricultura sostenible.
La tecnología de vectores virales implica modificar virus, eliminando el material genético causante de la enfermedad, para convertirlos en vehículos que transportan la secuencia de ARN que se introducirá en un organismo. Esta técnica, aplicada a plantas, ha demostrado su eficacia en condiciones experimentales para inducir la floración y acelerar el desarrollo de variedades mejoradas de cultivos, modificar la arquitectura vegetal para facilitar la adaptación a la mecanización, mejorar la tolerancia a la sequía y producir metabolitos beneficiosos para la salud humana, entre otras aplicaciones.
Ahora, el método desarrollado por el CSIC, junto con el Instituto Universitario Valenciano de Investigación en Conservación y Mejora de la Agrodiversidad (COMAV) y el Departamento Italiano de Aplicaciones e Innovación en Supercomputación (Cineca), supone una optimización de las plataformas tecnológicas para acelerar el desarrollo y validación de aplicaciones agrícolas basadas en vectores virales.
«Hemos implementado enfoques de biología sintética compatibles con la futura producción a escala industrial», afirma Fabio Pasin, investigador Ramón y Cajal del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), quien dirigió el estudio.
La nueva técnica, denominada inserciones cortas de ARN mediadas por virus (vsRNAi), representa un avance en el campo que explora el uso de vectores virales para mejorar las características agronómicas de los cultivos. Mediante un virus vegetal benigno, se transportan moléculas cortas de ARN a las plantas, lo que desencadena un proceso conocido como interferencia de ARN (RNAi) para silenciar genes específicos, impidiendo que la información de un gen se traduzca en una proteína. Este nuevo enfoque mejora la eficiencia en la reducción de la expresión de genes vegetales diana.
Los investigadores han utilizado una combinación de genómica comparativa y transcriptómica para diseñar vsRNAi dirigido a genes específicos en plantas, demostrando que la inserción de secuencias de ARN tan cortas, compuestas por 24 nucleótidos (las unidades estructurales básicas del ácido ribonucleico), puede silenciar eficazmente genes en plantas. Se trata de secuencias ultracortas, ya que la tecnología de vectores virales suele utilizar secuencias de unos 300 nucleótidos.
«Esta innovación reduce drásticamente el tamaño y la complejidad de las construcciones tradicionales de silenciamiento genético inducido por virus, lo que permite aplicaciones más rápidas, más económicas y más escalables», señala Pasin.
Para lograrlo, el equipo de investigación se centró en el gen CHLI, esencial para la biosíntesis de clorofila, y diseñó vectores virales con inserciones de entre 20 y 32 nucleótidos, que se introdujeron en una planta modelo. Los especímenes tratados mostraron un amarilleamiento visible de las hojas y reducciones significativas en los niveles de clorofila, lo que confirma un silenciamiento génico robusto.
“La secuenciación de ARN pequeños reveló que el enfoque vsRNAi desencadena la producción de ARN pequeños, de 21 y 22 nucleótidos de longitud, lo que se correlaciona con una regulación negativa efectiva, un proceso por el cual se reduce o detiene la expresión génica, de la transcripción”, añade el investigador del CIB-CSIC.
Una técnica eficaz para impulsar la agricultura
El trabajo consistió en aplicar este nuevo enfoque a la planta modelo Nicotiana benthamiana, demostrando su efectividad para producir los cambios fenotípicos deseados en cultivos de la familia botánica Solanaceae, una de las más importantes a nivel mundial, ya que incluye hortalizas y cultivos básicos para el consumo humano, como la papa.
Dentro de esta familia, la técnica se utilizó en cultivos de tomate y berenjena roja (Solanum aethiopicum), una especie subutilizada con gran potencial de cultivo más allá de sus áreas actuales en África y Brasil, y que podría incluso extenderse a Europa, donde tiene nichos de producción y ecotipos locales como la italiana «Rossa di Rotonda».
Entre las ventajas del nuevo método sobre las técnicas de ARNi existentes están su simplicidad, especificidad y rentabilidad, así como la ausencia de modificaciones estables en los genomas de las plantas.
«Este es un avance importante en la biotecnología vegetal , y estamos entusiasmados con sus posibles aplicaciones», afirma Pasin. «Creemos que la técnica podría suponer un cambio revolucionario para la investigación básica, especialmente para plantas no modelo con disponibilidad limitada de recursos genéticos y herramientas biotecnológicas, pero también para la agricultura, ya que permite la modificación de las características de los cultivos según las necesidades y el control selectivo de plagas y enfermedades».
Los resultados tienen implicaciones significativas para la agricultura, ya que podrían utilizarse para modificar temporalmente las características de los cultivos y lograr fenotipos específicos que mejoren el rendimiento, la resistencia a enfermedades y el contenido nutricional. Además, la portabilidad de vsRNAi entre especies destaca su potencial para la genómica funcional de alto rendimiento y la modulación de características específicas tanto en cultivos modelo como en cultivos infrautilizados.
Más información: Arcadio García et al., Diseño comparativo basado en genómica de insertos cortos de ARN administrados por virus que desencadenan un silenciamiento génico robusto, Plant Biotechnology Journal (2025). DOI: 10.1111/pbi.70254
