Científicos del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas están utilizando un giro innovador en la herramienta CRISPR, también conocida como «tijeras genéticas», para editar genomas de plantas, lo que indica un cambio de metodología.
por la Sociedad Max Planck
El descubrimiento, publicado recientemente en la revista Nature Biotechnology , podría simplificar y acelerar el desarrollo de nuevas variedades de cultivos comerciales genéticamente estables mediante la combinación de injertos con una herramienta CRISPR «móvil».
Un brote no modificado se injerta en raíces que contienen un CRISPR/Cas9 móvil, que permite que la tijera genética se mueva desde la raíz hasta el brote. Allí edita el ADN de la planta pero no deja rastro de sí mismo en la próxima generación de plantas. Este avance ahorrará tiempo, dinero y sorteará las limitaciones actuales en el fitomejoramiento y contribuirá a soluciones alimentarias sostenibles en múltiples cultivos.
Muchos cultivos que alimentan al mundo ya están amenazados por el calor, la sequía y las plagas de las plantas, y estos factores se ven exacerbados aún más por el cambio climático. Para preparar estas plantas esenciales para el futuro y obtener rendimientos de cultivos eficientes y efectivos en condiciones desafiantes, los genomas de las plantas se pueden editar con alta precisión utilizando el sistema CRISPR/Cas9 para introducir funciones genéticas beneficiosas o eliminar las desfavorables.
Si bien CRISPR/Cas9 es un gran paso adelante para el fitomejoramiento, sigue siendo una solución costosa y laboriosa, lo que hace que su aplicación en la mayoría de las plantas sea inviable. El reciente desarrollo realizado por el equipo de científicos del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas en Alemania supera estas limitaciones.
ARN como transportador CRISPR
Las plantas de cultivos comerciales deben ser genéticamente estables, no pueden contener secuencias genéticas del sistema CRISPR/Cas9 y deben estar libres de transgenes. Normalmente, esto se logra a través del cruzamiento a lo largo de muchas generaciones o mediante tediosos procesos de regeneración. Ambos requieren mucho tiempo y dinero y son difíciles, o incluso imposibles, en muchas plantas de cultivo.
Un equipo de científicos dirigido por el Dr. Friedrich Kragler se propuso cambiar esto. Como parte del proyecto PLAMORF, financiado con fondos europeos, y del proyecto de prueba de concepto financiado por el Ministerio de Investigación alemán, están estudiando las secuencias de transporte que permiten el movimiento de los ARN desde las raíces hasta los brotes. El grupo de investigación identificó las llamadas secuencias similares a ARNt (TLS) que actúan como señales para el movimiento a larga distancia de los ARN dentro de las plantas.
El avance reciente se produjo al combinar este descubrimiento con el sistema de edición del genoma CRISPR/Cas9. Al agregar tal TLS a las secuencias CRISPR/Cas9, las plantas producen versiones «móviles» de CRISPR/Cas9 RNA. Luego, se injerta un brote no modificado y libre de transgenes en las raíces de las plantas que contienen el ARN CRISPR/Cas9 móvil, que luego se mueve de la raíz al brote y, finalmente, a las flores que producen las semillas.
«La magia ocurre en las flores», explica el Dr. Friedrich Kragler. “El ARN CRISPR/Cas9 se mueve y se convierte en la proteína correspondiente, que es la ‘tijera genética’ real. Edita el ADN de la planta en las flores. Pero el sistema CRISPR/Cas9 en sí mismo no está integrado en el ADN. Por lo tanto, las semillas que luego se desarrollan a partir de estas flores solo llevan la edición deseada. No hay rastro del sistema CRISPR/Cas9 en la próxima generación de plantas y funciona con una eficiencia sorprendentemente alta».
Un sistema de edición para muchas plantas de cultivo.
Lo que hace que el nuevo sistema sea aún más emocionante es la posibilidad de combinar diferentes especies. Los científicos demostraron que la «edición» de esta manera no solo funciona cuando la raíz y el brote en el injerto son de la misma especie de planta, en este caso, la planta modelo Arabidopsis o thale cress. También injertaron brotes de su pariente comercial, la colza , en raíces de Arabidopsis que producen el móvil CRISPR/Cas9. De manera alentadora, el equipo del Dr. Kragler también encontró plantas de colza editadas.
«Nuestro novedoso sistema de edición de genes se puede usar de manera eficiente para muchos programas de mejoramiento y plantas de cultivo . Esto incluye muchas especies de plantas importantes para la agricultura que son difíciles o imposibles de modificar con los métodos existentes», concluyó.
Más información: Lei Yang et al, Edición del genoma heredable sin transgén en plantas mediante el injerto de brotes de tipo salvaje en portainjertos de donantes transgénicos, Nature Biotechnology (2023). DOI: 10.1038/s41587-022-01585-8
