junio 29, 2022

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El nuevo método CRISPR-Combo aumenta la eficiencia de la edición del genoma en las plantas


Hace diez años, una nueva tecnología llamada CRISPR-CAS9 permitió a los científicos cambiar el código genético de los organismos vivos. 


A pesar de lo revolucionaria que era, la herramienta tenía sus limitaciones, que ahora se han superado.

Al igual que los primeros teléfonos celulares, que solo podían hacer una cosa, el método CRISPR original solo puede hacer una cosa: eliminar o reemplazar genes en la secuencia genética. Las versiones posteriores de CRISPR se diseñaron para una característica diferente, lo que permitió a los científicos cambiar la expresión de los genes, encendiéndolos o desactivándolos sin eliminarlos del genoma. Pero cada una de estas funciones podría realizarse de forma independiente solo en las plantas.

Ahora, los científicos de la Facultad de Agricultura y Recursos Naturales de la Universidad de Maryland han desarrollado CRISPR-Combo, un método para editar múltiples genes en plantas mientras cambia la expresión de otros genes. Esta nueva herramienta permitirá combinaciones de ingeniería genética que trabajan juntas para aumentar la funcionalidad y mejorar la selección de nuevos cultivos, según phys.org.

“Las posibilidades son realmente infinitas en términos de características que se pueden combinar. Pero lo que es realmente interesante es que CRISPR-Combo representa un nivel de sofisticación en la ingeniería genética de plantas que no habíamos tenido antes», dijo Yiping Qi, profesor asistente de ciencia de las plantas y arquitectura del paisaje y coautor del estudio.

El nuevo estudio se publica en la edición de mayo de 2022 de Nature Plants.

Los beneficios de manipular más de un gen a la vez superan con creces los beneficios de cualquier manipulación individual. Por ejemplo, imagine la epidemia de una enfermedad que arrasa los campos de trigo y amenaza los medios de subsistencia y la seguridad alimentaria de los agricultores. Si los científicos pudieran eliminar un gen del trigo que lo hace susceptible al tizón tardío y, al mismo tiempo, activar genes que acorten el ciclo de vida de la planta y aumenten la producción de semillas, podrían desarrollar rápidamente trigo resistente al tizón antes de que la enfermedad tenga tiempo de causar estragos. .

Este es exactamente el tipo de enfoque de ingeniería que Qi y su equipo demostraron en cuatro fases diferentes de los experimentos.

Qi y su equipo desarrollaron previamente nuevos métodos CRISPR para regular la expresión génica en plantas y editar múltiples genes al mismo tiempo. Pero para desarrollar CRISPR-Combo, necesitaban establecer que podían realizar ambas funciones de ingeniería genética en paralelo sin consecuencias negativas.

«Como prueba de concepto, demostramos que podemos desactivar el gen A y activar con éxito el gen B, sin cruzar accidentalmente y anular el gen B o activar el gen A», explicó Qi.

Luego, Qi y sus colegas probaron el CRISPR-Combo en la planta de trébol de Tal, que a menudo se usa como modelo para cultivos importantes como el maíz y el trigo. Los investigadores editaron un gen que hace que la planta sea más resistente a los herbicidas y activaron un gen que provoca la floración temprana, lo que hace que las semillas se formen más rápido. El resultado fue una planta de trébol resistente a los herbicidas que produjo ocho generaciones en un año, en lugar de las cuatro habituales.

En un tercer experimento, el equipo demostró cómo CRISPR-Combo puede mejorar la eficiencia del fitomejoramiento utilizando cultivos de tejido de álamo. Los programas de mejoramiento para desarrollar nuevas variedades de plantas generalmente usan cultivos de tejidos en lugar de semillas: piense en cómo una planta puede desarrollar raíces y hojas a partir de un solo tallo plantado en el suelo. Los científicos modifican genéticamente las células madre que pueden convertirse en plantas de pleno derecho, y cuando estas plantas maduren y produzcan semillas, las semillas llevarán las modificaciones genéticas realizadas en las células madre.

Algunas plantas se regeneran mejor a partir del cultivo de tejidos que otras, lo que convierte a este paso en el mayor cuello de botella en la ingeniería genética de cultivos. Para algunas plantas, la tasa de éxito es solo del 1%.

Qi y su equipo eliminaron el cuello de botella editando primero varios rasgos en las células de álamo y luego activando tres genes que promueven la regeneración del tejido vegetal.

“Usando los álamos como ejemplo, hemos demostrado que nuestro nuevo método puede resolver el problema de la regeneración de tejidos, aumentando drásticamente la eficiencia de la ingeniería genética”, dijo Qi.

Camino rápido sin hormonas

Actualmente, el cultivo de plantas modificadas genéticamente a partir de cultivos de tejidos requiere la adición de hormonas de crecimiento para activar los genes responsables del desarrollo.

El equipo de investigación acortó este proceso en el arroz activando directamente estos genes usando CRISPR-Combo. Como resultado se obtuvo arroz editado genéticamente a partir de cultivos de tejidos, que no requiere suplementos hormonales. Qi y sus colegas descubrieron que los cultivos de tejidos cultivados con su método expresaban más del gen editado que los tejidos cultivados con hormonas.

«Este método proporciona un proceso de edición del genoma altamente eficiente», dijo Qi.

Ahora que el equipo ha demostrado que su método CRISPR-Combo funciona en una variedad de plantas para una variedad de propósitos, tienen la intención de realizar experimentos en frutas cítricas, zanahorias y papas. También están trabajando en arroz dorado mejorado con nutrientes y resistente a los herbicidas y arroz rojo mejorado con antioxidantes.

(Fuente: phys.org. Foto: pixabay.com).



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