La edición del genoma revolucionará el fitomejoramiento y podría ayudar a asegurar el suministro mundial de alimentos, según un nuevo artículo de Cell .
La tecnología está surgiendo en un momento en que la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación predice que la población humana alcanzará los 10 mil millones en 2050, lo que requerirá un aumento en la producción de alimentos incluso cuando el cambio climático está desafiando los sistemas agrícolas.
El desarrollo de tecnologías de edición del genoma en plantas permite una amplia gama de oportunidades para el fitomejoramiento, escribe Caixia Gao, investigadora de la Academia China de Ciencias en Beijing.
“La mutagénesis eficiente, precisa y dirigida a través de la edición del genoma ha sentado las bases para muchas estrategias de reproducción de próxima generación que revolucionarán el futuro de la agricultura”, escribe Gao. «Para aprovechar todo el potencial de la edición del genoma vegetal, se deben explorar todos los enfoques».
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Gao explica que la edición del genoma permite diseñar racionalmente una combinación de rasgos genéticos en los cultivos, logrando resultados similares a los de la reproducción clásica, pero de una manera más eficiente y rápida.
“Sin embargo, es poco probable que el mejoramiento de próxima generación basado en la edición del genoma desplace por completo los enfoques convencionales; sólo cuando se combinan con otras tecnologías, como fenotipado de alto rendimiento, selección genómica y mejoramiento rápido, podemos garantizar la implementación generalizada de la edición del genoma en la agricultura ”, afirma Gao. «Este enfoque multidisciplinario promoverá el fitomejoramiento para ayudar a asegurar una segunda Revolución Verde con el fin de satisfacer la creciente demanda de alimentos de una población mundial en rápido crecimiento en condiciones climáticas cambiantes».
Gao sostiene que el fitomejoramiento convencional ha alcanzado sus límites en la alimentación de la población mundial en constante crecimiento, con avances técnicos como la selección asistida por marcadores y el fitomejoramiento asistido por genómica que empujan el límite más allá.
“La edición del genoma abre un nuevo conjunto de herramientas para que el fitomejoramiento se realice a un ritmo sin precedentes y de una manera eficiente y rentable, lo que impulsará al fitomejoramiento a ir más allá de su límite actual y pasar a la próxima generación”, concluye Gao.
A medida que la tecnología se expande rápidamente, se ha aplicado a los principales cereales como el arroz, el trigo y el maíz, así como a otros cultivos importantes para la seguridad alimentaria, como la papa y la yuca, señala el documento.
Además, las herramientas asociadas con CRISPR desarrolladas recientemente, como los editores básicos y los editores principales, han ampliado enormemente el alcance de la edición del genoma, escribe Gao. Esto “permite la creación de sustituciones de nucleótidos precisas y deleciones e inserciones de ADN específicas. Las tecnologías CRISPR-Cas, en combinación con métodos de mejoramiento modernos, jugarán un papel importante en los programas de mejoramiento de cultivos ”.
Una gran ventaja de CRISPR sobre otras nucleasas específicas de secuencia programables (SSN) es su capacidad para editar múltiples sitios de destino simultáneamente, señala el documento.
Pero incluso con estos nuevos avances técnicos en la edición del genoma vegetal, todavía no es posible generar todos los cambios deseados en un genoma, escribe Gao. «La edición precisa del genoma, como la generación de sustituciones de bases específicas, inserciones / deleciones de genes y reemplazos de genes, se necesita con urgencia para mejorar los rasgos en los cultivos»
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Aunque los efectos fuera del objetivo son una de las principales preocupaciones en la edición del genoma, Gao señala que la herramienta es aún más específica que el mejoramiento de mutaciones convencional, que introduce muchas mutaciones no deseadas en el genoma de la planta. «Además, un número limitado de mutaciones fuera del objetivo puede eliminarse mediante retrocruzamiento».
Gao también ve un enorme potencial para el sistema CRISPR-Cas para mejorar el diseño de plantas y la biología sintética, una nueva estrategia utilizada para acelerar el desarrollo de nuevos rasgos agronómicos. «Al editar genes endógenos o introducir genes extraños que codifican varias enzimas o componentes de la vía de señalización, los investigadores han podido redirigir redes metabólicas inherentes o establecer nuevas vías en las plantas para producir alimentos enriquecidos con los compuestos naturales o artificiales deseados», informa Gao.
Otra frontera interesante se puede encontrar en la ingeniería del microbioma, que «ya ha tenido un efecto significativo en la producción agrícola», afirma el documento. “En la naturaleza, las plantas están expuestas a billones de microbios, incluidas bacterias, hongos, protozoos, arqueas y virus. Las interacciones beneficiosas entre plantas y microbiomas pueden mejorar el crecimiento de las plantas o controlar los patógenos. La inoculación de microbiomas dentro de un consorcio de rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas puede mejorar el desarrollo de las plantas y ayudar a protegerlas de los patógenos y el estrés abiótico.
“Por lo tanto, se considera que el microbioma representa un ‘segundo genoma’ en las plantas”, explica Gao. «El microbioma de la planta influye en el crecimiento de la planta al alterar la absorción de nutrientes y la expresión génica y actuar como un patógeno de control biológico».
Aún así, se necesita aceptación social y un proceso regulador sensato para que las herramientas de edición del genoma hagan sus contribuciones cruciales al desarrollo de nuevas variedades de cultivos, advierte Gao.
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Los reguladores actualmente adoptan un enfoque basado en procesos o en productos para revisar cultivos editados con genoma. La Unión Europea utiliza regulaciones basadas en procesos, mientras que Canadá, Estados Unidos y Argentina apoyan el enfoque basado en productos. Sin embargo, la mayoría de los demás países aún no han establecido marcos regulatorios.
A pesar de la confusión regulatoria, varias plantas editadas han sido completamente aprobadas utilizando el enfoque basado en productos, informa el documento.
“La mayoría de las plantas editadas con genoma que actualmente están en espera de aprobación en el proceso regulatorio han sido presentadas por instituciones públicas de investigación y pequeñas o medianas empresas”, encuentra Gao. “Sin embargo, si se adopta un enfoque regulatorio restrictivo y se trata a las plantas editadas como transgénicos, se crearían enormes cargas financieras que solo las grandes empresas multinacionales podrían tolerar.
“Dado que la edición del genoma no es una tecnología única sino más bien una caja de herramientas moleculares, un enfoque regulatorio integral y único para todos puede ser inadecuado. En cambio, se debería utilizar un sistema regulatorio escalonado para acomodar las tecnologías existentes y futuras ”, concluye Gao. «Las regulaciones deben ser razonables y fáciles de navegar».
