Un nuevo enfoque combina genes para acelerar la transformación de las plantas de biocombustibles de aviación. En un estudio para crear cultivos prometedores para biocombustibles a reacción, los científicos desarrollaron una tecnología para introducir múltiples genes en plantas en un solo paso y la probaron en álamos.
“A medida que avanzamos hacia el objetivo de transformar la industria de la aviación a cero emisiones de carbono para 2050 utilizando combustibles sostenibles, enfrentamos enormes desafíos: técnicos, económicos y biológicos. La capacidad de probar e introducir múltiples genes en las plantas al mismo tiempo acelerará este proceso y aumentará la probabilidad de que alcancemos el objetivo nacional de reemplazar el combustible de aviación 100% basado en petróleo para 2050”, dijo Jerry Tuskan, director ejecutivo de la Centro de Innovación en Bioenergía, Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Departamento de Energía de EE. UU. (ORNL).
Esta tecnología reemplaza el meticuloso método de insertar un gen a la vez en el ADN de la planta objetivo y luego secuenciar la planta para asegurarse de que los genes estén en el lugar correcto y en la orientación correcta para desencadenar las cualidades deseadas.
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Los genes no funcionan en el vacío. Los rasgos complejos que buscan los investigadores, como el crecimiento rápido y la tolerancia a la sequía, a menudo están controlados por múltiples genes. La ingeniería genética tradicional implica agregar un solo gen y su maquinaria bioquímica asociada a las plantas y luego probar y probar el efecto. Luego, este material vegetal se toma y se transforma por segunda vez con otro gen de confirmación, luego con un tercer gen, y así sucesivamente. El complejo resulta ser un proceso muy laborioso.
«Es mucho más eficiente si puede hacerlo todo en una sola transformación», explica Tuskan.
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Los científicos de ORNL han creado un nuevo método de administración utilizando segmentos de proteínas llamados inteínas, que tienen la capacidad natural de separarse de proteínas más grandes y luego unirse para crear nuevas proteínas. Los investigadores utilizaron inteínas para crear un sistema marcador selectivo desacoplado que insertó cuatro genes simultáneamente en las plantas, incluidos los genes que «marcan» o identifican las células transformadas, mantienen su estabilidad y hacen que los biosensores detecten los cambios.
La técnica, descrita en la revista Communications Biology, se demostró utilizando una planta modelo de Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana ) y álamos como biomasa inicial.
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Los híbridos resultantes se examinaron utilizando biosensores basados en luz desarrollados por ORNL y pruebas de ADN vegetal para confirmar que los nuevos genes se habían integrado.
El gerente de proyecto de ORNL, Xiaohang Yang, dijo: “Queremos darle al álamo las cualidades que lo hacen económicamente viable para el cultivo y el procesamiento en combustible para aviones. La nueva capacidad de agrupación de genes se integra fácilmente en los procesos de transformación de plantas existentes y ofrece resultados mucho más rápidos”.
Como parte de su misión de desarrollar materias primas no alimentarias sostenibles para combustible de aviación limpio, los científicos han identificado un gen responsable de los altos rendimientos, la tolerancia a la sequía y la composición de la biomasa que se procesa más fácilmente en biocombustibles.
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Young y sus colegas comenzaron a trabajar en una iteración del método de inserción de 12 genes simultáneamente: 10 relacionados con las funciones biológicas del álamo y dos marcadores. Yang dijo que es completamente posible mejorar la tecnología para superponer hasta 20 genes.
(Fuente: ORNL. Aquí se muestra una planta modificada con el sistema de edición de genes CRISPR que brilla de color verde brillante bajo la influencia de un biosensor desarrollado en ORNL. Foto de: Genevieve Martin/ORNL, Departamento de Energía de EE. UU.)
