La soja (Glycine max) es uno de los cultivos de mayor impacto económico y social del mundo, ya que proporciona un porcentaje significativo de todas las proteínas para el consumo animal a escala global y desempeña un papel clave en la producción de petróleo, la fabricación y las aplicaciones de biocombustibles.
por el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth
Se estima que en 2022 se produjeron en Estados Unidos 4.300 millones de bushels de soja, una disminución de casi 200 millones de bushels en comparación con el año anterior.
Para mantenerse al día con la creciente demanda de alimentos para animales a base de soja, el USDA proyecta que la superficie cultivada con soja aumentará un 19,6% para 2032. El mejoramiento híbrido de soja tiene el potencial de aumentar la productividad de uno de los cultivos más plantados y consumidos en las Américas. , sin embargo, ha permanecido en gran medida inexplorado.
Una nueva investigación realizada por científicos del Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth y la Universidad de Cornell proporciona una tecnología clave que permite producir un cruzamiento obligado en la soja. El estudio recientemente publicado, «La introducción de barnasa/barstar en la soja produce un sistema de esterilidad masculina rescatable para el cultivo de híbridos» en el Plant Biotechnology Journal , ha revelado que el cruzamiento obligado con las líneas Barnase/Barstar proporciona un nuevo recurso que se puede utilizar para amplificar conjuntos de semillas híbridas, lo que permite realizar pruebas a gran escala de heterosis en este importante cultivo.
Actualmente, la soja se autopoliniza en un 99%, lo que impide que se produzcan ganancias mediante la hibridación. El mejoramiento híbrido para aumentar el vigor se ha utilizado durante más de un siglo para aumentar la producción agrícola sin requerir mayores insumos. Si bien este enfoque ha dado lugar a algunas de las ganancias más sustanciales en la productividad de los cultivos, las barreras al mejoramiento genético han limitado fundamentalmente a que la soja obtenga los beneficios del vigor híbrido.
La soja produce flores discretas que se autofertilizan antes de abrirse y, por lo tanto, no son fáciles de cruzar. Esto se debe en parte a las limitaciones de los enfoques actuales, que no han logrado producir un cruzamiento obligado confiable en la soja.
El equipo de investigación demostró que el sistema de esterilidad masculina/rescate masculino de Barnase/Barstar se puede utilizar en la soja para producir semillas híbridas. Al expresar la ribonucleasa citotóxica, Barnase, bajo un promotor específico del tapete en las anteras de la soja, pudieron bloquear completamente la maduración del polen, creando plantas androestériles. También demostraron que se puede rescatar la fertilidad en la generación F1 de estas líneas que expresan Barnasa cuando se cruzan con polen de plantas que expresan el inhibidor de Barnasa, Barstar.
«Es importante destacar que descubrimos que el rescate exitoso de la fertilidad masculina depende de la dosis relativa de Barnase y Barstar. Cuando Barnase y Barstar se expresaron bajo el mismo promotor específico del tapete, la descendencia F1 permaneció masculinamente estéril. Cuando expresamos Barstar bajo un promotor relativamente más fuerte que Barnase, pudimos lograr un rescate exitoso de la fertilidad masculina en la generación F1», dijo Patricia Baldrich, Ph.D., coautora del trabajo e investigadora principal del Centro Danforth.
Este trabajo demuestra la implementación exitosa de un enfoque biotecnológico para producir descendencia híbrida fértil en soja. Dada la importancia de la soja para la agricultura mundial, los avances en la productividad de la soja podrían tener un impacto transformador y promover la agricultura sostenible al permitir a los agricultores producir mayores rendimientos en la superficie existente.
«La soja mejorada es un objetivo a largo plazo de los agricultores, fitomejoradores y científicos», dice Blake Meyers, Ph.D., investigador principal del Centro Danforth y profesor de ciencias vegetales en la Universidad de Missouri. «Las mejoras podrían tener un efecto potencialmente sustancial y también ofrecer un beneficio a los asediados polinizadores«.
«Este trabajo es el primer paso hacia el desarrollo de un sistema de mejoramiento híbrido para la soja. Ver a Nicole Szeluga, estudiante de doctorado en la Universidad de Cornell y autora principal de este artículo, llevar el proyecto desde el diseño hasta la realización me ha enorgullecido mucho. Estoy emocionada de ver cómo se desarrolla el proyecto del equipo en los próximos años», dice la autora correspondiente Margaret Frank, Ph.D., profesora asistente en la Facultad de Ciencias Vegetales Integrativas de la Universidad de Cornell.
La soja de polinización cruzada tiene el potencial de aumentar el rendimiento gracias al llamado «vigor híbrido», proporcionar forraje para los polinizadores y permitir a los agricultores producir más soja en menos tierra. Para lograr este objetivo, el equipo ahora está trabajando en rasgos adicionales de las flores de soja, que cuando se apilen o se combinen con las líneas masculinas estériles, representarán un enfoque sistemático para permitir la producción de semillas de soja híbridas.
«Como estudiante de posgrado, encuentro una inmensa satisfacción al observar la evolución continua de este proyecto, desde la conceptualización hasta la experimentación, seguido de un análisis de datos exhaustivo y una publicación. Me entusiasma ser parte de una investigación que tiene el potencial de generar cambios impactantes. en el mundo», añadió Ryan DelPercio, becario predoctoral USDA-NIFA-AFRI en la Universidad de Missouri y miembro del laboratorio Meyers.
Más información: Nicole Szeluga et al, La introducción de barnasa/barstar en la soja produce un sistema de esterilidad masculina rescatable para el cultivo de híbridos, Plant Biotechnology Journal (2023). DOI: 10.1111/pbi.14155
