USDA presenta nueva herramienta de apilamiento de genes para prevenir enfermedades de plantas

Plántula de Arabidopsis (verde brillante), portadora de nuevos genes insertados mediante la técnica GAANTRY, rodeada de plántulas de tipo salvaje Fotografía cortesía de USDA’s Agricultural Research Service, 2018.

Si el cambio climático es la nueva normalidad, los agricultores de algunas regiones del mundo tendrán que acostumbrarse a combatir el moho y los hongos. Para los cultivadores de trigo en particular, las plagas fúngicas ya son un gran problema y se espera que empeoren a medida que cambien los patrones climáticos. Los patógenos fúngicos avanzan hacia el norte a una velocidad promedio de 7 kilómetros por año en todo el mundo.

Científicos de todo el mundo han estado tratando de hacer que el trigo, el cultivo más común del planeta, sea capaz de sobrevivir a las enfermedades fúngicas introduciendo enfermedades -gens resistentes, pero en el pasado, ha sido difícil agregar más de dos o tres de estos genes a la vez.

Ingrese al Servicio de Investigación Agrícola (ARS) del USDA. El 14 de junio, el ARS publicó un estudio piloto sobre un innovador…

Roger Thilmony, biólogo molecular investigador del ARS, dice que su equipo insertó 10 genes en plantas de Arabidopsis y ese no es el límite superior; en teoría, podría ser mucho más. Los genes eran transgénicos, lo que hacía que las plántulas de Arabidopsis brillaran con colores fluorescentes para que los investigadores supieran de un vistazo si los genes se habían insertado con éxito. Sin embargo, también se pueden intercambiar genes de la misma especie o especies relacionadas que tienen algún beneficio, como la resistencia a enfermedades. Esto será importante si GAANTRY se usa para mejorar las plantas de cultivo, que Thilmony dice que es el objetivo final de su trabajo.

El ensamblaje dentro de la Agrobacterium es algo que no había visto antes.

Patrick Shih, Universidad de California, Davis

Por qué el apilamiento de genes ? Múltiples genes para la resistencia a enfermedades dan a los sistemas inmunológicos de las plantas una gama más amplia de herramientas de autodefensa. Eso significa que el trigo, las papas y otros cultivos pueden modificarse genéticamente para tolerar el calor, la sequía, las enfermedades y las plagas, los cuatro jinetes agrícolas del cambio climático.

GAANTRY es más eficiente que las tecnologías de apilamiento anteriores porque corta el intermediario, ensamblando genes directamente en Agrobacteria desarmadas (que luego editan el genoma de las plantas), en lugar de depender de mensajeros de genes externos llamados vectores binarios para transportar genes a las bacterias. La pila se arma usando antibióticos alternos para seleccionar las bacterias que toman los genes de carga. Agrobacterium es una bacteria del suelo que se alimenta de las plantas, provocando agallas y enfermedades de las raíces peludas al invadir el ADN de las plantas. Se ha utilizado en su forma inofensiva para la edición de genes de plantas durante los últimos 15 años.

GAANTRY funciona bien en términos de estabilidad y confiabilidad. Lo que pones en él se queda allí y no pierdes nada de la carga que agregas, dice Thilmony. Esto se debe a dos razones: primero, el equipo del ARS eliminó un gen que de otro modo permitiría que los genes de Agrobacterium se recombinaran. Cuanto menos a menudo se mezclan los genes, menos variación se introduce. En segundo lugar, los genes de carga se cargan en el plásmido de virulencia de la bacteria, en el espacio donde se alojaron previamente los genes que causan enfermedades. Debido a que la virulencia es la forma en que Agrobacterium se ganó la vida durante eones, tiene mecanismos incorporados para mantener estables los genes en ese plásmido.

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Patrick Shih, biólogo de plantas de la Universidad de California, Davis, desarrolló previamente otro método de apilamiento de genes utilizando levadura, que podía autoensamblar genes, pero dependía del uso de sitios de recombinación específicos. Él dice que GAANTRY aborda algo que las otras tecnologías de apilamiento no han ofrecido. . . . El ensamblaje dentro de la Agrobacterium es algo que no había visto antes.

Shih menciona que la pila GAANTRY se ensambló en la Agrobacterium un gen a la vez antes de insertar la pila de 10 genes en plantas, un enfoque que podría ser inconveniente si fuera inherente al sistema.

Thilmony dice que el sistema GAANTRY no se limita a apilar un gen a la vez; los desarrolladores pueden ensamblar pilas en el Agrobacterium utilizando varios genes a la vez. Un proceso iterativo simplemente facilita la recuperación de problemas durante el ensamblaje, porque los genes no se pueden eliminar de la pila una vez que se han agregado. Si hay un problema con el gen número nueve, no querrá tener que empezar de nuevo en el paso uno para reconstruir la pila. En su lugar, podría volver a la versión de ocho genes y comenzar allí.

A diferencia de los OMG transgénicos, que introducen genes de otras especies, las nuevas tecnologías mutagénicas como GAANTRY y CRISPR permiten a los científicos introducir genes resistentes a enfermedades. desde dentro de la misma especie. Los desarrolladores de estos enfoques dicen que es una forma más rápida y precisa de lograr resultados que con las técnicas de reproducción convencionales.

El USDA ofreció la tecnología GAANTRY al mundo sin cargo, pero poco después de que se publicara el estudio GAANTRY, la técnica y otras similares fueron rechazadas por un tribunal de la UE que falló a favor de restricciones más amplias sobre los alimentos modificados genéticamente. Específicamente, la UE ya no hace una distinción entre la edición de genes mutagénicos y transgénicos. Esto significa que los cultivos modificados por tecnologías como CRISPR y GAANTRY ya no están permitidos en la UE, a menos que pasen por un proceso de revisión riguroso y restrictivo.

Ver Poner Resistencia

Sarah Gurr, un patólogo de plantas de la Universidad de Exeter, se muestra escéptico acerca de si GAANTRY está listo para el horario de máxima audiencia. Arabidopsis es una pequeña hierba y no es una planta de cultivo, dice ella. Si bien todo es fantástico, no es necesariamente transferible de una Brassica, que es lo que es Arabidopsis, al trigo, que es enormemente complejo en términos de genoma. Aunque GAANTRY es un gran concepto, dice, está muy lejos de introducirlo en un cultivo en un campo.

Thilmony y su colega Jim Thomson, genetista de plantas en ARS, dicen que, si bien no lo han hecho de manera concluyente demostró la eficacia de GAANTRY en las principales plantas de cultivo; sin embargo, existen datos preliminares que muestran que GAANTRY funciona en arroz, cítricos y papas. También han aprendido que diferentes cepas de Agrobacterium funcionan mejor con diferentes tipos de plantas y están explorando formas de optimizar el emparejamiento.

La preocupación de Gurr con el apilamiento de genes para la resistencia a los hongos es que los patógenos pueden superarlos rápidamente. Ella ha visto cebada con cinco genes apilados (construidos minuciosamente utilizando la reproducción tradicional) superada por un hongo de mildiu polvoriento en tres meses. Zymoseptoria tritici, que causa la mancha del trigo, tiene un genoma muy plástico y muta hacia una mayor virulencia en solo unos días, dice ella. Si los apila, suena genial, pero aún puede ser efímero.

R. Collier et al., Un sistema de apilamiento de genes basado en Agrobacterium versátil y sólido genera plantas transgénicas de Arabidopsis de alta calidad, The Plant Journal, 95:573-83, 2018 .

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