Los científicos del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL han aprovechado el poder aún sin explotar de la edición del genoma para mejorar los cultivos agrícolas. Utilizando el tomate como ejemplo, han movilizado la tecnología CRISPR / Cas9 para generar rápidamente variantes de la planta que muestran un amplio continuode tres rasgos separados, importantes desde el punto de vista agrícola: tamaño de la fruta, arquitectura de ramificación y forma general de la planta. Todos son componentes principales para determinar cuánto rendirá una planta. El método está diseñado para funcionar en todos los cultivos de alimentos, piensos y combustibles, incluidos los alimentos básicos.arroz, maíz, sorgo y trigo.
"Las tasas actuales de aumento del rendimiento de los cultivos no satisfarán las futuras demandas agrícolas del planeta a medida que crezca la población humana", dice el profesor de CSHL Zachary Lippman, quien dirigió la investigación. "Una de las limitaciones más severas es que la naturaleza no ha proporcionadosuficiente variación genética para que trabajen los mejoradores, especialmente para los principales rasgos de rendimiento que pueden involucrar a docenas de genes. Nuestro laboratorio ahora ha utilizado la tecnología CRISPR para generar una nueva variación genética que puede acelerar la mejora de los cultivos y hacer que sus resultados sean más predecibles ".
Los experimentos del equipo, publicados hoy en Celda , involucra el uso de "tijeras" CRISPR para hacer cortes múltiples dentro de tres secuencias del genoma del tomate conocidas como promotores - áreas de ADN cerca de genes asociados que ayudan a regular cuándo, dónde y en qué nivel estos genes de "rendimiento" están activos durante el crecimientoDe esta forma, al generar múltiples conjuntos de mutaciones dentro de cada una de estas regiones reguladoras, los científicos pudieron inducir una amplia gama de cambios en cada uno de los tres rasgos específicos.
"Lo que demostramos con cada uno de los rasgos", explica Lippman, "fue la capacidad de usar CRISPR para generar una nueva variación genética y de rasgos que los criadores pueden usar para adaptar una planta a las condiciones. Cada rasgo ahora se puede controlar en elforma en que un atenuador controla una bombilla "
Al usar CRISPR para mutar secuencias reguladoras, los promotores de genes de "rendimiento" relevantes en lugar de los genes mismos, el equipo de CSHL descubre que pueden lograr un impacto mucho más sutil en los rasgos cuantitativos. Ajuste de la expresión génica en lugar de eliminaro la inactivación de las proteínas que codifican es más probable que beneficie a la agricultura comercial debido a la flexibilidad que dicha variación genética proporciona para mejorar los rasgos de rendimiento.
"La reproducción tradicional implica un gran tiempo y esfuerzo para adaptar variantes beneficiosas de genes relevantes a las mejores variedades, que deben mejorarse continuamente cada año", dice Lippman. "Nuestro enfoque puede ayudar a evitar esta restricción generando y seleccionando directamente la mayoríavariantes deseables que controlan la actividad génica en el contexto de otras mutaciones naturales que benefician la reproducción. Ahora podemos trabajar con el ADN nativo y mejorar lo que la naturaleza ha proporcionado, lo que creemos que puede ayudar a romper las barreras de rendimiento ".
Cada una de las áreas mutadas crea lo que se conoce como loci de rasgos cuantitativos QTL. En cualquier planta dada, QTL ha surgido naturalmente durante miles de años, el resultado de mutaciones espontáneas que causaron cambios sutiles en los rasgos de rendimiento. Búsqueda y explotaciónQTL de la naturaleza ha sido un objetivo de los fitomejoradores durante siglos, pero los QTL más valiosos, aquellos que causan cambios sutiles en los rasgos, son raros. Lippman y su equipo ahora han demostrado que QTL generado por CRISPR se puede combinar con QTL existentecrear "juegos de herramientas" de variación genética que excedan lo que se encuentra en la naturaleza.
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Materiales proporcionado por Laboratorio Cold Spring Harbor . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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