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Injertos y CRISPR móvil para la edición de genomas en plantas

Injerto y CRISPR móvil para la edición del genoma en plantas

Científicos del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas, están aplicando un giro innovador a la herramienta CRISPR, también conocida como "tijeras genéticas" para la edición de genomas de plantas. El descubrimiento podría simplificar y acelerar el desarrollo de nuevas variedades de cultivos comerciales genéticamente estables mediante la combinación de injertos con una herramienta CRISPR "móvil".

4. Enero 2023

 

Muchos cultivos que alimentan al mundo ya están amenazados por el calor, la sequía y las plagas de las plantas, y estos factores se están exacerbando aún más por un clima cambiante. Para preparar estas plantas esenciales para el futuro para obtener rendimientos de cultivos eficientes y efectivos en condiciones difíciles, los genomas de las plantas se pueden editar con alta precisión utilizando el sistema CRISPR / Cas9 para introducir funciones genéticas beneficiosas o eliminar las desfavorables. Si bien CRISPR / Cas9 es un enorme paso adelante para el fitomejoramiento, sigue siendo una solución costosa y laboriosa, lo que la hace inviable para su aplicación en la mayoría de las plantas. El reciente desarrollo realizado por el equipo de científicos del Instituto Max Planck de Fisiología Molecular de Plantas en Alemania supera estas limitaciones.

ARN como portador de CRISPR


El plano de las tijeras del gen CRISPR / Cas9 se transporta como ARN desde el portainjerto de una planta modificada genéticamente hasta el brote injertado de una planta no modificada. Allí, la proteína de tijeras del gen se construye con la ayuda del ARN. La proteína del gen tijeras edita genes específicos en las flores. Las plantas en la próxima generación llevan la modificación genética deseada.

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El plano de las tijeras del gen CRISPR / Cas9 se transporta como ARN desde el portainjerto de una planta modificada genéticamente hasta el brote injertado de una planta no modificada. Allí, la proteína de tijeras del gen se construye con la ayuda del ARN. La proteína del gen tijeras edita genes específicos en las flores. Las plantas en la próxima generación llevan la modificación genética deseada.

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Las plantas de cultivo comerciales deben ser genéticamente estables, no pueden contener ninguna secuencia genética del sistema CRISPR / Cas9 y deben estar libres de transgenes. Normalmente, esto se logra a través del cruce a lo largo de muchas generaciones o a través de tediosos procesos de regeneración. Ambos requieren mucho tiempo y dinero y son difíciles, o incluso imposibles en muchas plantas de cultivo. Un equipo de científicos dirigido por Friedrich Kragler se propuso cambiar esto. Como parte del proyecto PLAMORF, financiado con fondos europeos, y el proyecto de prueba de concepto financiado por el Ministerio de Investigación de Alemania, están estudiando secuencias de transporte que permiten el movimiento de ARN desde las raíces hasta los brotes. El grupo de investigación identificó las llamadas secuencias similares al ARNt (TLS) que actúan como señales para el movimiento a larga distancia de ARN dentro de las plantas. El reciente avance se produjo al combinar este descubrimiento con el sistema de edición del genoma CRISPR / Cas9. Al agregar tal TLS a las secuencias CRISPR / Cas9, las plantas producen versiones "móviles" de ARN CRISPR / Cas9. Luego se injerta un brote sin transgenes y sin modificar en las raíces de las plantas que contienen el ARN móvil CRISPR / Cas9, que luego se mueve desde la raíz hasta el brote y, finalmente, hacia las flores que producen las semillas.

"La magia ocurre en las flores", explica Friedrich Kragler. "El ARN CRISPR / Cas9 se mueve y se convierte en la proteína correspondiente, que es la 'tijera genética' real. Edita el ADN de la planta en las flores. Pero el sistema CRISPR/Cas9 en sí no está integrado en el ADN. Por lo tanto, las semillas que luego se desarrollan a partir de estas flores llevan solo la edición deseada. No hay rastro del sistema CRISPR / Cas9 en la próxima generación de plantas y funciona con una eficiencia sorprendentemente alta".

Un sistema de edición para muchas plantas de cultivo

Lo que hace que el nuevo sistema sea aún más emocionante es la posibilidad de combinar diferentes especies. Los científicos demostraron que la "edición" de esta manera no solo funciona cuando la raíz y el brote en el injerto son de la misma especie de planta, en este caso la planta modelo Arabidopsis o el berro thale. También injertaron brotes de su pariente comercial, la colza, en raíces de Arabidopsis que producen el móvil CRISPR / Cas9. Alentadoramente, el equipo de Friedrich Kragler también encontró plantas de colza editadas.

"Nuestro novedoso sistema de edición de genes se puede utilizar de manera eficiente para muchos programas de mejoramiento y plantas de cultivo. Esto incluye muchas especies de plantas agrícolas importantes que son difíciles o imposibles de modificar con los métodos existentes", concluyó.

 
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