El CSIC desarrolla un nuevo método que silencia genes en plantas para mejorar el rendimiento de los cultivos

Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha desarrollado un nuevo método que silencia genes en plantas para mejorar el rendimiento de los cultivos, según informa el CSIC.

El trabajo, publicado en 'Plant Biotechnology Journal', revela que la técnica utiliza secuencias de ácido ribonucleico (ARN) ultracortas transportadas por virus modificados genéticamente para conseguir el silenciamiento genético, lo que permitiría la personalización de los rasgos de las plantas. De este modo, este método abre nuevas vías para la mejora de los cultivos, la genómica funcional y la agricultura sostenible.

La tecnología de vectores virales supone la modificación de virus, eliminando el material genético que causa las enfermedades para convertirlos en vehículos que transportan la secuencia de ARN que se desee introducir en un organismo.

Se trata de una técnica, denominada 'inserciones de ARN corto transportadas por virus' (vsRNAi) que, aplicada en plantas, ya ha demostrado su eficacia en condiciones experimentales para inducir la floración y acelerar el desarrollo de variedades de cultivos mejoradas; modificar la arquitectura de las plantas para facilitar su adaptación a la mecanización; mejorar la tolerancia a la sequía; o producir metabolitos beneficiosos para la salud humana, entre otras aplicaciones.

El método desarrollado por el CSIC, junto al Instituto Universitario de Investigación de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana (COMAV) y el Departamento de Aplicaciones e Innovación en Supercomputación (Cineca) italiano, supone una optimización de las plataformas tecnológicas para acelerar el desarrollo y la validación de aplicaciones agrícolas basadas en vectores virales, tal y como señala la institución.

"Hemos implementado enfoques de biología sintética compatibles con la futura producción a escala industrial", afirma el director del estudio e investigador Ramón y Cajal en el Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), Fabio Pasin.

Así, los investigadores explican que mediante la utilización de un virus vegetal benigno se transportan moléculas de ARN corto a las plantas, lo que desencadena un proceso de 'interferencia de ARN' (RNAi), un mecanismo que apaga los genes de forma específica, impidiendo que la información de un gen se traduzca en una proteína.

Para ello, han empleado una combinación de genómica comparativa y transcriptómica para diseñar 'vsRNAi' dirigidos a genes específicos en plantas, y así demostrar que la inserción de secuencias de ARN tan cortas, formadas por 24 nucleótidos (unidades estructurales básicas del ácido ribonucleico), pueden silenciar eficazmente genes en plantas.

Pasin destaca que "esta innovación reduce drásticamente el tamaño y la complejidad de los constructos tradicionales de silenciamiento génico inducido por virus, lo que permite aplicaciones más rápidas, baratas y escalables".

Para ello, el equipo investigador se centró en el gen 'CHLI', esencial para la biosíntesis de la clorofila, y diseñó vectores virales que transportaron inserciones de entre 20 y 32 nucleótidos, que se introdujeron en una planta modelo. Los ejemplares tratados mostraron un amarillamiento visible de las hojas y reducciones significativas en los niveles de clorofila, lo que confirmó un silenciamiento génico robusto.

El investigador del CIB-CSIC añade que "la secuenciación de ARN pequeño reveló que el enfoque 'vsRNAi' desencadena la producción de ARN pequeños, de 21 y 22 nucleótidos, lo que se correlaciona con una regulación negativa, proceso por el cual la expresión de un gen se reduce o se detiene, eficaz de la transcripción".

El trabajo supuso la aplicación de este enfoque en la planta modelo 'Nicotiana benthamiana', demostrando su eficacia para producir los cambios fenotípicos deseados en cultivos de la familia botánica de las 'Solanaceae', que incluye hortalizas y cultivos básicos para la alimentación de los seres humanos, como la patata.

Dentro de esta familia, la técnica se empleó en cultivos de tomate y berenjena escarlata (Solanum aethiopicum), una especie infrautilizada que posee un gran potencial para ser cultivada más allá de las zonas actuales, en África y Brasil, pudiendo extenderse incluso en Europa, donde cuenta una producción nicho y ecotipos locales como la italiana 'Rossa di Rotonda'.

Asimismo, Pasin manifiesta que "la técnica podría suponer un cambio revolucionario para la investigación básica, especialmente para las plantas no modelo con disponibilidad limitada de recursos genéticos y herramientas biotecnológicas, pero también para la agricultura, ya que permite la alteración a demanda de los rasgos de los cultivos y el control selectivo de las plagas y enfermedades de estos".

El trabajo concluye que los resultados plantean "importantes implicaciones" para la agricultura, ya que podrían utilizarse para alterar transitoriamente los rasgos de los cultivos con el fin de obtener fenotipos específicos que permitan mejorar su rendimiento, la resistencia a las enfermedades y el contenido nutricional.