Un pequeño cambio genético podría aumentar el rendimiento de la caña de azúcar en casi un 20%

La mayoría de nosotros sentimos un tic desagradable cuando hablamos de la modificación genética de las plantas que comemos. Pensamos en el cambio de mecanismos complejos que pueden tener efectos desconocidos y de gran alcance. Pero ¿y si fuera algo mucho más sencillo? En un nuevo estudio, los investigadores utilizaron el sistema de tijeras genéticas CRISPR/Cas9 para modificar el ángulo de las hojas de la caña de azúcar, permitiendo que la planta capture más luz solar. Este cambio tuvo un gran efecto en la cantidad de biomasa producida.

combustible de azúcar

La caña de azúcar es uno de los cultivos más importantes del mundo. De hecho, en términos de producción de biomasa, es el cultivo más grande del mundo, con casi 2 mil millones de toneladas producidas anualmente. Produce el 80% del azúcar que utiliza el mundo entero. Pero hay otra razón por la que los científicos están interesados ​​en él: los biocombustibles.

Debido a que la planta de caña de azúcar es bastante grande y utiliza el agua de manera muy eficiente, es una candidata ideal para producir diversos bioproductos. Pero, sobre todo, es útil en la producción de biocombustibles. Actualmente, la caña de azúcar se utiliza para producir casi el 40% de los biocombustibles mundiales. Los defensores de esta tecnología dicen que incluso podría reemplazar el combustible para aviones.

Hay otra ventaja de utilizar la caña de azúcar como biocombustible en lugar de como alimento: nuestros prejuicios. En general, la gente se resiste mucho a comer alimentos genéticamente modificados. Pero están menos interesados ​​en saber de dónde viene su combustible (como lamentablemente todos hemos visto durante la actual crisis climática).

Genes y hojas

Sin embargo, editar el bastón no es tarea fácil. La mayoría de los cultivares utilizados son híbridos de dos plantas (Saccharum officinarum y saccharum espontaneo), lo que da como resultado una cantidad de cromosomas que oscila entre 100 y 120. Esta complejidad genética requiere enfoques innovadores para la mejora de cultivos.

La composición genética de la caña de azúcar es cada vez más compleja ya que contiene muchas copias de cada gen. Esta redundancia significa que las características exhibidas por una planta de caña de azúcar resultan de los efectos combinados de estas múltiples copias de los genes. Pero la herramienta de edición genética CRISPR/Cas9 (a menudo llamada «tijeras genéticas») es ideal para esta tarea. Puede diseñarse para modificar un número pequeño o grande de estas copias de genes simultáneamente.

Investigadores de la Universidad de Florida utilizaron CRISPR/Cas9 para centrarse en el gen LIGULELESS1 (LG1), que desempeña un papel crucial en el desarrollo de las lígulas y aurículas de las hojas en el pasto.

Querían manipular este gen para optimizar la arquitectura de la copa de la caña de azúcar. Utilizando el sistema CRISPR/Cas9, se dirigieron a múltiples copias del gen LG1 dentro del genoma de la caña de azúcar e indujeron mutaciones que dieron como resultado diferentes ángulos de inclinación de las hojas. Estas modificaciones permitieron a los investigadores identificar el ángulo óptimo de la hoja para maximizar la captura de luz y el rendimiento de biomasa.

«En algunas de las cañas de azúcar editadas con LG1, sólo mutamos algunas de las copias», dijo Fredy Altpeter, líder del equipo de investigación y profesor de Agronomía en la Universidad de Florida. «Y al hacerlo, pudimos moldear la arquitectura de las hojas hasta que encontramos el mejor ángulo que resultó en una mayor producción de biomasa».

Biomasa de construcción

Se cultivaron tres líneas transgénicas con diferentes niveles de coedición LG1 (12%, 53% y 95%) en condiciones de invernadero y de campo. Estas pruebas demostraron que a medida que aumentaba la frecuencia de la coedición, el ángulo de inclinación de las hojas se hacía más pronunciado. Los resultados más destacables se observaron en la línea con un 12% de coedición, lo que provocó una reducción del 56% en el ángulo de inclinación de las hojas y un aumento del 18% en el rendimiento de biomasa seca.

Las implicaciones de esta investigación son profundas y pueden marcar un paso significativo en la edición de cultivos. Muestra cómo una herramienta genética puede optimizar la arquitectura foliar, abriendo un nuevo e interesante camino para mejorar el rendimiento de biomasa, un factor crítico para muchas plantas de cultivo diferentes.

«Esta es la primera publicación revisada por pares que describe una prueba de campo de caña de azúcar editada con CRISPR», dijo Altpeter. «Y este trabajo también muestra oportunidades únicas para editar los genomas de cultivos poliploides, donde los investigadores pueden ajustar un rasgo específico».

Referencia de la revista: Eleanor J. Brant et al, El alcance de la coedición multialélica de LIGULELESS1 en la caña de azúcar altamente poliploide ajusta el ángulo de inclinación de la hoja y permite la selección de ideotipos para el rendimiento de la biomasa. Revista de biotecnología vegetal (2024). DOI: 10.1111/pbi.14380