Un novedoso sistema de manipulación genética incrementa el número de granos por planta

El maíz y el arroz son fuentes muy importantes de calorías para el ser humano. Ambos cereales han estado sujetos a la selección humana durante miles de años. Mejorar la producción es uno de los objetivos que se han marcado los científicos en los últimos decenios; sobre todo porque, a medida que el planeta se va calentando a causa del cambio climático, preocupa cada vez más la capacidad para cultivar suficientes alimentos para alimentar a una población en constante crecimiento.

Buena parte de los estudios científicos que buscan mejorar el rendimiento de los cultivos de maíz y arroz se centran en aspectos relacionados con el número de granos por planta. Un equipo de investigadores chinos y alemanes ha descubierto que desactivando determinados genes en el maíz y el arroz mejoran los rendimientos de los cultivos. El hallazgo abre asimismo la puerta a la creación de nuevas especies más resistentes al cambio climático mediante la manipulación genética.

En su artículo, que acaba de ser publicado en la revista ‘Science’, el grupo de investigadores describe el mapeo de los genomas de ambas plantas como una forma de buscar genes asociados con el rendimiento del grano, utilizando el editor de genes CRISPR, una nueva técnica de edición genética que está revolucionando la biología.

CRSIPR es el acrónimo en inglés de Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Repeticiones Palindrómicas Cortas Agrupadas y Regularmente Espaciadas), una técnica que permite ‘elegir’ determinadas zonas del ARN y editar (cortar, reparar, modificar…) los genes a voluntad.

Gracias a esta técnica, los investigadores chinos y alemanes rapearon los genomas del maíz y el arroz, buscaron los genes relacionados con el rendimiento del grano y descubrieron que ‘desactivando’ dos genes concretos aumenta el número de hileras de granos por planta.

Más granos por planta

Durante el estudio encontraron 490 pares de genes que parecían tener funciones similares en ambas plantas; redujeron los genes a solo dos, uno de maíz y otro de arroz, y descubrieron que ambos producen un tipo de proteína que regula la cantidad de granos que puede producir una planta determinada. Tras desactivarlos, plantaron cultivos de prueba usando las semillas con los genes editados y midieron su rendimiento medio.

Los resultados no dejan lugar a la duda: los investigadores descubrieron que las plantas con genes modificados producían más granos por planta que los grupos de control. Observaron aumentos de rendimiento del 10% en el caso maíz y del 8% en el del arroz.

También estudiaron las plantas modificadas genéticamente para ver si podían detectar otros cambios, específicamente aquellos que podrían tener un impacto negativo en el crecimiento de las plantas, pero no encontraron ninguno.

Los investigadores señalan que su técnica proporciona un “enfoque razonable” para aumentar el rendimiento de los cultivos y postulan que las plantas modificadas podrían mezclarse con variedades silvestres para crear “nuevas especies que podrían ser más resistentes al cambio climático”.

El autor principal del estudio, Wenkang Chen, y sus colegas examinaron también los genomas del ancestro evolutivo del maíz, el teosinte, en busca de señales evolutivas de selección para mejorar el rendimiento, e identificaron la sección de ADN que determina el número de granos por planta.

Mediante la elaboración de un mapa detallado de esta región genómica, los científicos localizaron en el maíz el gen KRN2, y su homólogo en el arroz, el OsKRN2, y determinaron que ambos están asociados a las proteínas WD40, que regulan de forma negativa el número de granos en ambos cultivos. Esto es, cuanto mayor es la concentración de WD40 menos granos tiene la planta.

Experimentos de edición genética

A continuación, experimentos de edición genética y ensayos de campo controlados realizados en ambos cultivos, los autores del estudio demostraron que la eliminación de esos dos genes genera el ya citado aumento de la producción de grano del 10% y el 8% en el maíz y el arroz, respectivamente.

Tanto el maíz como el arroz muestran en su evolución durante los últimos miles de años algunos cambios fenotípicos conservados, incluida la pérdida de la dispersión de semillas, la disminución de su latencia y el aumento del número de granos. Y todo ello a pesar de que experimentaron una selección independiente.

“Nuestros hallazgos muestran que los cambios fenotípicos comunes durante la evolución del maíz y el arroz que actúan sobre los genes conservados son impulsados, al menos en parte, por la selección convergente, que en el maíz y el arroz probablemente ocurrió tanto durante como después de la ‘domesticación’”, recoge el estudio.

“Proporcionamos evidencia evolutiva y funcional sobre la selección convergente de KRN2 y OsKRN2 para el número de granos entre maíz y arroz”, añaden. “Explorar el papel de KRN2, OsKRN2 y otros genes seleccionados de forma convergente en los cereales podría brindar nuevas oportunidades para mejorar la producción de otros cultivos globales”, concluye el informe.

Producción mundial de maíz y arroz

El Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA) hace solo unos días que la producción mundial de arroz en la temporada 2021/2022 rondará los 514,07 millones de toneladas, 4.39 millones de toneladas más que en la anterior.

Los principales productores mundiales de arroz son:

• China: 148.990.000 toneladas.
• India: 129.000.000 toneladas.
• Bangladesh: 35.850.000 toneladas.
• Indonesia: 35.400.000 toneladas.
• Vietnam: 27.194.000 toneladas.
• Tailandia: 19.700.000 toneladas.

La Unión Europea ‘solo’ produce 1.854.000 toneladas de arroz por temporada.

USDA, por otro lado, estima que la producción mundial de maíz 2021/2022 será de 1.206,14 millones de toneladas, 82.87 millones de toneladas que en la temporada anterior.

Los principales productores mundiales de maíz son:

• Estados Unidos: 383.943.000 toneladas.
• China: 272.552.000 toneladas.
• Brasil: 114.000.000 toneladas.
• Unión Europea: 69.800.000 toneladas.
• Argentina: 53.000.000 toneladas.
• Ucrania: 41.900.000 toneladas.

Fuente: información.es