Utilizando un método genético simple y poderoso para modificar genes nativos de dos variedades populares de plantas de tomate, un equipo del Laboratorio Cold Spring Harbor CSHL ha ideado un método rápido para hacer que florezcan y produzcan fruta madura más de 2 semanas más rápido quelos criadores comerciales actualmente pueden hacerlo.
Esto significa más plantaciones por temporada de crecimiento y, por lo tanto, un mayor rendimiento. En este caso, también significa que la planta se puede cultivar en latitudes más al norte de lo que es posible actualmente, un atributo importante a medida que el clima de la Tierra se calienta.
"Nuestro trabajo es una demostración convincente del poder de la edición de genes - tecnología CRISPR - para mejorar rápidamente los rasgos de rendimiento en el mejoramiento de cultivos", dice el profesor asociado de CSHL Zachary Lippman, quien dirigió la investigación. Las aplicaciones pueden ir mucho más allá del tomateLa familia, dice, para incluir muchos cultivos alimentarios importantes como el maíz, la soja y el trigo de los que depende gran parte del mundo.
Lippman aclara que la técnica que publica su equipo Genética de la naturaleza se trata de algo más que simplemente aumentar el rendimiento ". Realmente se trata de crear un conjunto de herramientas genéticas que permita a los productores y obtentores en una sola generación ajustar el momento de la producción de flores y, por lo tanto, el rendimiento, para ayudar a adaptar nuestras mejores variedades para crecer en partes demundo donde actualmente no prosperan "
En el corazón del método se encuentran los conocimientos obtenidos por Lippman y sus colegas, incluidos los científicos de plantas en el Instituto Boyce Thompson en Ithaca, Nueva York y en Francia, dirigidos por el Dr. José Jiménez-Gómez, sobre la evolución del proceso de floración en muchos cultivosy sus parientes silvestres en lo que respecta a la duración del período de luz en un día. La investigación genética reveló por qué la planta de tomate cultivada de hoy en día no es muy sensible a esta variable en comparación con los parientes silvestres de América del Sur. De alguna manera, no importa mucho domesticarlas plantas si tienen 12 horas de luz diurna o 16 horas; florecen prácticamente en el mismo punto después de plantar.
Un sistema hormonal bien conocido regula el tiempo de floración y, por lo tanto, el momento en que la planta generará su primer fruto maduro. La hormona florígena y una hormona "anti-florígena" contrarrestante llamada SP para la AUTODORTE actúan juntas, enmoda yin-yang, para promover o retrasar la floración, respectivamente. En una fase de la investigación recientemente reportada, los investigadores estudiaron una especie de tomate silvestre nativa de las Islas Galápagos, cerca del ecuador, con días y noches cerca de 12 horas al año- Alrededor. Querían saber por qué, cuando se cultiva en las latitudes del norte con días de verano muy largos, esta planta florece muy tarde en la temporada y produce pocos frutos.
Aprendieron que el tomate ecuatorial silvestre era extremadamente sensible a la luz del día. Cuanto más largo es el día, más largo es el tiempo de floración, mientras que "cuando tienes un período de luz más corto, como en el hábitat nativo de la planta, florecen más rápido,"Lippman dice. Esto sugirió que hubo un cambio genético en las plantas de tomate que ocurrió en algún momento antes o durante la domesticación de las plantas de tomate silvestre. Lippman sospecha que estos cambios probablemente ya habían ocurrido cuando el conquistador español Cortez trajo tomates a Europa desde México en elprincipios del siglo XVI, comenzando la era de la adopción generalizada de la planta en latitudes del norte medio.
Lippman y sus colegas rastrearon la pérdida de sensibilidad durante el día en tomates domesticados a mutaciones en un gen llamado SP5G SELF PRUNING 5G. Es un miembro de la misma familia de genes florigen y anti-florigen que ya se sabía que regulaban la floracióntiempo en tomate.
Lippman y sus colegas cultivaron la planta de tomate silvestre de Galápagos en invernaderos y campos en Nueva York, y observaron un fuerte aumento en la expresión y actividad de la hormona anti-florígena codificada por el gen SP5G, lo que hace que la floración ocurra mucho más tarde.plantas de tomate domesticadas, en contraste, ese aumento de anti-florigen es mucho más débil.
La principal innovación del equipo, que genera variedades de tomates cherry y roma que florecen mucho antes que las variedades domesticadas en las que se basan, surge de la observación de que si bien las plantas domesticadas son notablemente insensibles a la duración del día, "hubo algunos residuosexpresión del gen anti-florigen SP5G ", dice Lippman.
Esto llevó al equipo a emplear la herramienta de edición de genes CRISPR para inducir pequeñas mutaciones en el gen SP5G. El objetivo era inactivar el gen por completo de modo que no generara ninguna proteína anti-florigénica.
Cuando esta versión modificada de SP5G se introdujo en las variedades populares de roma y tomate cherry, las plantas florecieron antes y, por lo tanto, produjeron frutos que maduraron antes. Al ajustar otro gen anti-florígeno que hace que las plantas de tomate crezcan en un arbusto denso, compacto y arbustode la misma manera, las variedades de floración temprana eran aún más compactas y de rendimiento temprano, un rasgo que el equipo llama "doble determinación".
"Lo que hemos demostrado aquí es un avance rápido", dice Lippman. "Ahora tenemos una estrategia simple para eliminar por completo la sensibilidad a la luz del día en las plantas híbridas y endogámicas de élite que ya se están cultivando. Esto podría permitir a los productores expandir su producción".rango geográfico de cultivo, simplemente usando CRISPR para 'adaptar' rápidamente el tomate y otros cultivos a latitudes más septentrionales, donde los veranos tienen días muy largos y temporadas de cultivo muy cortas ".
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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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