El uso de la poderosa herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 podría ayudar a criar árboles de cacao que exhiban rasgos deseables, como una mayor resistencia a las enfermedades, según los científicos de plantas de Penn State.
El árbol de cacao, que crece en regiones tropicales, produce los granos de cacao que son la materia prima del chocolate. La productividad confiable de las plantas de cacao es esencial para la industria multimillonaria del chocolate, las economías de los países productores y el sustento de millones depequeños productores de cacao.
Pero cada año, varias enfermedades de las plantas limitan severamente la producción mundial, con un 20-30 por ciento de las vainas de cacao destruidas antes de la cosecha, señaló el autor principal Andrew Fister, académico postdoctoral en ciencias de las plantas, Facultad de Ciencias Agrícolas, Penn State.
"En África occidental, los brotes severos de enfermedades fúngicas pueden destruir toda la fruta del cacao en una sola granja", dijo Fister. "Debido a que las enfermedades son un problema persistente para el cacao, mejorar la resistencia a las enfermedades ha sido una prioridad para los investigadores. Pero el desarrollo de enfermedadeslas variedades resistentes a la energía se han ralentizado por la necesidad de fuentes de resistencia genética y el largo tiempo de generación de los árboles de cacao ". Los investigadores informaron recientemente, en Frontiers in Plant Science, los resultados del estudio, que se consideraron los primeros en demostrar la viabilidadde usar tecnología CRISPR de vanguardia para mejorar el cacao Theobroma.
CRISPR significa repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente espaciadas. Es una forma de modificar el genoma de un organismo mediante la entrega precisa de una enzima de corte de ADN, Cas9, a una región específica de ADN. El cambio resultante puede eliminar o reemplazar piezas específicas de ADN,promoviendo o deshabilitando ciertos rasgos.
El trabajo previo en el cacao identificó un gen, conocido como TcNPR3, que suprime la respuesta a la enfermedad de la planta. Los investigadores plantearon la hipótesis de que usar CRISPR-Cas9 para eliminar este gen daría lugar a una mayor resistencia a la enfermedad.
Para probar su hipótesis, usaron Agrobacterium - un patógeno de plantas modificado para eliminar su capacidad de causar enfermedades - para introducir componentes CRISPR-Cas9 en hojas de cacao desprendidas. El análisis posterior del tejido tratado encontró deleciones en el 27 por ciento de las copias de TcNPR3. Cuando se infecta con Phytopthera tropicalis, naturalmenteLas hojas tratadas mostraron una mayor resistencia a la enfermedad por el patógeno del cacao y otras plantas. Los resultados sugirieron que la mutación de solo una fracción de las copias del gen objetivo puede ser suficiente para desencadenar procesos posteriores, lo que resulta en una resistencia sistémica a la enfermedad.planta.
Los investigadores también crearon embriones de cacao editados con genes CRISPR, que se convertirán en árboles maduros para probar la efectividad de este enfoque a nivel de toda la planta.
Esta investigación se basa en más de 30 años de investigación biotecnológica dirigida a construir un mejor árbol de cacao, según el autor principal Mark Guiltinan, profesor de biología molecular de plantas y líder del programa de investigación de cacao dotado de Penn State.
"Nuestro laboratorio ha desarrollado varias herramientas para la mejora del cacao, y CRISPR es solo una herramienta más", dijo. "Pero en comparación con el mejoramiento convencional y otras técnicas, CRISPR acelera el proceso y es mucho más preciso. Es increíblementeeficiente para apuntar al ADN que desea, y hasta ahora, no hemos detectado ningún efecto fuera del objetivo "
Además de proporcionar una nueva herramienta para acelerar la reproducción, la tecnología CRISPR-Cas9 puede ayudar a proporcionar información sobre la biología básica al ofrecer un método para evaluar eficientemente la función del gen, dijeron los investigadores. "Con CRISPR, podemos 'romper' rápidamente un geny ver qué pasa con la planta ", explicó Guiltinan." Tenemos una lista de genes en la tubería que queremos probar ".
Puede haber miles de genes involucrados en la resistencia a las enfermedades, agregó Fister. "Queremos evaluar tantos como podamos", dijo. Los objetivos finales de la investigación del cacao de Penn State son ayudar a elevar el nivel de vida de los pequeños productores.y estabilizar un suministro amenazado de cacao mediante el desarrollo de plantas que puedan soportar enfermedades, el cambio climático y otros desafíos, según la coautora Siela Maximova, científica sénior y profesora de horticultura.
"Cualquier aumento en la producción en los últimos 20 años se debió principalmente a poner más tierra en producción", dijo Maximova, quien codirige el programa de investigación de cacao. "Pero la tierra, el agua, los fertilizantes y otros insumos son limitados. Para mejorarsostenibilidad, necesitamos plantas que sean más vigorosas y resistentes a las enfermedades y que produzcan más frijoles de mejor calidad.
"Este estudio proporciona una 'prueba de concepto' de que la tecnología CRISPR-Cas9 puede ser una herramienta valiosa en el esfuerzo por lograr estos objetivos", dijo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Chuck Gill. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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