La manipulación del ARN en las semillas puede aumentar la producción de los cultivos

EP | 23/07/2021

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Expertos genetistas han probado que la manipulación del ARN en las semillas puede permitir un aumento drástico en la producción de los cultivos, así como aumentar la tolerancia a la sequía.

En las pruebas iniciales, la adición de un gen que codifica una proteína llamada FTO a las plantas de arroz y patata aumentó su rendimiento en un 50% en las pruebas de campo. Las plantas crecieron significativamente, produjeron sistemas de raíces más largas y pudieron tolerar mejor el estrés por sequía. El análisis también mostró que las plantas habían aumentado su tasa de fotosíntesis.

"El cambio es realmente dramático", dijo el profesor de la Universidad de Chicago Chuan He, quien junto con su colega Guifang Jia de la Universidad de Pekín, dirigió la investigación, publicada en Nature Biotechnology. "Es más, funcionó con casi todos los tipos de plantas con las que lo probamos hasta ahora, y es una modificación muy simple de hacer".

Los investigadores tienen esperanzas sobre el potencial de este avance, especialmente frente al cambio climático y otras presiones sobre los sistemas de cultivos en todo el mundo.

"Esto realmente brinda la posibilidad de diseñar plantas para mejorar potencialmente el ecosistema a medida que avanza el calentamiento global", dijo en un comunicado He, profesor de Química, Bioquímica y Biología Molecular. "Dependemos de las plantas para muchas, muchas cosas, desde madera, alimentos y medicinas hasta flores y aceite, y esto ofrece potencialmente una forma de aumentar el material de reserva que podemos obtener de la mayoría de las plantas".

Durante décadas, los científicos han estado trabajando para impulsar la producción de cultivos frente a un clima cada vez más inestable y una población mundial en crecimiento. Pero estos procesos suelen ser complicados y, a menudo, solo dan lugar a cambios incrementales.

La forma en que se produjo este descubrimiento fue bastante diferente. Muchos de nosotros recordamos el ARN de la biología de la escuela secundaria, donde nos enseñaron que la molécula de ARN lee el ADN y luego produce proteínas para realizar tareas. Pero en 2011, el laboratorio de He abrió un campo de investigación completamente nuevo al descubrir las claves de una forma diferente en la que los genes se expresan en los mamíferos. Resulta que el ARN no se limita a leer el plano del ADN y ejecutarlo a ciegas; la propia célula también puede regular qué partes del plano se expresan. Lo hace colocando marcadores químicos en el ARN para modular qué proteínas se producen y cuántas.

Él y sus colegas se dieron cuenta de inmediato de que esto tenía importantes implicaciones para la biología. Desde entonces, su equipo y otros en todo el mundo han estado tratando de desarrollar nuestra comprensión del proceso y lo que afecta a los animales, las plantas y diferentes enfermedades humanas; por ejemplo, es cofundador de una empresa de biotecnología que ahora desarrolla nuevos medicamentos contra el cáncer basados en la selección de proteínas de modificación del ARN.

Él y Guifang Jia, un ex investigador postdoctoral de Universidad de Chicago que ahora es profesor asociado en la Universidad de Pekín, comenzaron a preguntarse cómo afectaba a la biología vegetal.

Se centraron en una proteína llamada FTO, la primera proteína conocida que borra las marcas químicas en el ARN, que Jia encontró como investigadora postdoctoral en el grupo He en UChicago. Los científicos sabían que funcionaba en el ARN para afectar el crecimiento celular en humanos y otros animales, por lo que intentaron insertar el gen en las plantas de arroz y luego observaron con asombro cómo las plantas despegaban.

"Creo que fue entonces cuando todos nos dimos cuenta de que estábamos haciendo algo especial", dijo.

Las plantas de arroz produjeron tres veces más arroz en condiciones de laboratorio. Cuando lo probaron en pruebas de campo reales, las plantas crecieron un 50% más de masa y produjeron un 50% más de arroz. Cultivaron raíces más largas, realizaron la fotosíntesis de manera más eficiente y pudieron resistir mejor el estrés de la sequía.

Los científicos repitieron los experimentos con plantas de patata, que son parte de una familia completamente diferente. Los resultados fueron los mismos.

Los científicos tardaron más en comenzar a comprender cómo estaba sucediendo esto. Otros experimentos demostraron que FTO comenzó a trabajar temprano en el desarrollo de la planta, aumentando la cantidad total de biomasa que producía.

Los científicos creen que FTO controla un proceso conocido como m6A, que es una modificación clave del ARN. En este escenario, FTO funciona borrando el ARN de m6A para amortiguar algunas de las señales que le dicen a las plantas que disminuyan la velocidad y reduzcan el crecimiento. Imagínese una carretera con muchos semáforos; si los científicos tapan los semáforos rojos y dejan el verde, más y más coches pueden moverse por la carretera.

En general, las plantas modificadas produjeron significativamente más ARN que las plantas de control.

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