CRISPR en agricultura: 2024 en revisión

Apenas 12 años después de su desarrollo, la herramienta edición del

" href="https://innovativegenomics.org/es/glosario/crispr/?language_edit=1" data-mobile-support="0" tabindex="0" role="link" target="_top" data-no-instant="">edición delLa ingeniería genómica se está utilizando de muchas maneras en la agricultura vegetal y animal, desde la reducción de desechos hasta la adaptación de plantas y animales al cambio climático, desde la creación de plantas que resistan naturalmente a las malas hierbas hasta otras que se puedan cosechar de manera más eficiente, desde alimentos hasta biocombustibles y papel. Cada año, los investigadores están adaptando las herramientas CRISPR para que se utilicen en nuevas especies, para nuevos propósitos. En este artículo, repasaremos los conceptos básicos de la ingeniería genómica en la agricultura y luego trazaremos algunos de los nuevos desarrollos más emocionantes, como bayas sin semillas nunca antes vistas, aguacates que no se oscurecen y cáñamo sin THC, así como actualizaciones en las áreas de investigación que cubrimos en nuestro opinión 2022— ¡Y además qué es lo que debemos tener en cuenta a continuación!  

CRISPR SE ENCUENTRA CON LA AGRICULTURA

La modificación genética se ha utilizado en diversas formas durante siglos para crear plantas de cultivo con características deseadas, como sandías más dulces y con menos semillas, y animales de granja domésticos con características como vacas que producen más leche. En la última década, CRISPR se ha distinguido como la tecnología de edición genética preferida, en gran medida debido a su velocidad, precisión y versatilidad incomparables.

El sistema tradicional de edición genética CRISPR-Cas9 se puede comparar con un par de tijeras moleculares que los científicos pueden programar para cortar letra singular doble hélice en lugares específicos en el genoma,Las modificaciones de plantas y animales a través de CRISPR se introducen generalmente para “eliminar” o eliminar la función de un gen en particular. gen para obtener un rasgo deseado, pero como verá en este artículo, CRISPR se puede utilizar de diversas maneras. Obtenga más información sobre la mecánica de CRISPR y sus usos en la agricultura en nuestro CRISPRpedia capítulos sobre Tecnología CRISPR e CRISPR en la agricultura. 

El largo proceso de desarrollo de un producto agrícola genéticamente modificado, ya sea una planta, un animal o cualquier otro, comienza en el laboratorio con una intensa investigación, optimización y validación, un proceso que puede llevar varios años de principio a fin. El proceso a menudo incluye el examen del rendimiento en condiciones similares a las de campo en un proceso conocido como ensayos de campo. Estos experimentos pueden proporcionar evidencia clave a los reguladores de que una modificación genética particular tendrá el efecto deseado y planteará riesgos mínimos para el medio ambiente natural o la salud humana. Luego, el producto generalmente se envía a las agencias reguladoras (por ejemplo, el USDA) para su revisión. Una vez aprobado y desregulado, el desarrollador puede comenzar la comercialización, el escalamiento y la distribución a los productores o consumidores. Existen procesos similares en todo el mundo con ligeras variaciones sobre los criterios que se deben cumplir antes de una aprobación. Tenga en cuenta que algunos países exigen a los productores que demuestren que su producto tiene la edición prevista y no contiene ningún gen que provenga de un organismo diferente.

Desglosaremos nuevos y apasionantes desarrollos que utilizan CRISPR en la agricultura y para cada ejemplo indicaremos qué tan avanzado está el desarrollo del producto, desde las etapas iniciales de investigación hasta las pruebas de campo completadas.

RESUMEN GRÁFICO

EDICIÓN PARA EL COMEDOR

CRISPR se está utilizando para editar plantas de cultivo con el fin de satisfacer una amplia gama de intereses alimentarios para los consumidores. Ya sea para optimizar el sabor o la textura, mejorar el perfil nutricional o extender la vida útil de algunos de nuestros alimentos favoritos, el futuro de los alimentos está más cerca de lo que imaginamos. Esta sección destaca los proyectos que utilizan CRISPR para diseñar mejores papas para chips, moras sin semillas y plátanos y aguacates que no se oscurezcan. Brindaremos actualizaciones breves sobre algunos productos presentados en nuestro 2022 artículo. 

Poniendo el CRISP en CRISPR

Papas Las patatas fritas almacenadas en cámaras frigoríficas tienden a acumular precursores químicos que, tras un tratamiento a alta temperatura (como la fritura), pueden convertirse en acrilamida, un compuesto potencialmente cancerígeno. Para preparar unas patatas fritas más sabrosas, los investigadores de la Universidad Murdoch de Australia Occidental introdujeron un sistema CRISPR-Cas9 en una de las variedades de patatas más populares para "chips", la Atlantic, y lo utilizaron para alterar los genes responsables de la síntesis de estos precursores. Las patatas modificadas mostraron una reducción drástica de los precursores químicos tras el almacenamiento en frío. El equipo incluso fue un paso más allá y descubrió que las patatas fritas ("patatas fritas" para nuestros amigos de Australia) elaborados con estas variedades de papas modificadas tenían hasta un 80 % menos de acrilamida. ¡Una bolsa de sal marina y vinagre, por favor!

No hace falta decir que las moras sin semillas están en camino.

Pairwise, la empresa que desarrolló el primer alimento editado con CRISPR disponible en América del Norte (¡próximamente habrá más información sobre esas verduras de hoja verde!), causó sensación en el verano de 2024 cuando anunció los avances que había logrado en la ingeniería del primer alimento del mundo. moras sin semillasPara lograrlo, los científicos de Pairwise utilizaron la tecnología patentada CRISPR para identificar los genes responsables de las semillas duras que se encuentran en las moras. Las moras resultantes, aunque no verdaderamente Las moras sin semillas, sin espinas, contienen semillas más suaves y masticables similares a las que encontramos en nuestras uvas y sandías favoritas “sin semillas”. Para mejorar aún más esta variedad, se realizaron otras modificaciones para eliminar las espinas y permitir que la planta crezca de forma más compacta. La “acumulación” de estos rasgos es común entre los cultivadores de plantas, en un esfuerzo por crear variedades que sean mejores tanto para los consumidores como para los productores. Estas moras compactas sin semillas ni espinas han entrado en pruebas de campo y están trabajando para su comercialización a mayor escala. La industria de los palillos de dientes debería estar asustada.

Aguacates que no se ponen marrones

“¡Refrigerar! ¡Guardar el hueso! ¡Jugo de lima!” La eterna pregunta de cómo conservar su aguacates El verde y el frescor están de moda. Los científicos de GreenVenus buscan poner fin a este debate diseñando un aguacate que no se oscurezca utilizando la tecnología CRISPR. Siguiendo los pasos de lo que se logró anteriormente con la manzana, el plátano y los hongos, este aguacate que no se oscurezca se logró alterando un enzima, polifenol oxidasa, crucial para el proceso de oscurecimiento. Aunque todavía no se ha ampliado, GreenVenus informó el éxito en múltiples variedades comerciales y espera que este avance ayude a reducir el desperdicio de alimentos al mejorar la vida útil del aguacate. Pronto no tendremos más opción que comer ese aguacate de una semana en nuestras cocinas... ¿Alguien quiere guacamole?

Actualizaciones: El primer producto editado con CRISPR llega a los mercados de EE. UU. y más

Hojas de mostaza sin amargura, el primer producto editado con CRISPR en los supermercados estadounidenses
En nuestros opinión 2022Le presentamos lo que se convertiría en el primer producto editado mediante CRISPR en el mercado norteamericano: hojas de mostaza sin amargura! La distribución de estas hortalizas de hoja verde se limitaba inicialmente a un puñado de establecimientos de servicios de alimentación en todo el país. La empresa responsable del desarrollo, Pairwise, recientemente llegó a un acuerdo con Bayer para ampliar la comercialización de esta innovadora hortaliza y llevarla a una tienda de comestibles cercana.

El plátano que no se oscurece recibe luz verde en Filipinas
Mientras esperamos pacientemente los esfuerzos de comercialización en curso para llevar plátanos que no se doran En nuestra sección de productos locales, Tropic Biosciences, la empresa detrás de la fruta editada con CRISPR, ha estado muy ocupada difundiendo la información. Durante el verano de 2024, el Departamento de Agricultura y la Oficina de Industria Vegetal de Filipinas consideraron que las bananas editadas no eran transgénicas y dieron luz verde para su importación y propagación. 

Tomate con vitamina D
El trabajo inicial diseñó modificaciones para sobreproducir precursores de vitamina D que se acumularían después de la exposición a la luz ultravioleta en el laboratorio. tomatesSe espera que próximamente se apliquen modificaciones similares a las variedades comerciales de tomates, así como a otros parientes vegetales de la familia de las solanáceas, como las berenjenas, las patatas y los pimientos.

EDICIÓN PARA AGRICULTORES

Es poco probable que los niveles actuales de producción de cultivos satisfagan la duplicación proyectada de la demanda mundial de alimentos para 2050. Entre la multitud de desafíos que enfrentan los agricultores, el manejo de plagas en los cultivos y la propagación de enfermedades infecciosas entre el ganado son dos desafíos que pueden resultar en un rendimiento subóptimo para los productores. Esta sección presenta nuevos proyectos interesantes que utilizan CRISPR para aumentar la resiliencia a las plagas y enfermedades, así como para optimizar la arquitectura de los cultivos para facilitar la cosecha. También le brindaremos breves actualizaciones sobre los productos mencionados en nuestros artículos anteriores. artículo.

Bruja, por favor…

Sorgo es un cereal fundamental que se cultiva en todo el mundo y que proporciona una fuente mayor de cereales para alimentación y forraje. Sin embargo, en África, el rendimiento del sorgo se ve amenazado por la omnipresente planta parásita Striga hermonthica, También conocida como “hierba bruja”, cuyas semillas se pueden encontrar en más de la mitad de las tierras agrícolas disponibles. Los compuestos químicos de las raíces del sorgo desencadenan el crecimiento de las semillas de la hierba bruja, que luego invaden rápidamente el sistema de raíces del sorgo para estafar sigilosamente agua y nutrientes a expensas del huésped. Existen variedades de sorgo silvestre naturalmente resistentes y pueden soportar la infestación debido a variantes genéticas que cambian los compuestos que normalmente ayudan a que las semillas de la hierba bruja crezcan. Los investigadores de la Universidad Kenyatta en Nairobi, Kenia, tienen como objetivo recapitular estas mutaciones útiles en variedades de sorgo domesticado utilizando CRISPR con la esperanza de que proporcione cierta resistencia a la infestación sin depender de la presencia de transgenes o ADN extraño. Las semillas de sorgo editadas se sometieron a pruebas de campo este verano, lo que las convirtió en unas de las primeras en llegar al suelo africano. ¡Doble, doble, con la hierba bruja en problemas! 

Bagre con guarnición de caimán, *beso del chef*

En la acuicultura, las pérdidas debidas a enfermedades infecciosas pueden suponer una enorme carga financiera para los piscicultores. Los antibióticos se aplican rutinariamente para tratar los brotes, pero la dependencia excesiva aumenta el riesgo de desarrollar cepas bacterianas resistentes y puede tener efectos adversos para la salud humana. Un enfoque alternativo prometedor es utilizar genes de péptidos antimicrobianos o AMG, que se integran en el genoma del huésped y proporcionan una resistencia mejorada a un conjunto de patógenos. Históricamente, la introducción transgénica de AMG se ha basado en la inserción de los AMG en un punto aleatorio del genoma, lo que puede provocar problemas si se coloca en un gen o locus existente de importancia. En un enfoque de prueba de concepto reciente, un grupo de investigación de la Universidad de Auburn aprovechó un sistema CRISPR-Cas9 para insertar un AMG derivado del caimán, conocido como catelicidina, en el genoma de un animal. bagre azul en una ubicación específica del genoma. Para lograr esta especificidad y evitar la posible propagación no deseada de la transgénEl gen de la catelicidina se insertó en un punto que impediría que las hembras de bagre alcanzaran la madurez reproductiva a menos que se las tratara con hormonas externas. En otras palabras, los bagres con AMG solo podrán reproducirse y transmitir su material genético de una manera altamente controlada (es decir, mediante la cría en acuicultura). El equipo de investigación demostró una mejor supervivencia y resistencia bacteriana entre los bagres azules transgénicos y no tuvo impacto en el crecimiento general ni en la morfología. Los enfoques transgénicos como este conllevan inherentemente más obstáculos regulatorios, pero esta nueva línea de bagres azules resistentes a las enfermedades puede ayudar a los acuicultores a mitigar el uso de antibióticos tradicionales y sienta un precedente para la ingeniería de ganado transgénico mediante técnicas modernas de edición genética. ¿Quién se suma a la pesca?

Las caupís de floración temprana permiten la cosecha mecanizada

Caupí, o guisantes de ojo negro, son un cultivo tropical que proporciona una fuente vital de proteína y carbohidratos tanto para humanos como para ganado. Si bien muchos cultivos dejan de crecer una vez que alcanzan la madurez sexual, una característica definitoria de algunas variedades de caupí cultivadas en el campo es su capacidad de crecer continuamente. Esto hace que florezcan y desarrollen semillas de manera asincrónica, lo que dificulta la gestión de la cosecha en masa. A principios de 2023, los científicos de BetterSeeds anunciaron sus intenciones de comenzar los ensayos de campo del primer caupí editado genéticamente que permite la cosecha mecanizada. Para lograrlo, se utilizó tecnología patentada para introducir herramientas de edición CRISPR que se dirigieron a los genes responsables de la arquitectura de la planta y el tiempo de floración. Las plantas de caupí editadas resultantes crecieron más fuertes verticalmente y florecieron en sincronía, lo que hizo posible la cosecha mecanizada. El USDA desreguló estos caupís tupidos a fines del año pasado. Muévete por la soja, hay un nuevo frijol en la ciudad.

Actualización: El teff anti-encamado pasa la revisión regulatoria del USDA

En nuestros opinión 2022Describimos los métodos de edición genética que se están utilizando en el teff, un cultivo de cereales vital en Etiopía, para reducir las pérdidas debidas al “encamado”, el proceso en el que los tallos se doblan bajo el peso de los granos pesados ​​cerca de la parte superior de la planta. Desde entonces, el USDA ha considerado que es poco probable que las modificaciones introducidas para desarrollar este teff antiencamado planteen mayores riesgos y ha desregulado su uso. ¡A continuación, se realizarán ensayos de campo!

EDICIÓN PARA UN PLANETA DINÁMICO

En 2023, las temperaturas globales alcanzaron su nivel más alto registrado en la historia y 2024 va camino de convertirse en el año más cálido registrado. Este aumento sin precedentes de la temperatura está estrechamente relacionado con la emisión de gases de efecto invernadero causada por el hombre. El aumento de las temperaturas trae consigo patrones climáticos impredecibles, sequías y suelos más salinos, todo lo cual pone en riesgo la productividad agrícola mundial. Anteriormente destacamos los esfuerzos de edición genética para mitigar estos efectos, que incluyeron aumentar la tolerancia al calor en el ganado y mejorar la resistencia a las enfermedades en el trigo y los cerdos. Esta sección presentará proyectos en curso para desarrollar cultivos para fuentes de combustible alternativas y más adecuados a un clima cambiante. 

El pennycress modificado genéticamente lo tiene cubierto

Reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles y pasar a fuentes de energía renovables será crucial en los esfuerzos por combatir el cambio climático. Los cultivos de semillas oleaginosas, como sugiere su nombre, son plantas cultivadas por sus semillas ricas en aceite que se pueden utilizar en aplicaciones culinarias e industriales. El aceite derivado de la soja, el girasol y la canola se encuentran entre los más comunes en los Estados Unidos. Pronto podríamos agregar CoverCress a la lista, una variedad de semillas modificada genéticamente. pennycress Desarrollado por la empresa de tecnología agrícola del mismo nombre. El pennycress es una maleza común de la familia de las coles que creció en popularidad durante las últimas décadas como cultivo de cobertura para los meses de invierno fuera de temporada. Su alto contenido de aceite (>30%) lo hace especialmente adecuado para biocombustibles y materia prima, pero aún no ha encontrado un punto de apoyo comercial en parte debido a los altos niveles de ácido erúcico (un compuesto potencialmente tóxico en grandes dosis) y la susceptibilidad al desgranado de las semillas o la dispersión involuntaria de las semillas. Para desarrollar una variedad de campo mejorada de pennycress, los investigadores de CoverCress eliminaron los genes necesarios para la acumulación de ácido erúcico y el desgranado de las semillas. Se informó que las ediciones en pennycress redujeron el contenido de ácido erúcico en el aceite de las semillas a menos del 2% en comparación con el >35% encontrado en pennycress sin editar. De manera similar, se informó que las ediciones redujeron el desgranado prematuro de las semillas hasta en un 90%. Estas mejoras agronómicas, junto con otras que se están desarrollando en CoverCress, fueron posibles gracias a la combinación de herramientas precisas de edición genética con técnicas tradicionales de mejoramiento de cultivos. CoverCress ha sido desregulada por la USDA y los primeros esfuerzos para su comercialización comenzaron en 2023.

¿Árboles más sostenibles? La elección es de los álamos

Ya sean las bolsas de papel que usas para llevar tus compras, el dinero en efectivo que usas para comprar dichas compras o el recibo que te recuerda que comprar azafrán orgánico a granel no tiene costo. no Para abaratar aún más el proceso, el papel y otros productos derivados de la madera son un elemento básico en nuestra vida cotidiana. A pesar de su ubicuidad, la aplicación de herramientas de edición genética en árboles se ha retrasado en comparación con otros cultivos, en parte debido a su larga vida útil y a sus genomas complejos. En un esfuerzo innovador reciente, investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte implementaron con éxito CRISPR en Álamos para mejorar las propiedades de la madera para la producción de fibra. Un importante obstáculo en el procesamiento de la fibra de madera es la lignina presente en los árboles. La lignina proporciona a los árboles su estructura rígida, lo que les permite alcanzar alturas impresionantes. Sin embargo, para las fábricas de fibra de madera, la alta lignina limita su eficiencia de procesamiento. Como se puede imaginar, simplemente eliminar la síntesis de lignina de los árboles por completo tiene el costo del crecimiento del árbol. En cambio, el grupo de investigación de NC State aplicó una compleja estrategia de edición genética utilizando CRISPR que se dirigió simultáneamente a hasta seis genes diferentes involucrados en la biosíntesis de lignina y otros carbohidratos leñosos. Las ediciones llevaron a un aumento simultáneo de carbohidratos vitales para la fibra de madera y una reducción modesta en el contenido de lignina, todo sin obstaculizar el crecimiento general del árbol. La madera de estos álamos editados con CRISPR podría ser potencialmente más adecuada para la producción de fibra y reducir el impacto ambiental asociado con el procesamiento industrial de la madera. El equipo de investigación espera realizar a continuación pruebas de campo a largo plazo con las variedades de álamo editadas. 

Delicias de arroz CRISPR

Se espera que la población mundial alcance casi diez mil millones en 2050, por lo que nunca ha sido tan grande la necesidad de contar con cultivos con mayor productividad y resiliencia climática. Optimización de la fotosíntesis, el proceso fundamental por el cual las plantas usan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono y el agua en biomasa como hojas y granos, es un enfoque prometedor. Investigaciones anteriores han demostrado que la sobreexpresión transgénica de ciertos genes relacionados con la fotosíntesis puede conducir a una mayor eficiencia y mayores rendimientos. Sin embargo, la presencia de transgenes conduce a una regulación más estricta y puede ser susceptible de silenciarse a lo largo de generaciones. Para evitar estas posibles complicaciones, un equipo de investigación dirigido por el investigador del IGI Krishna Niyogi utilizó CRISPR para generar una sobreexpresión sin transgenes de un gen. Gen fotosintético clave en el arrozEl equipo de Niyogi logró esto al dirigirse a la secuencia de ADN adyacente a un gen, que controla cuándo y cuánta proteína se produce a partir del gen, con múltiples editores simultáneos. Esto llevó a una "reorganización" de la secuencia de ADN que resultó en una mayor producción de proteína por parte del gen no editado. Estas plantas de arroz editadas tenían una capacidad mejorada para soportar el daño causado por la alta intensidad de la luz y una mayor eficiencia en el uso del agua. Esfuerzos como estos destacan a CRISPR no solo como un gen-herramienta de edición, pero como una genoma,-herramienta de edición capaz de editar prácticamente cualquier parte del genoma, no sólo las secuencias que codifican las proteínas. A medida que profundizamos nuestra comprensión de los genomas de los cultivos, esperamos que estas herramientas se utilicen de formas cada vez más creativas. 

Actualizaciones: Ganado con corte de pelo y cerdos resistentes a virus

Una revisión del bienestar concluye que el ganado de pelaje liso está mejor bajo la influencia de la corrienteecondición nt
En nuestros opinión 2022Destacamos la carne de res editada genéticamente y aprobada por la FDA. ganado Destaca por su pelaje liso resistente al calor. Una revisión reciente analizó los beneficios para el bienestar de estas vacas "tolerantes al calor" y descubrió que hay efectos no deseados mínimos en comparación con sus contrapartes no editadas, ninguno de los cuales representa un riesgo para la seguridad del animal. Sin embargo, los autores argumentan que, si bien el ganado editado es más tolerante a la temperatura en las condiciones agrícolas actuales, la mejora neta del bienestar podría verse anulada en entornos con factores de estrés extremos. Tolerante al calor no significa inmune al calor. Pero una vaca con una sombrilla y gafas de sol sería bastante linda, solo digo... Lea más sobre este estudio de caso en nuestro capítulo de CRISPRpedia sobre CRISPR y la ética.

Un nuevo enfoque conduce a cerdos resistentes a los virus
La empresa con sede en el Reino Unido El género utilizó un enfoque de edición CRISPR-Cas9 interrumpir una (SCD por sus siglas en inglés), Proteína de superficie implicada en la infección viral para proteger a los lechones del síndrome reproductivo y respiratorio porcino, una enfermedad mortal que afecta a los cerdos en todo el mundo. Un enfoque similar en un gen diferente discutido en nuestro revisión previa Fue eficaz, pero tuvo efectos secundarios inesperados, como cataratas. Genus introdujo este nuevo enfoque en múltiples variedades de cerdos comercialmente viables y espera que se desregulen en los próximos meses.

¿CUAL ES TU VICIO?

Kary Mullis, El inventor de la PCR, ganador del Premio Nobel, ha dicho en acta que es poco probable que la técnica seminal existiera si no hubiera sido por su uso habitual de psicodélicos. Si bien es obvio que no puede e no Condonar la ingestión de sustancias ilícitas y disfrutar de placeres culpables como un dulce o una copa de vino es un punto en común en el que consumidores, agricultores e investigadores pueden coincidir. Esta sección destaca los esfuerzos de edición genética en curso para reinventar algunos de sus productos de consumo favoritos. ¡Disfrútelos de manera responsable!

Reefer reformulado 

Ahora que el cannabis recreativo es legal en más de la mitad de los Estados Unidos y casi una docena de estados más reconocen sus beneficios medicinales, no se puede negar el auge de la marihuana. Los investigadores del Centro de Innovación de Cultivos de la Universidad de Wisconsin están liderando la iniciativa en la ingeniería genética cannabis Variedades después de que desarrollaron Badger G, una cepa no psicoactiva diseñada para reducir la pérdida de cultivos. Quienes ingieren productos de cannabis recreativo tienden a experimentar los efectos psicoactivos y analgésicos provocados por los altos niveles de moléculas cannabinoides que se encuentran en las flores, generalmente en forma de THC o CBD. Otras partes de la planta de cáñamo se han utilizado para fabricar fibras de cáñamo, que se han utilizado para hacer telas durante decenas de miles de años, así como productos como el papel. Sin embargo, bajo las restricciones actuales promulgadas por la Ley Agrícola de 2018, el material de cáñamo que exceda un nivel de THC del 0.3% no se puede utilizar para fines industriales. Esto puede llevar a que aproximadamente una cuarta parte de la cosecha se descarte. En un esfuerzo por reducir el desperdicio y desarrollar una variedad más amigable para la industria, el grupo de investigación de la Universidad de Wisconsin utilizó CRISPR para eliminar el gen CBDAS que es necesario para la biosíntesis de CBD y THC. Las plantas de cannabis editadas posteriormente no logran sintetizar tanto CBD como THC. El USDA desreguló el Badger G a principios de este año, lo que dio luz verde a la comercialización y el cruzamiento. ¡Cáñamo, sí!

¡Chardonnay, te quedas! Mejorando la resistencia a las enfermedades en la vid

Nos estamos acercando cada vez más al momento en que podrás disfrutar de algunos de tus vinos favoritos elaborados con uvas editadas con CRISPR. Esto se pone de relieve gracias a esfuerzos colaborativos como VitisGen, un proyecto financiado por el USDA que lleva décadas en marcha para facilitar el desarrollo de variedades de vid mejoradas. Uno de los objetivos principales del proyecto es comprender la base genética que otorga a algunas uvas resistencia al mildiú polvoroso, una enfermedad fúngica la detección plagando algunas de las variedades favoritas del mundo. Aprovechando herramientas como CRISPR, esta información puede aprovecharse para introducir las mismas modificaciones genéticas que permiten la resistencia en las uvas Chardonnay, por ejemplo, sin alterar los atributos favorables relacionados con su color o sabor. Este enfoque también puede reducir la cantidad de pesticidas necesarios para tratar los brotes de enfermedades. Otros proyectos en curso que apuntan a optimizar Variantes de cas para grapevine e mejorar la resistencia a otros hongos patógenos se han obtenido resultados exitosos. ¡Salud!   

¿Gusto por lo dulce? Optimización de la arquitectura de la caña de azúcar

Aquellos que busquen saciar su antojo de algo dulce pronto tendrán suerte. Investigadores de la Universidad de Florida publicaron recientemente su trabajo sobre la introducción de un sistema CRISPR en la caña de azúcar para mejorar los rendimientos. Caña de azúcar La caña de azúcar es uno de los cultivos más reconocidos a nivel mundial y, como su nombre lo indica, es una de las principales fuentes de azúcar de mesa. Los esfuerzos para modificar genéticamente la caña de azúcar de manera específica han resultado difíciles, en parte debido a su genoma grande y complejo y a las dificultades relacionadas con la entrega de herramientas genómicas y la regeneración. El grupo de investigación de la UF superó recientemente estos obstáculos e introdujo modificaciones en los genes de la caña de azúcar que se cree que son responsables de la arquitectura y el desarrollo de las hojas. Más específicamente, el grupo de genes en cuestión está involucrado en el desarrollo de la lígula, o la parte de la hoja que se adhiere al tallo primario. Al modificar estos genes, el equipo pudo alterar el ángulo en el que las hojas emergen del tallo primario, aumentando así la eficiencia de la captura de luz. En una cepa en particular, los investigadores demostraron que una modesta reducción del 12% del gen objetivo fue suficiente para reducir el ángulo de la hoja aproximadamente a la mitad, lo que llevó a un impresionante aumento del 18% en la biomasa. Los ensayos de campo futuros dilucidarán si las mutaciones introducidas tienen un impacto en los rendimientos generales de azúcar y si otros cambios fisiológicos pueden mejorar aún más la caña de azúcar. Hay un chiste de dentistas aquí en alguna parte...

AMPLIACIÓN DEL KIT DE HERRAMIENTAS CRISPR

El sistema tradicional de edición genética CRISPR-Cas9 suele compararse con un par de tijeras moleculares que los científicos pueden programar para cortar el ADN en un punto específico del genoma. Cuando se corta el ADN, se crea la oportunidad de cambiar el ADN en el sitio de corte. Los componentes principales que comprenden el sistema CRISPR-Cas9 incluyen: Cas9 proteína (las “tijeras”) y una guía moléculas de ARN molécula, que la dirige al punto específico en el ADN. Aprenda más sobre la biología de CRISPR con el sitio web de IGI recursos educativos, que abarcan desde básica a avanzado.

Cambios en la enzima Cas9, el ARN guía en sí y el descubrimiento de nuevos métodos de corte de ADN Proteínas Cas Las proteínas amplían nuestras capacidades de edición genética y brindan nuevas herramientas que los científicos pueden usar en sus sistemas agrícolas favoritos. Esta sección destaca algunas de las innovaciones recientes en la tecnología CRISPR-Cas para mejorar su precisión y eficiencia y usarla en una gama más amplia de especies.

Un nuevo Cas9 para editar genomas de plantas 

Un grupo de investigación con sede en China informó recientemente sobre una nueva proteína Cas9 encontrada en la bacteria probiótica Lactobacillus rhamnosusEsta variante, denominada LrCas9, edita el ADN de manera más eficiente que el Cas9 tradicional en células vegetales de una variedad de cultivos, incluidos el arroz, el trigo, el tomate y los alerces. El equipo de investigación también modificó la proteína LrCas9 para que pueda realizar una versión de edición basada en CRISPR llamada edición de bases, donde se realizan pequeños cambios en el ADN sin cortar la doble hélice del ADN, además de activar y desactivar genes. Los científicos pueden encontrar sus materiales en AñadirGene.

Hongos entre nosotros

La mayoría de los esfuerzos de edición genómica en la agricultura se centran en plantas y animales. Pero ¿qué pasa con los hongos? Los investigadores de la UC Berkeley desarrollaron recientemente un conjunto de herramientas biológicas, que incluye un sistema CRISPR-Cas9, para Aspergillus oryzae. Esto hongo comestible es conocido por su papel en la fermentación de productos como la salsa de soja y el miso, y tiene potencial para ser utilizado en la industria de la carne alternativa debido a su alta producción de proteínas y textura deseable. Con su conjunto de herramientas recientemente desarrollado, el equipo pudo mejorar las cualidades nutricionales y sensoriales (por ejemplo, el color y la textura) del hongo. Las cepas de hongos y el conjunto de herramientas moleculares están disponibles para los investigadores a través de Registro público del JBEI .

¿Querías hacerlo un combo?

Un grupo de investigación con sede en la Universidad de Maryland desarrolló un sistema CRISPR-Cas modificado al que llamaron CRISPR-Combo que permite a los científicos editar genes y activarlos, es decir, hacer que la célula produzca la proteína codificada por el gen, al mismo tiempo. Utilizaron este sistema para introducir una pista visual que indicara rápidamente a los científicos qué plantas se editan simplemente con la vista. Los científicos pueden encontrar sus materiales en AñadirGene..

A qué estar pendiente

Los últimos dos años han traído consigo una serie de interesantes productos agrícolas editados con CRISPR y perspectivas que incluyen tomates mejorados con nutrientes, cultivos de cereales y pescado resistentes a patógenos y patatas que podrían dar lugar a patatas fritas más sanas. Aunque todavía no hemos visto productos editados con CRISPR en masa en los estantes y aún quedan dudas sobre su aceptación por parte de los consumidores, se han logrado avances notables en la desregulación de los cultivos editados genéticamente y en el impulso hacia la comercialización. Estos avances, impulsados ​​por esfuerzos tanto del sector académico como del privado, permiten a los investigadores de empresas como Pairwise y CoverCress prometer frutas y verduras del futuro, como las moras sin semillas y el berro mejorado. Pairwise incluso ha anunciado recientemente importantes avances en los esfuerzos por desarrollar un nuevo método. cereza sin hueso ¡variedad! 

Los consumidores, los agricultores y los investigadores del clima se beneficiarán por igual de las posibilidades aparentemente infinitas de edición genética que ofrece CRISPR, así como del ritmo y la creatividad con que los científicos la están implementando en sus sistemas favoritos. A medida que las herramientas de edición genética basadas en CRISPR se vuelvan más sofisticadas, se espera ver estrategias de edición igualmente complejas como Apuntando a múltiples genes a la vez, enzimas Cas multifunción, que añaden nuevo material genómico en puntos específicos del genoma y ediciones que conducen a cambios programables en la cantidad de proteína que se produce a partir de un gen determinado. También prevemos que la optimización de CRISPR se expandirá más allá de las especies de cultivos básicos hacia especies de plantas y animales genómicamente más complejas, variedades de cultivos comerciales y cultivares divergentes cultivados en granjas de pequeña escala. Puede que no exista un sistema CRISPR-Cas que se adapte a todos, pero a medida que se amplíe el conjunto de herramientas de edición genética, también lo hará la amplitud de productos editados para el beneficio de los humanos, los agricultores y el planeta.

By Tonio Chaparro

Antonio 'Tonio' ​​Chaparro es licenciado en Biología Molecular y Ciencias Ambientales por la Universidad de Washington y actualmente es estudiante de posgrado en Biología Vegetal y Microbiana en la Universidad de California, Berkeley. Su trabajo en el laboratorio de Kris Niyogi se centra en ampliar el conjunto de herramientas de edición genética en especies de cultivos clave para mejorar la eficiencia fotosintética.