La genómica produce plantas más resistentes

Científicos de São Paulo y de California comparten sus avances genéticos en aplicaciones destinadas al mejoramiento de la caña de azúcar, el maní y el trigo

Por Diego Freire, desde Davis (EE.UU.)

Agência FAPESP – La identificación de genes responsables de procesos importantes de la biología de las plantas ha ayudado en el desarrollo de cosechas más resistentes a las plagas y a las enfermedades, y adaptadas a las demandas globales de alimentos y energía. Algunos de estos avances encabezados por científicos brasileños y estadounidenses se dieron a conocer durante la programación de la FAPESP Week California en Davis, el pasado día 20 de noviembre.

Paulo Mazzafera, docente del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (IB-Unicamp), presentó investigaciones con la mira puesta en el control de la biosíntesis de la lignina en la caña de azúcar, que pueden resultar en una planta genéticamente modificada más adecuada a la producción de etanol a partir del bagazo de la caña.

La lignina, una macromolécula que dota de rigidez, resistencia e impermeabilidad a la estructura de las plantas terrestres, protege a la caña, pero también dificulta el empleo del bagazo para la producción de etanol, pues impide las reacciones químicas que liberan los azúcares de la pared celular para la fermentación.

Las investigaciones llevadas adelante por Mazzafera y su grupo apuntan a detectar genes para producir una caña de azúcar genéticamente modificada con baja o alta concentración de lignina, de acuerdo con los objetivos de la producción.

“Esto permitirá disminuir la concentración de lignina o alterar sus características, de modo tal de facilitar el proceso de fermentación. O también aumentarla para que pueda usársela como ‘caña de energía’, toda vez que la quema de biomasa puede emplearse en la generación de electricidad”, explicó Mazzafera, miembro de la coordinación del área de Agronomía y Veterinaria de la FAPESP.

En el marco del Proyecto Temático intitulado Control of lignin biosynthesis in sugar cane: many gaps still to be filled, se identificaron cinco genes relacionados con la concentración de lignina en la caña.

“Esos genes se relacionan con la cantidad y con el tipo de componentes de la lignina, la cual constituye el enfoque de las investigaciones. Algunos de dichos genes actúan en la orientación de la biosíntesis de uno de los compuestos que forman la lignina –el siringil, por ejemplo–, mientras que otros, los de factores de transcripción, controlan a otros genes. La modificación de esos genes tendrá el objetivo de alterar la proporción de siringil de la lignina y controlar las reacciones químicas que dan origen al polímero”, explicó Mazzafera.

Se realizaron ensayos de campo en seis lugares diferentes, en los estados de São Paulo y Goiás, en los cuales se constató que dos de esos genes pueden expresarse para alterar la composición de la lignina.

“Químicamente sería más fácil extraer la lignina, lo cual por consiguiente rendiría más celulosa y facilitaría su uso para la producción de etanol”, dijo Mazzafera.

En la actualidad se están realizando experimentos con el objetivo sobreexpresar esos genes en el arroz, que se utiliza como planta de prueba, y en la propia caña de azúcar. Las investigaciones están a cargo de Paula Macedo Nobile y Michael dos Santos Brito, bajo la coordinación de Silvana Creste, del Instituto Agronómico (IAC) de Campinas, con el apoyo de la FAPESP.

La secuenciación del genoma del maní

Para Richard Michelmore, del Genome Center de la University of California, Davis (UCD), las investigaciones desarrolladas en Brasil tendientes al mejoramiento de la caña de azúcar forman parte de un contexto global de transformaciones.

“Vivimos una época de importantes cambios en los paradigmas de la Biología, con el uso de la información genómica para beneficios médicos y agrícolas, y Brasil ha realizado grandes aportes, especialmente en biomasa y etanol”, declaró Michelmore a Agência FAPESP.

Michelmore dio a conocer tecnologías utilizadas por el Genome Center y sus aplicaciones en investigaciones con diversas plantas. Entre los trabajos más recientes, el científico destacó la participación de ese centro en la International Peanut Genome Initiative, un consorcio en el cual participaron investigadores de Estados Unidos, Brasil, China, la India e Israel para la secuenciación del genoma de maní o cacahuate, caracterizando la variación genética y fenotípica de variedades cultivadas y silvestres para desarrollar herramientas genómicas de mejoramiento de la planta.

En abril de este año, todos los datos de la secuenciación quedaron a disposición de la comunidad científica internacional en internet, en la dirección peanutbase.org/genomes.

“Se están compartiendo los resultados con investigadores de todo el mundo para que puedan contribuir con el desarrollo de plantas más productivas y variedades más resilientes de maní, entre otros avances”, dijo Michelmore.

El maní cultivado actualmente es tetraploide: tiene cuatro conjuntos de cromosomas, como resultado del cruzamiento de dos especies silvestres distintas acaecido hace más de 4 mil años. De este modo, la especie porta dos genomas separados.

Los investigadores del consorcio secuenciaron el ADN de los dos antepasados en el laboratorio de Michelmore, en la UCD. “Ahora, con los mapas del genoma generados, los genetistas podrán buscar alteraciones genéticas implicadas en la domesticación de la especie e introducir características del cacahuate silvestre que pueden mejorar los cultivos, tales como resistencia a las enfermedades y tolerancia a la sequía”, dijo.

Michelmore presentó también resultados del uso de tecnologías de secuenciación de última generación para el acceso a información del genoma del Puccinia striiformis, un hongo que causa la roya lineal en el trigo. Esta enfermedad se caracteriza por el surgimiento de rayas o estrías de color amarillo o anaranjado en las hojas de las plantas, y llega a acarrear pérdidas de hasta el 40% de la producción.

“La secuenciación se realizó en nuestros laboratorios, en el DNA Technologies Service, y el empleo de la tecnología Next Generation Sequencing (NGS) aumentó significativamente la velocidad del proceso e incrementó su eficiencia, lo que redundó en una gran disminución de costos en comparación con las tecnologías de secuenciación tradicionales”, comentó.

Los resultados de la secuenciación se encuentran disponibles en el GenBank, un banco de datos de todas las secuencias de ADN disponibles públicamente, administrado por los National Institutes of Health de Estados Unidos.

La FAPESP Week California se llevó a cabo en dos campus de la University of California: en Berkeley, durante los días 17 y 18 de noviembre, y en Davis, durante los días 20 y 21. El evento contó con el apoyo del Brazil Institute, del Woodrow Wilson International Center for Scholars, con sede en Washington.