Hoy en día, encontramos gran variedad de procedimientos que nos proporcionan la posibilidad de conseguir plantas con determinados caracteres atractivos. Un mayor tamaño, una resistencia a un factor ambiental, o la acumulación de algún compuesto beneficioso para la salud humana, han sido algunos de los retos propuestos por productores primarios o el sector industrial.
La selección artificial y la hibridación de especies fueron tradicionalmente los principales procesos para obtener en el sector agrario una gran cantidad de diferentes variedades vegetales con diferentes funcionalidades. Pero no fue hasta el siglo XX, cuando se acuñó el concepto de mutación y con ello llevar a cabo métodos fisicoquímicos aplicados en el campo, como la radiación mediante isótopos radiactivos, o químicos como la colchicina. Estas mutaciones dirigidas en los cultivos aceleraron la generación de cultivares y permitió fijar gran parte de los caracteres presentes en especies que están a nuestra disposición en los mercados.
En la imagen podemos apreciar diferentes variedades de maíz obtenidas por selección artificial (National Geographic).
Más allá de todos estos procesos, a nivel molecular se ha continuado en la búsqueda de posibles vías alternativas capaces de reducir el tiempo de selección para así obtener a corto plazo y a bajo coste, nuevos caracteres de interés, como es la creación de especies transgénicas. Gracias a los estudios de genomas de diferentes especies y su secuenciación, ha sido posible la selección de genes de interés y la aplicación de éstos sobre especies de consumo de manera más precisa y eficaz. Pero los avances en biotecnología no solo han tenido un efecto en el incremento de la producción de cultivos como el del maíz, del algodón, del tomate, entre otros; sino que además ha abierto la puerta a la búsqueda de energías alternativas a los combustibles fósiles a través del uso de plantas o algas para la producción de biodiesel o bioetanol. En contraposición, pese a que este sistema pudiera ser una solución rápida para combatir grandes problemas medioambientales, producto del calentamiento global, los transgénicos poseen legislaciones muy restrictivas que limitan su cultivo en Europa, y, paradójicamente, podemos consumir productos transgénicos importados, pero no producirlos. Los detractores al uso de alimentos transgénicos denuncian una serie de riesgos tales como:
- Problemas sanitarios: resistencia a antibióticos, compuestos anormales y difícilmente controlables en alimentos que puedan provocar alergias o enfermedades, etc.
- Problemas ecológicos: Entrecruzamiento, pérdida de variabilidad, pérdida de flora o fauna autóctona, etc.
- Problemas socioeconómicos: megaempresas multinacionales que monopolizan las patentes de los transgénicos, y cuyos frutos son incapaces de generar semillas fértiles, con lo cual el agricultor se ve obligado a comprar semillas y productos específicos cada año, que debido a su elevado precio solamente están al alcance de unos pocos, incrementando así las diferencias entre los agricultores de subsistencia o tradicionales y los agricultores extensivos o industriales.
No ha sido hasta estos últimos años cuando se ha conseguido desarrollar la reedición génica sin necesidad de ningún componente exógeno. La técnica CRISPR/Cas9 se basa en dos pasos: se diseña un ARN guía al que se le va a asociar una enzima conocida como Cas9. Una vez incluido el ARN guía en la célula, éste hibrida específicamente con el ADN y la enzima Cas9 corta el ADN, interrumpiendo así la secuencia diana. Entre otros beneficios, CRISPR/Cas9 nos permite regular la expresión génica, identificar y modificar funciones, y corregir genes con secuencias anómalas.
Ejemplo de portainjertos en cítricos (Agencia SINC).
Generar variedades de trigo sin gluten, obtener la resistencia a enfermedades causadas por organismos patógenos como Xylella fastidiosa en olivo, o incrementar el contenido en polifenoles (beneficiosos para la salud humana) en frutos rojos como arándanos y frambuesas, son ejemplos de objetivos que se están llevando a cabo con esta técnica. Mejorar tanto la calidad de los alimentos como su rendimiento en la producción, además de satisfacer la creciente demanda de estos, son propuestas que en un futuro no muy lejano podrían conseguirse gracias al método CRISPR.
Otras de las grandes ambiciones en agronomía consisten en utilizar CRISPR en un gran número de especies para solventar diferentes problemas a los que se enfrentan actualmente, como puede ser la resistencia a la sequía o la salinidad. Este último aspecto engloba principalmente a dos iones, el catión sodio y el anión cloruro. Hay gran variedad de especies con diferentes grados de tolerancia ante esos elementos presentes en los suelos, encontrando así halófitas (alta tolerancia a la salinidad) y glicófitas (baja tolerancia a la salinidad), siendo estas últimas la gran mayoría de las especies cultivables.
La vid, el olivo, los cítricos y otros muchos cultivos requieren a veces el uso de portainjertos por este problema en la homeostasis iónica. La toma de estas sales en exceso, debido a las condiciones ambientales, ha favorecido a las plantas a desplegar mecanismos de exclusión con el objetivo de mantener un equilibrio en la homeostasis iónica. Dentro del grupo de los cítricos, es bien conocida la naturaleza del portainjertos Citrange carrizo (híbrido de Citrus sinensis x Poncirus trifoliata), el cual es capaz de excluir el sodio presente en las sales, pero no es capaz de expulsar eficientemente el anión cloruro. Esto resulta tóxico para la planta y provoca la caída foliar. Los mecanismos capaces de poder controlar la entrada y salida de iones por la raíz atribuyen una mayor tolerancia a diversas condiciones climáticas. Por lo tanto, el conocimiento de genes implicados y su modificación en la expresión génica mediante la reedición génica, podría generar un enorme beneficio en la producción agrícola.
Actualmente se han caracterizado diversas familias génicas implicadas en la toma, translocación de raíz a la parte aérea y exclusión de cloruro. Estudios en estos genes no solo muestran su importancia como sensores de la planta con su entorno, sino que remarcan la idea de que debe de haber un sistema muy regulado que permite a unas plantas sobrevivir en condiciones extremas y otras en sistemas más laxos.
Curiosamente, se ha observado que el transporte de Cl– y NO3- podría estar muy relacionado. Se han reportado genes de diferentes familias que muestran una dualidad en el transporte de estos iones. Este es el caso de algunos genes como los que engloban la familia NRT1. Se ha llegado a concluir que un solo cambio de aminoácido en su secuencia proteica puede conllevar a un incremento en la toma de un ion u otro. Siguiendo esta idea, también se postula la hipótesis que genes de alta afinidad a nitrato de la familia podrían tener también una función de transporte del ion Cl–.
La caracterización de estos genes está siendo investigada en el grupo de investigación “Regulación Iónica e Hídrica en Plantas” en el Instituto de Recursos naturales y Agrobiología de Sevilla (IRNAS-CSIC). Dicho grupo, encabezado por el Dr. José Manuel Colmenero Flores, llevado a cabo por el proyecto CLORHOME aprobado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, en el que se contemplan el uso de técnicas tan interesantes como la aplicación de CRISPR/Cas9 en el portainjertos Citrange carrizo para generar nuevos modelos resistentes a factores ambientales desfavorables.
