El mejoramiento genético de cultivos es una práctica que el ser humano ha llevado a cabo desde hace miles de años, con el fin de obtener cosechas que permitan satisfacer las necesidades de las poblaciones.

Durante este tiempo han predominado las técnicas de mejoramiento genético convencional como selección artificial y cruzamientos. Sin embargo, en los últimos treinta años también se han desarrollado metodologías que hacen uso de la biotecnología moderna, con las cuales se obtienen plantas con características deseadas en menor tiempo por medio del uso de la ingeniería genética.

Más recientemente se está generando una nueva era del mejoramiento genético por medio de las técnicas de edición génica que producen cambios precisos y controlados (edición) de las secuencias génicas a partir de un sistema de enzimas de restricción. Este sistema se espera genere una nueva revolución biotecnológica y aportes sustanciales al desarrollo de cultivos y alimentos.

CRISPR (clusteredregularlyinterspaced short palindromicrepeats o repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas, por su traducción del inglés), funciona naturalmente como un sistema inmune adaptativo microbiano para protegerse de ADN exógeno. Este fue descrito por primera vez en el año 1987, y se ha descubierto que puede facilitar la manipulación de genomas eucariotas, para obtener cambios en sitios específicos del ADN y generar organismos con características deseadas

El sistema CRISPR/Cas se basa en el almacenamiento de pequeños segmentos de ADN de otros organismos, que son usados como memoria y que le permiten a la célula defenderse de nuevos ataques. Cuando la bacteria o arquea es atacada por ADN exógeno (viral o plasmídico), la maquinaria celular interna corta el ADN e integra un segmento de este en el locus CRISPR.

Un ejemplo sobre el uso del sistema CRISPR/Cas está en la edición de genes de arroz con el fin de obtener líneas comerciales de calidad nutricional mejorada.

Los cereales con alto contenido de amilosa (AC) y almidón resistente (RS) ofrecen beneficios potenciales para la salud. El almidón resistente es un tipo de almidón o productos de almidón que no son absorbidos ni digeridos en el estómago o el intestino delgado, sino que pasan directamente al intestino grueso. Un grano de cereal con alto contenido de amilosa es una buena fuente de almidón resistente; sin embargo, los cultivos de cereales con alto contenido de amilosa no se encuentran ampliamente disponibles.

Estudios previos han demostrado que la enzima de ramificación del almidón (SBE por sus siglas en inglés), juega un rol importante en cuanto a la determinación de la estructura y las propiedades físicas del almidón; no obstante, el control de la ramificación del almidón en líneas comerciales de arroz, sigue siendo un reto.

En este estudio, se utilizó el sistema CRISPR/Cas para generar mutaciones dirigidas en los genes SBEI y SBEII del arroz. Como resultado, se obtuvieron líneas con inserciones/deleciones en los genes SBEI y SBEII. Las mutaciones detectadas en plantas T0 se transmitieron a la generación T1 de según genética mendeliana sin la ocurrencia de nuevas mutaciones.

Los resultados obtenidos demuestran que no existen diferencias significativas entre las líneas mutantes de SBEI y el tipo silvestre. Con respecto de las líneas mutantes de SBEII, estas mostraron una proporción mayor de cadenas largas presentes en la amilopectina desramificada, aumentando significativamente los contenidos de amilosa y almidón resistente hasta en un 25.0 y 9.8% respectivamente, alterando por lo tanto las propiedades nutricionales del almidón.

El uso del sistema CRISPR/Cas para editar el gen SBEII, demostró ser factible para crear un arroz con calidad nutricional mejorada.

De esta forma se puede esperar que este sistema CRISPR/Cas9 siga en aumento de utilidad por su alta eficiencia y versatilidad en diversos sistemas biológicos generando aportes al mejoramiento genético de cultivos y alimentos en la nueva era genómica.

Por: Laura Méndez y Giovanni Garro del Centro de Investigación en Biotecnología, Instituto Tecnológico de Costa Rica.

Se omiten referencias bibliográficas