Los agricultores requieren nuevas variedades con mayor resistencia a las condiciones ambientales

Investigadores de México y Reino Unido publicaron en la revista científica Plant Cell, Tissue and Organ Culture la primera sobre-expresión transitoria de genes In-Planta en aguacate (Persea americana), el fruto tropical de mayor valor en el mercado internacional. La metodología desarrollada resuelve un cuello de botella para la investigación en esta especie y también abre las puertas para acelerar su mejoramiento genético.

En enero de este año, investigadores del centro público de investigación de México CIATEJ y de la Universidad de Sheffield del Reino Unido, lograron la primera sobre-expresión genética transitoria en hojas de plantas de aguacate, resultado que fue publicado en el artículo científico “In-planta transient transformation of avocado (Persea americana) by vacuum agroinfiltration of aerial plant parts”, en la revista científica Plant Cell, Tissue and Organ Culture (Salazar-González et al., 2023). El cual es de acceso libre para todo el público en el siguiente link: https://doi.org/10.1007/s11240-022-02436-9

Pero, ¿cómo hicieron este estudio de expresión transitoria de genes? y ¿cómo puede beneficiar a la cadena productiva del fruto tropical de mayor valor en el mercado internacional?

Para estudiar qué función tiene un gen dentro de una planta, los investigadores deben sobre-expresar o silenciar ese gen. Para ello, primero se debe transferir a la planta el gen que se quiere estudiar, y luego evaluar la expresión de ese gen. Para introducir un gen dentro de una célula vegetal existen diferentes métodos, uno de los más utilizados es a través de Agrobacterium, una bacteria Gram negativa capaz de transferir de forma natural por si sola un segmento de ADN a la planta. A su vez existen diferentes cepas de Agrobacterium con diferente capacidad para transferir ADN dependiendo de la interacción que tienen con cada planta. La eficiencia con la que Agrobacterium transfiere ADN a las células vegetales depende de diferentes factores como temperatura, pH, densidad óptica del cultivo de Agrobacterium, edad de los tejidos vegetales, pretatamientos en los tejidos vegetales, fitohormonas, el método de infiltración de la suspensión en el tejido vegetal, entre otros.

Para que los investigadores puedan evaluar los resultados de la metodología de transferencia de ADN que están siguiendo es necesario monitorear la expresión de un gen. Para ello usan un gen reportero. Al seleccionar el gen reportero se consideran diferentes parámetros como su específicidad, sensibilidad y exactitud, pero también su facilidad para ser evaluado. En el estudio realizado en aguacate se utilizó no uno, sino tres genes, que codifican para tres diferentes enzimas que convierten el aminoácido tirosina en el pigmento betalaina (He et al., 2020), un pigmento presente en el betabel (remolacha) que le da a la raíz su característico color morado intenso fácil de evaluar a simple vista y que no se produce de forma natural en el aguacate.

Expresion transitoria de RUBY en Aguacate.

Evaluando la acumulación del pigmento betalainas en aguacate, los investigadores pudieron evaluar diferentes parámetros de una forma rápida y sencilla. Así lograron identificar algunas condiciones necesarias para que Agrobacterium fuera capaz de transferir la molécula de ADN y los genes se pudieran expresar en las células de las hojas de aguacate. Entre los factores críticos identificaron la edad de la hoja, siendo un estadio intermedio de desarrollo foliar el que mostró la mayor eficiencia. El pretratamiento con microheridas también resultó ser un parámetro crítico. Observaron que las microheridas junto con la aplicación de la fitohorma ácido jasmónico actuaron de forma sinérgica para aumentar significativamente la expresión transitoria de los genes y por tanto la acumulación del pigmento.

Los investigadores utilizaron una estrategia de transformación transitoria, es decir no modificaron el genoma del aguacate, ni generaron organismos transgénicos estables. La estrategia transitoria se refiere a la expresión en las células de la planta, del ADN transferido por Agrobacterium, sin necesidad de que se integre en el genoma del aguacate el transgén. Al evaluar la expresión transitoria se logra realizar una evaluación en menor tiempo que si se generará una modificación genética estable, porque no se requiere la regeneración de plantas a partir de las células transformadas. Siendo el proceso de regeneración de aguacate uno que presenta bajas eficiencias.

El mercado en expansión del aguacate atrae cada vez más el interés de los agricultores no solo de México, de donde es originario, si no también de agricultores del resto del mundo donde se ha expandido su cultivo

Y, ¿cómo puede beneficiar a los productores de aguacate, hoy por hoy el fruto tropical de mayor valor en el mercado internacional? Con exportaciones en 2021 por 5.500 millones de dólares (USD), el aguacate (Persea americana) se consolidó como el fruto tropical líder en el comercio internacional. La FAO estima que el comercio internacional de aguacate continuará expandiéndose y se convertirá en 2030 en el líder en exportaciones de frutos tropicales tanto en valor como en volumen (FAO, 2022). El mercado en expansión del aguacate atrae cada vez más el interés de los agricultores no solo de México, de donde es originario, si no también de agricultores del resto del mundo donde se ha expandido su cultivo.

La producción del aguacate, como la de todos los demás cultivos, se ve afectada por fenómenos climáticos extremos como sequías, olas de calor, lluvias torrenciales e inundaciones, ocasionados con mayor magnitud y frecuencia por el cambio climático, el cual es el resultado de la acumulación en la atmósfera de emisiones de gases de efecto invernadero. Los pronósticos coinciden en que estos fenómenos meteorológicos extremos tienden a empeorar, amenazando la producción agrícola.

Para mantener la producción en el escenario de rápido cambio climático, los agricultores requieren nuevas variedades con mayor resistencia a las condiciones ambientales. Sin embargo, el mejoramiento genético tradicional de especies perennes leñosas, como el aguacate, es un proceso lento y difícil. La primera floración en aguacate puede tardar entre 3 a 15 años dependiendo del cultivar (Pliego-Alfaro et al., 2020), por lo que realizar cruzas controladas para transferir al germoplasma comercial algunas características de interés puede demorar muchos años, y los agricultores demandan nuevas variedades en el corto plazo.

Dada la urgente necesidad de acelerar el mejoramiento genético del aguacate es indispensable sumar esfuerzos entre diferentes actores y emplear las técnicas más novedosas. Es por eso que investigadores del centro público de investigación de México CIATEJ y de la Universidad de Sheffield del Reino Unido, exploran el uso de la biotecnología para contribuir en el mejoramiento genético del aguacate. Los investigadores encontraron las condiciones para superar la naturaleza recalcitrante de las hojas maduras de aguacate que genera bajas eficiencias de transformación con Agrobacterium.

Estos resultados proporcionan una nueva alternativa a la comunidad de investigación de este importante cultivo para facilitar nuevas investigaciones que generen nuevo conocimiento de la especie, al igual que apoyar nuevas estrategias de mejoramiento genético para ofrecer a los agricultores alternativas de nuevas variedades mejoradas que permitan hacer frente al aumento de la demanda de forma sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

Agradecimientos

Agradecemos el apoyo del Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología de Jalisco (COECYTJAL), y de la Secretaría de Innovación Ciencia y Tecnología (SICYT), Jalisco, México (proyecto 7270-2018). Y del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BB/S012850/1). Los financiadores no intervinieron en el diseño del estudio, la recogida y el análisis de datos, la decisión de publicar o la preparación del manuscrito.

Referencias bibliográficas

FAO. (2022). Major Tropical Fruits: Preliminary results 2021. In Major Tropical Fruits: Preliminary results 2021 (Vol. 01). https://www.fao.org/publications/card/es/c/CB9412EN/

He, Y., Zhang, T., Sun, H., Zhan, H., & Zhao, Y. (2020). A reporter for noninvasively monitoring gene expression and plant transformation. Horticulture Research, 7(1), 1–6. https://doi.org/10.1038/s41438-020-00390-1

Pliego-Alfaro, F., Palomo, E., Mercado, J., Pliego, C., Barcelo, A., Lopez, R., Hormaza, J., & Litz, R. (2020). 12.1 Persea americana Avocado. In R. Litz & F. Pliego-Alfaro (Eds.), Biotechnology of Fruit and Nut Crops, 2nd Edition (2nd ed., pp. 258–281). CABI, [2020]. https://www.cabi.org/bookshop/book/9781780648279/

Salazar-González, J., Castro-Medina, M., Bernardino-Rivera, L., Martínez-Terrazas, E., Casson, S., & Urrea-López, R. (2023). In-planta transient transformation of avocado (Persea americana) by vacuum agroinfiltration of aerial plant parts. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. https://doi.org/10.1007/s11240-022-02436-9