La progenie de una nueva combinación es más vigorosa y productiva que las plantas parentales.
Las nuevas plantas injertadas, que consisten en portainjertos modificados epigenéticamente para “creer” que ha estado bajo estrés, unidas a un vástago no modificado, o brote sobre el suelo, dan lugar a una progenie que es más vigorosa, productiva y resistente que las plantas parentales.
Ese es el hallazgo sorprendente de un equipo de investigadores que realizó ensayos de campo a gran escala con plantas de tomate en tres lugares muy separados durante varias generaciones de plantas. Sostienen que el descubrimiento, que provino de una colaboración entre Penn State, la Universidad de Florida y una pequeña empresa nueva en Nebraska, tiene implicaciones importantes para el fitomejoramiento.
Las plantas de tomate injertadas involucradas en la investigación produjeron semillas que dieron como resultado una progenie que fue, en promedio, un 35 % más productiva. Y ese vigor de crecimiento persistió en la progenie durante cinco generaciones en el estudio. Crédito:Penn State
Debido a que la técnica implica la epigenética, la manipulación de la expresión de los genes existentes y no la introducción de nuevo material genético de otra planta, los cultivos producidos con esta tecnología podrían eludir la controversia asociada con los organismos y alimentos genéticamente modificados. Esa es la esperanza de la líder del equipo de investigación, Sally Mackenzie, profesora de ciencias de las plantas en la Facultad de Ciencias Agrícolas y profesora de biología en la Facultad de Ciencias Eberly de Penn State.
Establecer plantas de tomate modificadas epigenéticamente... Los investigadores creen que esta es la primera demostración real de un método de mejoramiento epigenético apto para la agricultura. Dicen que la tecnología está lista para ser implementada de inmediato por los fitomejoradores agrícolas. Crédito:Penn State
“Aunque hicimos esto con tomate, se puede hacer con cualquier planta”, dijo. “Creemos que este estudio representa un gran avance al mostrar el potencial de la mejora epigenética de los cultivos. Y más tarde, tendrá importantes implicaciones para los árboles y los bosques frente al cambio climático”.
Sobre la base de investigaciones anteriores realizadas por el grupo de investigación de Mackenzie en Penn State, el patrón provino de plantas de tomate en las que los investigadores manipularon la expresión de un gen llamado MSH1 para inducir la "memoria de estrés". Esa memoria es heredada por algunos descendientes, lo que les da el potencial para un crecimiento más vigoroso, resistente y productivo.
El gen MSH1 dio a los investigadores acceso a la vía que controla una amplia gama de redes de resiliencia de las plantas, explicó Mackenzie, presidente de Lloyd and Dottie Huck para Genómica Funcional y director del Plant Institute en Penn State. “Cuando una planta experimenta un estrés como la sequía o el calor extremo prolongado, tiene la capacidad de adaptarse rápidamente a su entorno para volverse fenotípicamente ‘plástica’, o flexible”, dijo. "Y resulta que 'recuerda'".
El hallazgo de que esos rasgos "recordados" pasaron desde las raíces a través del injerto hasta la parte superior de la planta, publicado hoy (22 de octubre de 2020) en Nature Communications – es muy importante, señaló Mackenzie. Las plantas de tomate injertadas involucradas en la investigación produjeron semillas que dieron como resultado una progenie que fue, en promedio, un 35 % más productiva, un resultado sorprendente, señaló. Y ese vigor de crecimiento persistió en la progenie durante cinco generaciones en la investigación.
Xiaodong Yang, profesor asistente de investigación de biología (izquierda) y Hardik Kundariya, quien recientemente completó los requisitos de su doctorado, dirigieron el proyecto en el laboratorio de Mackenzie para demostrar los efectos de la manipulación epigenética en el rendimiento de las plantas. Aquí, se les muestra evaluando plantas de Arabidopsis modificadas epigenéticamente para detectar cambios en el crecimiento. Crédito:Penn State
Las plantas también son más resistentes, según Mackenzie. Durante un componente del estudio en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson de Penn State en 2018, las tormentas arrojaron más de 7 pulgadas de lluvia en agosto, inundando los campos de tomate. El agua acumulada acabó con las plantas que formaban parte de otros ensayos de investigación. Sin embargo, las plantas que eran descendientes de las plantas injertadas con el portainjertos manipulado epigenéticamente sobrevivieron en su mayoría, y luego prosperaron.
La progenie de las plantas injertadas también mostró una capacidad de supervivencia superior en los otros ensayos de campo realizados en California y Florida.
La investigación es la primera demostración real de un método de mejoramiento epigenético apto para la agricultura, dijo Mackenzie, y agregó que la tecnología está lista para implementarse de inmediato.
“Todo lo que estamos haciendo, cualquier fitomejorador en agricultura puede hacerlo, y ahora hemos demostrado a gran escala que tiene valor agrícola. Está listo para funcionar:un criador podría leer sobre esto e implementar el sistema para mejorar su variedad”, dijo Mackenzie.
Referencia:"El vigor de crecimiento mejorado hereditario inducido por MSH1 a través del injerto está asociado con la vía RdDM en las plantas" por Hardik Kundariya, Xiaodong Yang, Kyla Morton, Robersy Sanchez, Michael J. Axtell, Samuel F. Hutton, Michael Fromm y Sally A. Mackenzie, 22 de octubre de 2020, Nature Communications .
DOI:10.1038/s41467-020-19140-x
También participaron en la investigación en Penn State:Michael Axtell, profesor de biología; Xiaodong Yang, profesor asistente de investigación de biología; Robersy Sanchez, profesora asociada de investigación de biología; y Hardik Kundariya, estudiante de posgrado en biología; Samuel Hutton, Universidad de Florida; y Michael Fromm y Kyla Morton, EpiCrop Technologies, Lincoln, Nebraska.
El trabajo fue apoyado por fondos de la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del Departamento de Agricultura de EE. UU.
