Los genetistas de la Universidad de Stanford han descubierto una forma de controlar cuidadosamente la estructura de las raíces de las plantas a medida que crecen y se ramifican.
Mediante la manipulación de la profundidad y la forma de un floreciente sistema de raíces, los investigadores esperan que algún día puedan reprogramar los cultivos para hacerlos más resistentes frente al cambio climático.
Un sistema de raíces menos profundo, por ejemplo, podría ayudar a los cultivos a absorber mejor el fósforo cerca de la superficie. Mientras que un sistema de raíces más profundo podría ser mejor para recolectar agua y nitrógeno.
“Nuestros circuitos genéticos sintéticos nos permitirán construir sistemas de raíces muy específicos o estructuras de hojas muy específicas para ver qué es óptimo para las condiciones ambientales desafiantes que sabemos que se avecinan”. explica
“Estamos haciendo que la ingeniería de las plantas sea mucho más precisa”.
Las técnicas genéticas que Brophy y sus colegas usan para lograr una precisión tan alta podrían potencialmente reprogramar las plantas mucho más rápido de lo que de otro modo podrían adaptarse y con mayor precisión de lo que pueden cultivarse para obtener los rasgos deseables.
Usando células de una planta de tabaco, los investigadores crearon un circuito genético sintético que controla la expresión génica y mostraron cómo funciona en otra planta.
Puedes imaginar el circuito genético como un código de computadora con puertas lógicas. Solo los valores de entrada correctos pueden ingresar a la puerta y producir una salida.
Estos circuitos biológicos son también similar a los circuitos eléctricos con interruptorescomo los que alimentan tu teléfono.
En una célula, estas puertas, que en última instancia conducen a la expresión genética, solo pueden abrirse mediante “promotores” transcripcionales sintéticos que son específicos de ciertos tejidos vegetales. Esto significa que los investigadores pueden controlar potencialmente qué células de una planta expresan qué genes, cambiando la forma en que crece la planta.
Al crear una serie de puertas lógicas sintéticas para un solo gen asociado con el desarrollo de raíces laterales, los investigadores pudieron manipular el crecimiento de una pequeña planta conocida como maleza. Arabidopsis thaliana
Al cambiar la expresión de ese gen, los investigadores alteró la densidad de las ramas en el sistema de raíces de la planta sin afectar otras propiedades de la raíz.
Eso es un gran logro porque otro estudio mostrado anteriormente cómo pequeños cambios en ese gen de desarrollo de la raíz pueden afectar todo tipo de propiedades de la raíz, como el desarrollo del vello radicular o el crecimiento de la raíz primaria.
“Para separar la ramificación de la raíz de otros procesos de desarrollo, expresamos la slr-1 gen mutante que usa un promotor específico de tejido que solo se encuentra en las células madre de la raíz lateral”, dijeron los investigadores escribe.
A continuación, los autores planean probar sus circuitos genéticos reprogramados en sorgo, que es un cultivo único que se muestra prometedor como biocombustible. El equipo espera mejorar la capacidad del sorgo para absorber agua y realizar la fotosíntesis de manera más eficiente.
Si esta técnica genética resulta efectiva, sus posibilidades son ilimitadas. Sin embargo, la reprogramación de cultivos utilizando circuitos genéticos sintéticos requerirá un ajuste cuidadoso.
“Tenemos variedades modernas de cultivos que han perdido su capacidad de responder a donde están los nutrientes del suelo”, dice el biólogo de plantas José Dinneny, también de Stanford.
“El mismo tipo de compuertas lógicas que controlan la ramificación de las raíces podría usarse para, por ejemplo, crear un circuito que tenga en cuenta las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el suelo, y luego genere una salida que sea óptima para esas condiciones”.
El estudio fue publicado en Ciencias.