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CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Represiones) ha surgido como una de las herramientas más transformadoras de la biotecnología agrícola, permitiendo modificaciones precisas y específicas a los genomas vegetales. Para cultivos básicos como el trigo y el arroz, que juntos alimentan más de la mitad de la población mundial, CRISPR ofrece un camino directo hacia el desarrollo de variedades con resistencia integrada a plagas, enfermedades y tensiones climáticas.
Cómo funciona CRISPR en genética de cultivos
El sistema de detección de ADN se deriva de un sistema inmunitario natural que se encuentra en bacterias y arqueas. Cuando un virus ataca una bacteria, la bacteria captura un fragmento del ADN viral y la almacena en una región de su propio genoma llamado el array CRISPR. Esta secuencia almacenada sirve como memoria. Si el mismo virus vuelve a atacar, el bacterium produce moléculas RNA que guían el corte de la enzima Cascient9 (o)
Para el trigo y el arroz, esto significa que los investigadores pueden desactivar genes de susceptibilidad que explotan los patógenos, activan vías de resistencia a la latente, o incluso introducir rasgos de parientes silvestres sin la extensa arrastre de enlace que a menudo acompaña a las cruces tradicionales anchas.La precisión de CRISPR reduce el riesgo de cambios no deseados, aunque los efectos no deseados siguen siendo una preocupación que se puede minimizar a través del diseño de guía cuidadoso y de herramientas de predicción de predicción de silico.
Resistencia a las enfermedades en el arroz
Blight bacteriano
Los investigadores de la función de la resistencia al arroz Xanthomonas oryzae pv. oryzae es una de las enfermedades más devastadoras del arroz, capaz de reducir los rendimientos por mutación al 50% en las regiones afectadas.
Blast de arroz
La resistencia al arroz, que se usa en las regiones de la lucha contra el cáncer, es otra amenaza importante.Los científicos han identificado varios genes de resistencia (R), pero el patógeno evoluciona rápidamente, superando la resistencia al género.
Ingeniería: Tolerancia de la sequía y la salinidad en el arroz
Las tensiones abióticas, especialmente la sequía y la salinidad, son importantes limitaciones en la productividad del arroz, y el cambio climático se intensifica en ambos. La RSC se ha utilizado para modificar genes involucrados en la señalización de hormonas de estrés, como los de la vía del ácido abscílico (ABA)[editar] la transcripción de arroz [FLT2]
Mejorar la resistencia al trigo a la óxido y a la leche de polvo
[LT] La resistencia a la intemperie de los genes de la intemperie [FLT] [FLT] [FLT] [FLT]] [FLT]]] [Frección de los genes de la intemperie de la intemperie [LT] [FLT]] [Frente de la resistencia a la intemperie [FLT]]
Resistencia a la ronquida de vapor
La enfermedad de la enfermedad Sr35 y Sr33] Los genes de resistencia se han introducido en variedades de trigo susceptibles a través de CRISPR-HDR, aunque la HDR eficiente en plantas sigue siendo difícil. Un enfoque más directo ha sido modificar el TaEDR1 [LT]
Mejora de rendimiento y calidad junto a la resistencia
Los programas de resistencia basados en CRISPR se combinan con mejoras de rendimiento, calidad de grano o contenido nutricional para hacer variedades editadas más atractivas para los agricultores y los consumidores.En el arroz, por ejemplo, la edición de los GS3 y ]GW2 ]
Desafíos técnicos y estrategias de mitigación
Efectos fuera de la toma
La edición fuera de los objetivos, donde la nucleasa Cas9 corta en sitios genómicos similares pero no idénticos al objetivo previsto, sigue siendo una preocupación, especialmente en cultivos poliploide como el trigo. Sin embargo, los avances en el diseño de RNA guía, variantes de alta fidelidad Cas9 (por ejemplo, eSpCas9, HypaCas9), y la verificación basada en el aumento de genes completos tienen una reducción considerable de las tasas de la jurisdicción.
Entrega y regeneración eficientes
La aplicación de los componentes de la CRIS en las células de trigo y arroz y la regeneración de plantas enteras sigue siendo de gran intensidad de trabajo. Para el arroz, Agrobacterium]-mediated transformación de los callos embrionarios es fiable.
Enfoques libres de transgénitos
Muchos países regulan los cultivos con punta CRISPR de manera diferente dependiendo de si el ADN extranjero (transgenes) está presente. Para crear plantas editadas sin transgénero, los investigadores pueden expresar transitoriamente Cas9 y guiar RNA de las plasmides que no se integran en el genoma, o pueden segregar el transgénero equivalente en las generaciones posteriores. En trigo y arroz, esto se realiza habitualmente mediante la detección de progenie de T1
Paisaje regulatorio y aceptación pública
El estado regulatorio de los cultivos con CRISPR varía ampliamente. Estados Unidos, Canadá, Japón y varios países de América del Sur han adoptado políticas que distinguen entre eventos con genética que podrían haber surgido a través de mutagénesis convencional y aquellos que implican inserciones transgénicas. En estos países, muchos cultivos con editado por CRISPR pueden ser desregulados si no contienen ADN extranjero.
La aceptación pública depende de una comunicación clara de los beneficios y la seguridad. Las encuestas indican que los consumidores generalmente apoyan la edición de genes cuando ofrece ventajas tangibles, como la reducción del uso de plaguicidas o el mejoramiento del contenido nutricional. La transparencia en la etiquetación, la evaluación de riesgos y la participación de los interesados son esenciales para fomentar la confianza.
Integración con programas de crianza
CRISPR no es una solución independiente; funciona mejor cuando se integra con la crianza convencional y asistida por marcadores. Una vez que se genera una edición deseable, debe ser introvertido en fondos genéticos adaptados que funcionan bien en ambientes objetivo. Esto se hace a menudo a través de la cruz o avance de rápida generación con marcadores moleculares. Técnicas de reproducción de velocidad — plantas de crecimiento bajo fotoperiods extendidas— pueden acelerar este proceso, permitiendo a siete reproductores para producir una línea
Además, el CRISPR puede utilizarse para introducir resistencia en variedades huérfanos o submejoradas que se adapten a condiciones marginales pero carecen de genética moderna. Esto es especialmente importante para el arroz en ecosistemas de lluvia y trigo en regiones en desarrollo donde las epidemias de oxidación causan pérdidas crónicas.
Estudios de casos: Del laboratorio al campo
El Instituto Internacional de Investigación del Arroz (IRRI) ha desarrollado una variedad bacteriana de arroz resistente a la plaga utilizando CRISPR para editar el OsSWEET14 promotor de la temporada de trabajo de los socios de campo confidenciales en Filipinas ha demostrado que la presión de trabajo se mantiene bajo resistencia.
Powdery Mildew–Resistant Wheat in the United Kingdom: Los científicos del John Innes Centre han generado líneas de trigo con genes editados Tamlo. Estas líneas fueron comprobadas en el campo bajo una licencia del Departamento de Medio Ambiente del Reino Unido, Alimentación y Asuntos Rurales (Defra23).
Futuros Instrucciones y Herramientas Emergentes
La próxima generación de herramientas de CRISPR incluye editores de base, que pueden convertir un nucleótido a otro sin causar rupturas de doble tira, y editores principales, que pueden insertar secuencias precisas o mutaciones de puntos correctos. Estas tecnologías permitirán un control más fino sobre la función de genes, haciendo posible crear alelos de ganancia de funcionamiento o reparar genes de resistencia defectuosa que existen en parientes silvestres.
Otra frontera es el uso de CRISPR para modular la expresión de genes en lugar de deshacerse de genes. La activación CRISPR (CRISPRa) y la interferencia (CRISPRi) usan Cas9 catalíticamente muerto fusionado a activadores transcripcionales o represores a genes blancos actualizados o desregulados sin alterar su secuencia de ADN. Estas herramientas son valiosas para estudiar la función gen y eventualmente se pueden utilizar para responder a finos estrés genómico en cultivos sin cambios permanentes.
El cambio climático acelerará la necesidad de una rápida adaptación. La capacidad de CRISPR para introducir alelos de resistencia conocidos en germoplasma de élite dentro de una sola temporada de cultivo hace que sea una herramienta ideal para responder a patógenos emergentes y cambiar las condiciones ambientales. Los esfuerzos continuos, como la CGIAR Iniciativa de cultivo acelerado], están incorporando CRISPR en sus tuberías para acelerar la producción de trigo.
Conclusión
La tecnología CRISPR ha ido más allá del laboratorio y ahora está siendo implementada en ensayos de campo para el trigo y el arroz, demostrando su potencial para ofrecer resistencia duradera a plagas, patógenos y tensiones abióticas.Los ejemplos de arroz resistente a la plaga bacteriana, el trigo resistente al polvo y el arroz resistente a la sequía subrayan la amplitud de las aplicaciones.
Para más lectura, vea la revisión sobre las aplicaciones de CRISPR en el arroz] y la visión general de la edición del genoma en el trigo. Fuentes institucionales como IRRI y John Innes Centre] proporcionan actualizaciones de campo regulatorio.