La intrusión de agua salada y la salinización del suelo están aumentando las amenazas a la producción mundial de arroz, especialmente en regiones delta como el Delta del Mekong en Vietnam, el Delta del Ganges-Brahmaputra en Bangladesh, y zonas costeras de China y la India. Aumentar los niveles del mar, sobreextraer las aguas subterráneas y las malas prácticas de riego exacerban el problema, haciendo que millones de hectáreas de campos de arrozales

Biología de la Estrés de Sal en Rice

El estrés de la sal en el arroz es principalmente un fenómeno de dos fases. La primera fase, el estrés osmótico, se produce en minutos a horas después de la exposición a concentraciones altas de sal. La alta resistencia iónica de la solución del suelo reduce el potencial de agua gradiente, lo que dificulta que las raíces tomen agua sensible. Esto conduce a la rápida limpieza de la hoja, cierre estomatal y una reducción en la expansión celular.

Las tensiones secundarias adicionales incluyen daños oxidativos de especies reactivas de oxígeno (ROS) producidas bajo estrés salado, desequilibrios nutricionales (por ejemplo, reducción de la absorción de calcio y magnesio), y disregulación hormonal, en particular de ácido abscílico y etileno. El resultado general es una reducción severa en el número de labranza, longitud de pánico, fertilidad de espeleología y llenado de granos.

Limitaciones de la crianza tradicional

El proceso de reproducción de genes de la combinación de la fibra de vidrio (FLT:0) se ha seguido utilizando para el tratamiento de la fibra de vidrio, y se ha logrado un tratamiento de la sal.

Enfoques de ingeniería genética

Sobreexpresión transgénica

La primera y más común estrategia de ingeniería genética implica insertar uno o más transgénicos bajo un fuerte promotor constitutivo o inducible de estrés.La sobreexpresión de los transportadores de iones, como OsNHX1 (un antiportador de Na+/H+) de grano transexpresivo, aumenta la secuación de Na+ en vacuoles, reduciendo así la modificación cy

Los enfoques transgénicos también incluyen la introducción de los genes que encodan solutos compatibles (por ejemplo, trehalose, glicicina betaine, proline) que ayudan a mantener el equilibrio osmótico y protegen las macromoléculas.Por ejemplo, el ]TPSP] fusiones de genes de la levadura, cuando se expresa en el arroz, eleva los niveles de trehalose y mejora la tolerancia de la sal.

CRISPR-Cas Genome Editing

La tecnología CRISPR-Cas ofrece una alternativa más precisa a la transgénesis. En lugar de insertar ADN extranjero, CRISPR-Cas9 o editores de base pueden modificar los genes de arroz existentes para mejorar su función o alterar las secuencias regulatorias. Por ejemplo, los investigadores han utilizado CRISPR para interrumpir OsRR22, un regulador negativo de la tolerancia a la sal, lo que resulta en una mayor tolerancia a la edición.

La edición de base, una nueva variante de CRISPR, permite sustituir a los únicos núcleoides sin crear rupturas de doble tira. Esta técnica se puede utilizar para recrear los alelos beneficiosos encontrados en parientes silvestres o raciones de tierra directamente en cultivares de élite. Por ejemplo, una mutación de punto en la OsHKT1;5 promotor de la inyección de sal que aumenta su expresión.

Principales genes y caminos bajo investigación

Más allá de los transportistas mencionados anteriormente, varias otras familias de genes están siendo activamente diseñadas para la tolerancia de la sal en el arroz:

  • [LT+F]: La vía de la sal : La vía de la sal excesivamente sensible (SOS) que complicó SOS1 (máquina de membrana Na+/H+ antiportador), [[FLT4]SOS2
  • Familia OsHAK: Miembros de la familia HAK/KUP/KT, particularmente OsHAK5 y OsHAK21, son transportadores de alta resistencia K+ que ayudan a mantener la presión K+/NaLT+[4].
  • Vacuolar H+-PPase: El gen AVP1 (de Arabidopsis) codifica una bomba de protón vacuolar que genera la fuerza de protones necesaria para la secutación NaLT1[FLT]
  • Factores de inscripción: Varios factores de transcripción regulan los genes resistentes a la sal. OsbZIP72 OsNAC5, OsWRKY45[LT8]
  • miRNAs: MicroRNAs como miR156, miR393, y miR396 modulan las respuestas al estrés salado apuntando a factores de transcripción relacionados con el estrés. Manipular la expresión miRNA usando construcciones artificiales de miRNA es una estrategia emergente.

Un enfoque integrador —que combina la genómica, la transcripción y la metabolomica— se está utilizando ahora para identificar las combinaciones multigénitas más prometedoras. Por ejemplo, un estudio reciente co-expresado OsNHX1 con OsBADH1erg] (que sintesis de la sena)

Resultados recientes de los avances y los resultados de los ensayos sobre el terreno

[FLT]: una línea de cultivo de arroz con un efecto de presión en la India, que se ha desarrollado en China, un campo de producción de arroz con un mayor rendimiento de la línea de cultivo de la tierra, que ha mejorado en el campo de la india.

Tal vez el esfuerzo más ambicioso es el Proyecto C4 Rice, apoyado por la Fundación Bill & Melinda Gates, que pretende instalar una vía fotosintética C4 más eficiente en el arroz. Mientras que el objetivo principal es mayor potencial de rendimiento, el arroz C4 también muestra una eficiencia mejor del uso del agua, que indirectamente confiere una mejor tolerancia al estrés osmótico inducido por la salinidad.

Estos resultados son alentadores, pero es importante señalar que la mayoría de los ensayos de campo se realizan sobre parcelas relativamente pequeñas bajo condiciones salinas administradas en lugar de en los gradientes de salinidad altamente heterogéneas y dinámicas que se encuentran en entornos agrícolas reales. El aumento y validación en diversas zonas agroecológicas sigue siendo un paso más crítico.

Retos a la adopción

Regulatory and Biosafety Hurdles

Los cultivos genéticamente diseñados enfrentan exámenes regulatorios estrictos en muchos países. El arroz transgénico tolerante a la sal, porque contiene ADN de fuera de la especie, debe someterse a evaluaciones amplias de la seguridad alimentaria y ambiental en virtud del Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología. En la Unión Europea, la aprobación es particularmente lenta y políticamente contenciosa. Incluso en países como Bangladesh y Filipinas, donde se han aprobado las vías transgénicas de berenjeno.

Aceptación pública y de consumidores

El escepticismo de los consumidores sobre los OGM sigue siendo alto en muchos países consumidores de arroz. En China y la India, el activismo anti-OMG ha bloqueado con éxito la liberación comercial de varios cultivos diseñados, a pesar de su apoyo científico. La información errónea sobre los "inhibidores de los alimentos" y el miedo al control corporativo del suministro de alimentos están profundamente arraigados.

Consideraciones ecológicas y agronómicas

Los riesgos ecológicos potenciales incluyen el flujo de genes de arroz diseñado a parientes silvestres (por ejemplo, Oryza rufipogon] en Asia). Los genes de tolerancia de sal podrían conferir una ventaja selectiva a especies silvestres, potencialmente alterando dinámicas de los ecosistemas. Sin embargo, el arroz es predominantemente autopolable, y las tasas de flujo genético son generalmente bajas (menos del 1% por generación bajo condiciones de modificación de campo).

Cuestiones económicas y de equidad

La mayoría de las variedades de arroz GE tolerantes a la sal son desarrolladas por instituciones del sector público (por ejemplo, IRRI, sistemas nacionales de investigación agrícola) en lugar de por empresas multinacionales. Esto es una ventaja en términos de asequibilidad, ya que estas variedades están destinadas típicamente a pequeños agricultores en países en desarrollo sin altos costos de semillas. Sin embargo, el costo de desarrollar una variedad transgénica, incluyendo el cumplimiento regulatorio y la selección de eventos, puede ser más de 10 millones de recursos.

Future Directions

Múltiplo Genoma Edición

Los avances en la tecnología CRISPR permiten ahora la edición simultánea de múltiples genes en un solo evento de transformación. Por ejemplo, mediante un sistema de CRISPR-Cas9 múltiple, los investigadores pueden apuntar a varios reguladores negativos de la tolerancia de la sal (por ejemplo, OsRR22],

Allele Mining y Biología Sintética

Las especies de arroz silvestre, como Oryza coarctata (que prospera en aguas costeras salinas en el Asia meridional), alelos portuarios que confieren tolerancia sal extrema no encontrada en arroz cultivado. Avances en secuenciación de larga duración y montaje genoma han identificado genes candidatos de estos parientes salvajes.

Resiliencia de la sal mediante microbiome Engineering

Un enfoque complementario emergente es el de diseñar el microbioma raíz para mejorar la tolerancia a la sal. Muchas plantas halofiláceas dependen de bacterias simbióticas que producen fitohormonas, precursores de etileno degradados o aumentan la disponibilidad de nutrientes. Aunque no se puede modificar directamente la planta de arroz, se pueden inocular semillas con tolerant de sal

Integración con Agricultura y Apoyo a la Decisión Precisión

Incluso la variedad más tolerante a la sal no puede funcionar bien si los niveles de salinidad del suelo exceden su techo fisiológico. Monitorización en tiempo real de la conductividad eléctrica del suelo usando sensores IoT, junto con herramientas de apoyo a la decisión que recomiendan tiempos óptimos de plantación, regímenes de riego y plazos de lixiviación, maximizarán los beneficios de las variedades GE. El uso de imágenes multiespectral basadas en drones también puede detectar signos tempranos de estrés de sal, permitiendo a los agricultores aplicar intervenciones específicas.

Conclusión

La ingeniería genética no es una bala de plata, pero es un componente poderoso de una estrategia más amplia para hacer que la producción de arroz sea resistente a la creciente amenaza de la salinización del suelo. De la sobreexpresión transgénica de los transportadores de iones y los protectores osmóticos a la edición precisa del genoma de reguladores negativos, la caja de herramientas se ha expandido dramáticamente en las últimas dos décadas.

Para mayor lectura, consulte las revisiones completas sobre el tema: La tolerancia de la sal en el arroz: Mecanismos y mejora genética (Exámen anual de la biología vegetal), Edificio del genoma medio-PR en el arroz para la tolerancia al estrés (Frontiers in Plant Science),