Científica chilena desarrolla cultivos que crecen en el desierto y una manzana “dorada” mediante edición genética

Actualmente Chile enfrenta una de las peores sequías de su historia, por lo cual algunos cultivos desarrollados con edición genética en el laboratorio de la Dra. Stange (U. de Chile) pueden ser clave. Plántulas de tomate y kiwi editadas con CRISPR para tolerar condiciones de sequía y salinidad crecen en paralelo a manzanas que han sido editadas para una mayor nutrición y no oxidarse tras ser cortadas. ¿Podrá Chile ser un ejemplo mundial en la adopción de esta nueva tecnología?

ChileBio / 3 de septiembre de 2020.- Mientras Santiago lleva varios meses en cuarentena, y el país vive un ambiente de acaloradas discusiones políticas, en el laboratorio de la Dra. Claudia Stange en la Universidad de Chile, crecen bajo mucha atención y cuidado unos pequeños brotes de manzano, kiwis y tomate, los cuales han sido editados genéticamente para mejorar su contenido nutricional y resistencia a la sequía y suelos salinos.

Chile ha sufrido la peor sequía de su historia durante 10 años seguidos, y aunque el invierno de 2020 ha sido una tregua momentánea, estos pequeños brotes de la Dra. Stange se proyectan como una herramienta importante, entre varias otras, para que el país enfrente el cambio climático y las frecuentes sequías cuando la pandemia y las grandes discusiones políticas vuelvan a la normalidad.

Una vida ligada a las plantas

La Dra. Stange es bioquímica de la Universidad de Chile y en 2004 obtuvo un Doctorado en Ciencias Biológicas de la Universidad Católica de Chile, con una tesis sobre interacción planta-patógeno. Su interés por las plantas proviene desde su niñez, cuando por diversión y curiosidad polinizaba y cruzaba flores en la ciudad de Puerto Montt, su ciudad natal.

“Siempre me gustaron las plantas porque crecí en el campo y fue una enseñanza inconsciente transmitida por mi madre y mi abuela”, dice Stange en una entrevista para ChileBio. “La biotecnología surgió naturalmente ya trabajando en la facultad de ciencias considerando la importancia de los carotenoides en la salud”, agrega.

A pesar de la fuerte brecha de género que afecta a las mujeres chilenas que hacen ciencia, especialmente a nivel de posgrado o como directoras de centros de investigación, Stange ha desarrollado una destacada carrera desde que obtuvo su doctorado, realizando investigaciones sobre la vía metabólica de los carotenoides en las zanahorias (en la cual se encuentra el precursor de la Vitamina A) y mejoramiento genético de frutales.

La investigación de Stange, quien en 2020 fue nombrada Presidenta de la Sociedad Chilena de Biología Vegetal, no se quedó sola en ciencia básica, ya que durante una década proyecta aplicaciones futuras que pueden ser de gran importancia para el país.

Manzana “dorada” y el problema de los transgénicos

¿Has leído alguna vez sobre el famoso “arroz dorado“? Es un proyecto humanitario iniciado por científicos alemanes para desarrollar un arroz transgénico rico en carotenoides, pigmentos vegetales de gran poder antioxidante y que son precursores de la vitamina A, un nutriente que casi no se encuentra en la dieta de varios países asiáticos en desarrollo. Este problema que genera alrededor de un millón de muertes y miles de casos de ceguera infantil cada año.

El primer proyecto aplicado de la Dra. Stange, que comenzó en 2011 financiado por un proyecto Fondef, tenía un objetivo similar al del arroz dorado, ya que buscaba desarrollar plántulas transgénicas de manzano con genes para sintetizar carotenoides en los frutos. Por razones técnicas y de tiempo de trabajo, la ingeniería genética es la mejor herramienta para modificar dicha vía metabólica de los carotenoides, frente a los métodos convencionales.

Hay que considerar que Chile es un importante productor mundial de manzanas, y en 2019 fue el cuarto mayor exportador de esta fruta, por lo que mejorar el perfil nutricional de las variedades locales y exportadas agregará un gran valor e impulso a esta industria chilena.

Por otro lado, “hoy los consumidores buscan alimentos funcionales, es decir, con mayor contenido de antioxidantes, vitaminas, etc. Esas características las cumplirían nuestras manzanas con un mayor contenido de carotenoides (que son las moléculas de pro-vitamina A) y antioxidantes que contrarrestan diversas enfermedades y el envejecimiento”, comenta la Dra. Stange.

Aunque en cultivos como maíz, soya o canola, el desarrollo de eventos transgénicos ya es rutinario en algunos países, los investigadores continúan enfrentando un gran obstáculo con trabas regulatorias y/o oposición política y ecologista al momento de utilizar esta tecnología.

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“Es de conocimiento que los cultivos transgénicos han aumentado su comercialización a lo largo de los años, sumándose 27 países [a nivel comercial] en todo el mundo. Considero que ello irá en aumento, dado que luego de 30 años de que han sido cultivados y comercializados, no se ha reportado ningún caso en el cual se haya afectado la salud de las personas”, afirma Stange.

El trabajo tuvo resultados exitosos en la generación de líneas transgénicas de plántulas de manzano biofortificadas en el laboratorio, pero por falta de financiamiento, el proyecto finalizó en 2014. A esto, se suma el vacío regulatorio de Chile, el cual aún no posibilita llevar esta tecnología al campo de los agricultores chilenos.

Manzanos transformados con genes productores de betacaroteno. | Crédito: Dra. Stange

Sin embargo, no todo terminó ahí. La Dra. Stange comenzó a analizar el uso de una nueva herramienta biotecnológica: la edición genética, específicamente CRISPR, una técnica que ha generado una nueva ola de cultivos mejorados genéticamente. ¿Y cuál es la diferencia entre esta técnica y los famosos transgénicos?

“En transgenia se inserta uno o varios genes de otra planta u organismo a una planta de interés con el fin de que ese gen al expresarse le otorgue características beneficiosas que la planta original no tenía. Por ejemplo la producción de provitamina A, resistencia a sequía, o patógenos”, afirma Stange.

“En edición génica se usan también estrategias de biología molecular para evitar que un gen específico se exprese en la planta de interés. Al editar ese gen se busca que la planta presenta características positivas que antes no tenía, cómo las mismas mencionadas previamente” agrega. “Son dos estrategias que buscan el mismo fin. Solo que en la última no hay material de ADN exógeno, por esto, es más fácilmente aceptado en países donde los transgénicos no lo son” finaliza Stange.

Y efectivamente, desde que Argentina se convirtió en el primer país del mundo en regular esta nueva técnica con fines agrícolas en 2015, Chile le secundó en 2018 con una regulación SAG que permite su uso siempre que no haya inserción de transgenes. Posteriormente otros países como Brasil, Estados Unidos, Australia, Canadá, Colombia, Israel, Japón y otros han publicado sus propias aprobaciones y normativas, mientras que otros países (como China y Rusia) ya discuten eventuales aprobaciones para sumarse al club.

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CRISPR y “manzana dorada” 2.0

Dados los antecedentes previos, y los importantes datos obtenidos con el enfoque de transgenia, el equipo de Stange retomó el trabajo de las manzanas doradas en 2018 gracias a un nuevo fondo público, pero esta vez con edición genética con CRISPR, y buscaría no solo un mayor nivel de pro-vitamina A y antioxidantes, sino también una oxidación retardada, lo que reduce el desperdicio de alimentos. Este mismo efecto fue logrado por la manzana “Arctic”, mejorada por la ingeniería genética tradicional en Canadá.

“A la fecha estamos seleccionando las plántulas de manzana que tengan las características deseadas: es decir que tengan editados los genes de interés, que produzcan menor pardeamiento, mayor contenido de carotenoides y que nos sean OGMs. A fin de año podremos tener las primeras plantas para ser traspasadas a Los Olmos donde seguirán la evaluación en invernadero y campo”, afirma Stange.

“Por mientras, nuestro equipo seguirá generando y seleccionando más líneas  de tal modo de tener una cantidad de plantas que nos permita elegir la mejor cuando produzcan frutos”, comenta Stange sobre el proyecto ejecutado en asociación con el Consorcio Biofrutales y Vivero Los Olmos.

Cultivo in vitro de brotes editados de manzana (variedades fuji y royal gala). | Crédito: Dra. Stange

Sin embargo, tener estas manzanas en nuestras mesas llevará un tiempo. La Dra. Stange estima que les llevará un período de 5 años seleccionar los mejores genotipos de manzanos editados, con frutos que sean más nutritivos y que no se oxiden al cortarse, antes de llevarlas a producción de campo.

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Proyecto PASSA y sequía en Chile

Otro trabajo ambicioso y más reciente del laboratorio de Stange se formalizó en marzo de 2020 con el Proyecto Anillo “Plant Abiotic Stress for a Sustainable Agriculture” (PASSA), financiado por ANID, y desarrollado en el Centro de Biología Molecular de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile, junto a los investigadores Dr. Michael Handford y Dra. Lorena Norambuena, en asociación con el Dr. Juan Pablo Martínez del Instituto de Investigaciones Agrarias (INIA) y el Dr. Ricardo Tejos de la Universidad Arturo Prat.

Este proyecto tiene como objetivo desarrollar portainjertos de tomate y kiwi tolerantes a la sequía y suelos salinos mediante la edición genética con CRISPR, algo que va ad hoc a la situación de emergencia hídrica que paulatinamente se agrava en Chile.

El tomate es la hortaliza más consumida tanto en Chile como en el mundo, y por otro lado, el kiwi es una fruta importante producida en Chile, que mantiene la tercera posición global en exportaciones después de Nueva Zelanda e Italia. Por ello, “blindarlos” ante la creciente escasez de agua y la desertificación del país se convierte en un objetivo fundamental.

“Los cultivos de tomate y kiwi son muy relevantes para la economía del país.  En el caso del tomate, se estudiarán las características del “Poncho negro”, variedad chilena originaria del Valle de Azapa (Arica) que cuenta con una alta resistencia a la salinidad, cuya mejora genética permitiría aumentar la productividad del tomate 7742 (seminis), la variedad más producida y comercializada en Chile; y que podrá ser injertada sobre Poncho Negro”, afirma Stange.

“En cuanto a los kiwis, se buscará aumentar la tolerancia a la salinidad y sequía de variedades usadas como portainjertos, para mejorar la productividad de las plantas de kiwi comercial Hayward” agrega Stange.

Proceso de edición genética del kiwi desde callo hasta plántula. Crédito: Dra. Stange.

A diferencia de las manzanas, en este caso basta tener las plantas (no se necesitan frutos) para ser evaluadas a nivel de laboratorio e invernadero en condiciones de sequía y salinidad.

Por otro lado, los efectos de la cuarentena han hecho que en el caso del Proyecto Anillo, los investigadores hayan tenido que adaptar y privilegiar las actividades bioinformáticas sobre las experimentales para la selección de los genes a editar. Las dificultades para las actividades de transformación genética podrían generar un retraso de medio año. Con este revés, y considerando la pandemia, podrían pasar unos tres años desde la selección de genes hasta la evaluación de campo de las plantas editadas, según relata Stange.

La investigadora también destaca la importancia de generar productos nacionales adaptados a la realidad local. “Actualmente, las nuevas variedades se adquieren mediante el pago de regalías a empresas extranjeras”, explica.

“Esto implica traer esas variedades y esperar unas temporadas hasta que se adapten a nuestras condiciones edafoclimáticas, con la expectativa de que produzcan los frutos tal como se producen en donde se generaron. Esto es un riesgo. En nuestro caso, son variedades ya producidas y comercializadas en Chile a las que les agregaremos estas nuevas características”, finaliza respecto al impulso en nutrición y adaptación climática de sus cultivos en investigación.

Desafíos futuros y percepción pública

La Dra Stange apuesta a que la tendencia a la desregulación de los OGMs y la rapidez regulatoria en el caso de CRISPR, de sustento a que nuevas variedades mejoradas por transgénesis o edición genética que benefician directamente a los consumidores y agricultores, puedan penetrar en el mercado.

“En este sentido se encuentra el arroz dorado, y muy recientemente se han sumado el plátano y berenjena biofortificada con betacaroteno, que están siendo cultivados experimentalmente en África y países asiáticos” agrega.

“El beneficio que traen estas plantas biofortificadas superará las reticencias conceptuales a los transgénicos, sobretodo en países que aprecian el valor a la salud que les otorgan este tipo de productos mejorados. La necesidad hará que países se vayan sumando a incorporar los cultivos de plantas transgénicas y editadas” remarca.

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Mientras tanto, las pequeñas plantas de la Dra. Stange continuarán creciendo bien cuidadas y sin saber de pandemias o convulsiones políticas en sus macetas y placas de petri. Pronto, algunas de estas crecerán y se transferirán a invernaderos, donde podrían ser un ejemplo internacional de una herramienta “game-changer” para una agricultura resiliente y sostenible.

Fuente https://www.chilebio.cl/2020/09/02/cientifica-chilena-desarrolla-cultivos-que-crecen-en-el-desierto-y-una-manzana-dorada-mediante-edicion-genetica/