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Colombia y Japón avanzan en edición genética del arroz
El arroz es uno de los alimentos más importantes para la soberanía alimentaria en el mundo. Foto: Sam Panthaky-AFP.
Experimentos en campo para parámetros y eficiencia agronómicos del uso del nitrógeno (ANUE). Fotos: Kentaro Wakatabi, magíster en Ciencias Agrarias de la UNAL.
Drones con los que tomaron fotos aéreas del campo de arroz para monitorear el estado de plantas a través de fotos multiespectrales.
Plantas de arroz durante los análisis del experimento en el CIAT.
Muestreo de las hojas en el campo.
Preparación de PCR en el laboratorio.
El nitrógeno es un nutriente esencial para el desarrollo de las plantas, pero su uso excesivo en forma de fertilizante se puede filtrar en los suelos y contaminar fuentes de agua subterránea y superficial como ríos y lagos.
Aunque normalmente se observa menos emisión de óxido nitroso en los campos de arroz inundados frente a otros cultivos en campo seco, el nitrógeno puede generar indirectamente la producción de metano, por incrementar el contenido de carbono en el suelo.
A este panorama se suma el aumento en los precios de los fertilizantes en los últimos años debido a la pandemia y a las tensiones comerciales entre países productores, por lo que reducir el nitrógeno aplicado favorecerá económicamente a los agricultores.
Para abordar este desafío, el estudiante Kentaro Wakatabi propuso disminuir la cantidad de emisiones de GEI en cultivos de arroz mediante la creación de nuevas líneas con edición genética y utilizando la tecnología CRISPR/Cas9. Su trabajo se desarrolló en el marco de un proyecto bilateral entre Colombia y Japón, en su tesis para la Maestría en Ciencias Agrarias con énfasis en fisiología de cultivos de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira.
Dicha tecnología permite realizar modificaciones precisas en el ADN de los organismos para desarrollar variedades más eficientes en el uso de nitrógeno, sin comprometer el rendimiento de los cultivos.
La primera parte del estudio se realizó en Japón, por investigadores de la Organización Nacional de Investigación Agrícola y Alimentaria (NARO), quienes seleccionaron los genes y crearon los materiales para este proyecto.
En ese proceso tuvieron en cuenta la relación de las plantas con el metabolismo del nitrógeno, las emisiones de metano, la eficiencia en el uso del agua, la existencia de homólogos en el genoma del arroz y su idoneidad para la edición genética.
Después de evaluar 7 genes candidatos seleccionaron los genes AAP2 y CRF4 de la especie Arabidopsis thaliana, identificaron sus homólogos en arroz y crearon las líneas de arroz utilizando como base la variedad japonesa Nipponbare para la mutación knockout (KO, eliminación genética), mediante edición genética con CRISPR/Cas9, una tecnología de edición de genes que permite realizar modificaciones precisas en el ADN de los organismos.
Una vez confirmada la mutación genética en los genes de interés, importaron las semillas a Colombia, en donde se realizaron los experimentos en campo, en el CIAT del Valle del Cauca, para evaluar la reacción de las nuevas líneas a la aplicación de nitrógeno en diferentes tasas en el rendimiento y las características en condiciones reales, pues en Colombia se pueden cultivar plantas transgénicas y de edición genética en campo abierto bajo el control y protocolo de ICA y las autoridades.
En el CIAT, las líneas de AAP2 y CRF4 se sometieron a distintos niveles de nitrógeno que incluyeron tres dosis: 100 % (180 kg/ha), 50 % (90 kg/ha) y 0 % (0 kg/ha).
Los resultados obtenidos revelaron diferencias visuales significativas entre las líneas de arroz modificadas y el grupo de control con las que se compararon. “Las plantas genéticamente editadas mantuvieron un color verde más intenso durante más tiempo”, señaló el magíster Wakatabi.
También se reportó un incremento significativo del 129-211 % en el peso de biomasa seca y del 171-251 % en el número de panículas o estructuras reproductivas que se encuentran en las plantas de la familia de las gramíneas, como el arroz, en comparación con el grupo de control, lo cual es importante porque implica una mejor eficiencia agronómica y adaptación al cambio climático.
Pese a que las variedades creadas no superaron al grupo de control en términos de rendimiento o eficiencia agronómica del uso del nitrógeno, sí sientan las bases para futuras investigaciones y destacan la utilidad de la tecnología de edición genética en la evaluación de genes específicos, lo que abre nuevas puertas para comprender mejor el ciclo del nitrógeno en las plantas de arroz y otros cultivos de importancia agrícola.
