Antecedentes

Desde la aparición de las tijeras genéticas CRISPR, la edición del genoma de los cultivos se ha convertido en un motor clave para el fitomejoramiento. La edición prima (Prime Editing, PE), que permite la sustitución e inserción de secuencias diana sin la ruptura de la doble cadena de ADN, destaca como una herramienta de precisión para reducir el riesgo de deleciones. En monocotiledóneas como el arroz y el maíz, se han reportado eficiencias de edición superiores al 20%, avanzando rápidamente hacia su aplicación práctica.

Por otro lado, la investigación en cultivos dicotiledóneos como soja, tomate y colza se topó con obstáculos. Esto se debe a que las desviaciones por sitio diana son extremas en comparación con las monocotiledóneas, y la eficiencia media de corrección se mantuvo alrededor del 1%. Además, se ha señalado continuamente la vulnerabilidad de que el ARN guía de edición prima (pegRNA) se degrade fácilmente dentro de las células vegetales. El rápido descenso de la actividad de la transcriptasa inversa (RT) en el entorno celular de las plantas dicotiledóneas también constituye un obstáculo. La realidad es que resultaba difícil aplicar la edición por pares de bases (PE) para mejorar los cultivos, debido a que los mecanismos de reparación del ADN intracelulares impedían la introducción de secuencias tipo flap.

Hallazgos clave

El equipo de investigación liderado por Caixia Gao, de la Academia China de Ciencias, ha resuelto este desafío mediante el sistema 'SmartPE', que integra ingeniería compuesta. Este logro ha sido publicado en el número más reciente de la revista científica 'Nature Plants'. El equipo diseñó con precisión desajustes (mismatches) intencionados dentro de la plantilla de retrotranscripción (RTT) para neutralizar la interferencia del sistema de reparación de la célula huésped. Además, integraron en una sola plataforma un sistema dual de pegRNA para duplicar la eficiencia de corte, junto con elementos reguladores cis adaptados a plantas y una transcriptasa inversa (RT) mejorada con mayor actividad.

SmartPE demostró una mejora abrumadora en comparación con el PE estándar en experimentos con protoplastos de dicotiledóneas. En experimentos con la planta modelo Arabidopsis thaliana Col-0, la eficiencia de edición aumentó entre 6,3 y 23,0 veces en comparación con los métodos anteriores. En protoplastos de tomate (Solanum lycopersicum), se observó un incremento de eficiencia de entre 8.2 y un máximo de 38.2 veces. En soja (Glycine max) y colza (Brassica napus), también se confirmó una mejora superior a 10 veces en la mayoría de los sitios diana.

Los resultados también se validaron a nivel organizacional. Al editar el gen SlOR2 en un sistema de raíces pilosas (hairy root) de tomate, la edición génica estándar solo logró formar variantes heterocigotas en un 1.0%. Por otro lado, SmartPE logró inducir líneas con variantes homocigotas del 7,3 % y líneas heterocigotas del 12,5 %. Esto demuestra la posibilidad de obtener directamente variantes de línea pura deseadas sin necesidad de procesos complejos de avance generacional.

La utilidad práctica también se verificó en la etapa de transformación estable. El equipo logró insertar con éxito secuencias de etiqueta FLAG en el genoma de Arabidopsis. En plantas de tomate, se insertaron secuencias de potenciadores (enhancer) y sitios de marcaje recombinante con una eficiencia de hasta el 32.3%. Esto sienta las bases para regular con precisión la intensidad de la expresión génica sin necesidad de introducir genes foráneos (transgenes).

Significado y perspectivas

Este descubrimiento posee un valor excepcional al expandir la tecnología de edición de precisión, anteriormente centrada en monocotiledóneas, hacia hortalizas, leguminosas y cultivos oleaginosos. El estudio demuestra que, más allá de la simple sustitución de un solo nucleótido, es posible insertar con precisión factores de regulación o secuencias de etiquetas funcionales en posiciones específicas. En consecuencia, se espera que las investigaciones para la mejora de rasgos complejos, como la introducción de factores de resistencia a patógenos o la construcción de rasgos de tolerancia a la sequía, ganen un impulso significativo.

No obstante, aún quedan desafíos por resolver para que las variedades desarrolladas lleguen a ser adoptadas por los agricultores. Es necesario confirmar en diversas variedades si la capacidad de edición verificada en protoplastos y pelos radiculares se mantiene durante el proceso completo de regeneración de la planta. Asimismo, será necesario realizar análisis de genoma completo de forma continua para evaluar la estabilidad de la herencia de los rasgos editados a través de las generaciones y las posibles mutaciones fuera de la diana (off-target).