Antecedentes

El calentamiento global y los fenómenos meteorológicos extremos están sacudiendo desde sus cimientos el sistema mundial de producción de alimentos. El estrés ambiental, como las sequías, las olas de calor anómalas y la acumulación de sales, reduce drásticamente cada año la productividad de los cereales principales. El método tradicional de cría ha guiado la mejora de variedades durante largos años, pero además de requerir desde varios hasta decenas de años para el cruzamiento y la selección, mostró la limitación genética de que, al introducir rasgos útiles, también se arrastraban rasgos no deseados.

El hecho de que la agricultura moderna dependa excesivamente de un pequeño número de cultivos principales, lo que ha reducido la diversidad genética, también es un problema grave. Los cultivos que la humanidad ha domesticado durante miles de años han sido seleccionados principalmente en función del rendimiento y la facilidad de procesamiento, por lo que han perdido en gran medida sus mecanismos de defensa genéticos para sobrevivir en entornos silvestres hostiles. Por otro lado, las especies silvestres cercanas y las plantas silvestres que crecen en tierras áridas conservan intacto un robusto sistema de supervivencia que les permite mantener la fotosíntesis y conservar la humedad incluso bajo condiciones extremas de sequía y altas temperaturas.

Los investigadores han prestado atención a la resistencia de las plantas silvestres, pero encontrar qué factores en estos genomas masivos impulsan la resistencia al estrés y el aumento del rendimiento ha sido como buscar una aguja en un pajar. Además, faltaban tecnologías de precisión que permitieran aplicar rasgos de manera segura y rápida a los cultivos reales, ajustándose a la velocidad requerida por los agricultores y la industria. Por lo tanto, se hace urgente un nuevo avance tecnológico que descifre la sabiduría de la evolución molecular de las plantas silvestres y la trasplante directamente a los cultivos modernos.

Hallazgos clave

Wild Bioscience, una startup de biotecnología spin-off de la Universidad de Oxford (Reino Unido), abordó esta tarea mediante una plataforma original que combina información genómica evolutiva de plantas silvestres con técnicas precisas de edición genética. Nature Biotechnology los ha destacado como una empresa prometedora que abre un nuevo horizonte en la agricultura adaptada al clima, tras tener éxito en la captación inicial de grandes inversiones.

La metodología central parte del análisis de los datos masivos del genoma de plantas silvestres que se han adaptado a entornos extremos durante cientos de millones de años mediante modelos de bioinformática basados en inteligencia artificial. El equipo de investigación identificó las regiones clave de regulación génica de las plantas silvestres que maximizan la eficiencia fotosintética y la eficiencia en el uso del agua. Se ha realizado un análisis comparativo de los transcriptomas y las secuencias genómicas de decenas de miles de especies de plantas silvestres no cultivadas, con el fin de seleccionar los genes interruptores que intervienen directamente en la productividad de los cultivos.

Si las tecnologías de modificación genética de cultivos tradicionales se limitaban a la transformación (LMO), que inserta genes externos al azar, estos utilizan técnicas precisas de edición genética, como las tijeras moleculares CRISPR-Cas. Mantiene la expresión génica y el cronograma de funcionamiento de los cultivos comerciales como la soja y el trigo, ajustándolos finamente a formas optimizadas en plantas silvestres, sin dejar ADN externo.

Con este enfoque, pudimos calibrar con precisión la disposición de los cloroplastos en el interior de las hojas de las plantas y el mecanismo de apertura y cierre de los estomas. Logramos implementar un fenotipo de cultivo que estabiliza la tasa de absorción de dióxido de carbono mientras inhibe la pérdida de agua de las hojas incluso en condiciones de sequía. En las cámaras de crecimiento controladas y en las pruebas preliminares de invernadero, la acumulación de biomasa y la eficiencia de fijación de carbono bajo condiciones de estrés mostraron una mejora notable en comparación con el grupo de control.

Significado y perspectivas

Esta investigación y los intentos de comercialización poseen un valor singular al ampliar la perspectiva de la genética vegetal desde los cultivos estándar en invernadero hacia todas las plantas silvestres del planeta. Al rediseñar los cultivos tomando como referencia los genotipos silvestres validados en entornos naturales extremos, se presenta la posibilidad de establecer una base sostenible para la producción de alimentos incluso frente a la crisis climática. Además, está demostrando que la tecnología de edición genética puede manejar con éxito no solo la resistencia a enfermedades, sino también rasgos complejos poligénicos como la eficiencia fotosintética y la resiliencia ambiental.

Los cambios en el entorno regulatorio global también son un factor que ilumina las perspectivas de comercialización de estas tecnologías. Se está extendiendo la tendencia, centrada en Estados Unidos, Reino Unido, Japón y los principales países de América del Sur, de clasificar a los cultivos editados genéticamente que no contienen genes exógenos como productos no regulados. Por lo tanto, se prevé que las semillas puedan ingresar al mercado a un ritmo mucho más rápido en comparación con los cultivos transgénicos tradicionales, que requerían enormes costos y largos períodos de aprobación regulatoria.

No obstante, existen claramente desafíos prácticos que deben superarse. Es necesario verificar si los logros obtenidos en invernaderos controlados y campos de cultivo experimental se reproducen de manera consistente también en grandes extensiones de terreno abierto con condiciones del suelo y climas diversos. También debe observarse con detenimiento si, en entornos de estrés complejo, el hecho de que los cultivos desborden sus mecanismos de defensa con energía podría provocar un fenómeno de compensación que reduzca el rendimiento de la cosecha. Asimismo, superar las barreras regulatorias conservadoras de la edición genética en algunas regiones, incluida la Unión Europea, constituirá una prueba importante para consolidarse en el mercado global.