- Un equipo de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) desarrolló un método simplificado de edición genómica hereditaria y libre de transgenes en plantas. Este método utiliza un sistema CRISPR en miniatura administrado por un virus vegetal común.*
(UCLA, 23 de abril 2025.) El fitomejoramiento juega un papel fundamental para garantizar la seguridad alimentaria mundial, pues aumenta el rendimiento de los cultivos, mejora la calidad nutricional y crea cultivos adaptables al cambio climático. No obstante, los métodos actuales de transformación vegetal presentan importantes obstáculos: requieren mucha mano de obra, son caros y no son eficaces para muchas especies vegetales importantes.
Una innovadora colaboración de investigación entre las universidades UC Berkeley y UCLA, publicada en Nature Plants, supera estas limitaciones al desarrollar un método optimizado para la edición genómica hereditaria y sin transgenes en plantas, esto mediante un sistema CRISPR en miniatura administrado por un virus vegetal común.
En colaboración con Jennifer Doudna, coinventora de CRISPR-Cas9, y Jill Banfield, de UC Berkeley, el profesor de biología molecular, celular y del desarrollo de UCLA, Steven Jacobsen, diseñó un virus del cascabel del tabaco para que transportara una enzima compacta similar a CRISPR, llamada ISYmu1, dirigida a secuencias de ADN específicas en la planta modelo de mostaza Arabidopsis thaliana. Cabe destacar que los cambios en el genoma pueden transmitirse a las generaciones futuras y que el nuevo sistema no deja rastros de virus ni ADN ajeno en la planta modificada.
“CRISPR tiene el potencial de generar un gran impacto en la agricultura, adaptándose a las necesidades locales de todo el mundo”, afirmó Doudna, premio Nobel y fundadora del Instituto de Genómica Innovadora.
“Este estudio combinó las fortalezas de mi laboratorio con las de nuestros colegas del laboratorio Jacobsen de la UCLA para desarrollar un nuevo enfoque de ingeniería CRISPR de precisión en cultivos que ayude a hacer realidad esa promesa”.
Jacobsen, autor principal del estudio y miembro del Centro Eli y Edythe Broad de Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre de la UCLA, explica por qué esta tecnología representa un avance importante en el fitomejoramiento, en una conversación con Linda Wang de la UCLA.
¿Cuáles son los avances clave de este artículo?
Nuestro equipo de investigación desarrolló un sistema CRISPR en miniatura que utiliza el virus del cascabel del tabaco para administrar herramientas de edición genética directamente a las células germinales, o células reproductivas, de la planta Arabidopsis thaliana, creando cambios genéticos que se transmiten a las generaciones futuras.
El fitomejoramiento se ha enfrentado durante mucho tiempo a un obstáculo crítico: administrar eficientemente las herramientas de edición genética a las células adecuadas. Los métodos tradicionales requieren complejas técnicas de laboratorio donde el tejido vegetal se cultiva en placas de Petri bajo condiciones específicas, se modifica una célula a la vez y luego se regenera para obtener plantas completas. Este proceso lleva años de desarrollo para cada especie vegetal y simplemente no funciona para muchos cultivos valiosos como el frijol común.
Si bien los virus vegetales son un excelente mecanismo de administración, los sistemas CRISPR convencionales son demasiado grandes para ser empaquetados en estos virus. Hemos superado esta limitación de tamaño utilizando una enzima de corte de ADN similar a CRISPR, lo suficientemente pequeña como para caber dentro del virus del cascabel del tabaco.
¿Cómo llegaron a estos hallazgos?
Primero, nuestro equipo analizó varios sistemas CRISPR en miniatura en células vegetales, e identificó la enzima compacta ISYmu1 como nuestra herramienta de edición genética más eficaz.
Después, modificamos el virus del cascabel del tabaco para que transportara este diminuto editor y utilizamos una bacteria natural del suelo para introducirlo en plantas de Arabidopsis thaliana. Una vez dentro, el virus se propagó por las plantas, distribuyendo el sistema CRISPR por todas partes.
La edición exitosa produjo un claro marcador visual: las áreas afectadas se volvieron blancas, incluidas las plántulas, lo que confirma que las ediciones alcanzaron las células reproductivas. Dado que las plantas impiden de forma natural que los virus entren en las semillas, solo la modificación del ADN se transmite a estas y es heredada por la siguiente generación.
Así pues, en un solo paso y en una sola generación, este sistema permite la creación de plantas perfectamente normales, salvo por el único cambio de ADN previsto.
¿Qué le entusiasma de estos avances?
Este sistema marca el inicio de una nueva generación de herramientas de edición genómica que pueden revolucionar la mejora de los cultivos. Si la edición se puede hacer más eficiente en plantas donde las modificaciones actuales son factibles y esto se vuelve posible en plantas previamente no modificables, podemos acelerar el desarrollo de cultivos con mayor rendimiento, mejores perfiles nutricionales y una mejor adaptación al cambio climático.
Lo que hace que este enfoque sea especialmente prometedor es que el virus del cascabel del tabaco puede infectar a más de 400 especies de plantas; por lo tanto, podríamos utilizar este mismo sistema para tomates y, potencialmente, muchos otros cultivos importantes.
Con mi experiencia en agricultura —crecí en un rancho de almendras en California y estudié el campo durante mi carrera— reconozco que la entrega es un importante obstáculo en la biotecnología vegetal. Me apasiona especialmente aplicar esta tecnología a cultivos con poca inversión en países en desarrollo, donde las técnicas tradicionales de edición genómica simplemente no están disponibles.
¿Podría hablarnos de la colaboración con Jennifer Doudna y Jill Banfield y de cómo se complementan las áreas de especialización de sus laboratorios?
Esta colaboración es un claro ejemplo de lo que se puede lograr cuando la ciencia se desarrolla en equipo. La Dra. Jennifer Doudna es experta en CRISPR, la Dra. Jill Banfield es experta en el cribado de nuevos sistemas CRISPR a través de grandes cantidades de secuencias, y yo soy experto en plantas. Los laboratorios de UC Berkeley se especializaron en el descubrimiento y la caracterización de estos diminutos sistemas CRISPR, mientras que nuestro equipo los analizó en células vegetales e identificó el virus óptimo para su aplicación. Nos entusiasma seguir trabajando juntos para perfeccionar esta herramienta que podría mejorar considerablemente el fitomejoramiento.
¿Cuáles son los próximos pasos del estudio?
Estamos empezando a probar esta tecnología en otras plantas, incluyendo cultivos importantes.
Actualmente, este sistema solamente puede realizar un cambio en el ADN de la planta a la vez. Nuestro próximo paso es diseñar la herramienta para desarrollar la capacidad de multiplexación, lo que permite realizar múltiples ediciones del genoma a la vez.
También nos estamos centrando en mejorar la eficiencia. Planeamos mejorar tanto el sistema CRISPR como la frecuencia de infección para aumentar drásticamente las tasas de éxito.
*Texto original en inglés publicado en el sitio web de UCLA Noticias y traducido al español.
