Un equipo internacional liderado por el grupo de Biotecnología y Mejora Forestal de la Misión Biológica de Galicia (MBG-CSIC) ha logrado por primera vez la edición genética de un gen de susceptibilidad en una especie forestal, el castaño europeo (Castanea sativa), aplicando la tecnología CRISPR/Cas9.
El trabajo, recientemente publicado en la revista científica Plant Stress, representa un avance significativo en la mejora genética de especies forestales y en la lucha contra enfermedades que amenazan la sostenibilidad de los castañares, ya que este tipo de genes, propios de la planta y que cumplen funciones fisiológicas normales, pueden ser aprovechados por determinados patógenos para infectar y colonizar el organismo vegetal. Su inactivación o modificación mediante herramientas de edición genética puede reducir la capacidad del patógeno para causar enfermedad, aumentando así la tolerancia o resistencia de la planta.
El estudio contó con la colaboración de investigadores de la Universidad de Turín, la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidade de Santiago de Compostela. “El castaño europeo, sobre el que en nuestro grupo contamos con una trayectoria investigadora de más tres décadas, es una especie muy versátil de gran importancia ecológica, económica y cultural en toda Europa. Sin embargo, se enfrenta a graves amenazas como la enfermedad de la tinta y el cáncer del castaño, causadas respectivamente por Phytophthora cinnamomi y Cryphonectria parasitica, cuya gravedad ha aumentado en los últimos años debido al cambio climático. Una prometedora estrategia de edición genética para conferir tolerancia a patógenos consiste en inactivar los genes de susceptibilidad en las plantas”, explica Elena Corredoira Castro, científica titular del CSIC en la MBG.
“Los recientes avances en la edición genética, en particular CRISPR/Cas9, han mejorado la eficiencia y la precisión de la modificación genética en árboles, permitiendo modificaciones genómicas dirigidas con alta precisión y la edición simultánea de múltiples genes. Aunque la versatilidad y la eficacia de las nuevas técnicas de edición genética son enormes necesitan de un sistema de regeneración in vitro que permita obtener una planta a partir de la célula editada. En este sentido, la embriogénesis somática es el método de regeneración más eficaz, particularmente en especies forestales como el castaño. En este trabajo, se ha comprobado, que combinando los sistemas de embriogénesis somática definidos por nuestro grupo con la técnica de CRISPR-Cas9, es posible tanto incorporar genes marcadores o modificar los relacionados con la resistencia a enfermedades, línea en la que hemos trabajado desde hace unas dos décadas en nuestro grupo”, apunta Corredoira.
Los resultados respaldan la hipótesis de que la inactivación de Cspmr4 aumenta la resistencia a Phytophthora cinnamomi
Recientemente, se ha comprobado que el gen de susceptibilidad Cspmr4 sintetiza una calosa, cuya expresión aumenta en el castaño europeo tras la infección por P. cinnamomi, lo que subraya su posible implicación en los mecanismos de susceptibilidad y tolerancia a la enfermedad. En este contexto, en este trabajo el objetivo principal fue silenciar el gen Cspmr4 mediante la tecnología CRISPR/Cas9 en el castaño europeo con el fin de desarrollar plantas con mayor tolerancia al oomiceto P. cinnamomi. Para ello, se editó el gen Cspmr4 en embriones somáticos, se evaluó la eficiencia de la edición de Cspmr4 en los explantes regenerados y la tolerancia a P. cinnamomi tanto en los embriones somáticos como en las plantas derivadas de estas líneas editadas.
El trabajo se desarrolló, fundamentalmente, en los laboratorios de la MBG (Santiago de Compostela) en el marco de los proyectos del Plan Estatal financiados por la Agencia Estatal de Investigación “Biotecnología aplicada a la producción de genotipos de encina y castaño tolerantes a P. cinnamomi” y “Nuevos enfoques para superar las limitaciones actuales en la generación, propagación y conservación de genotipos de castaño y encina con tolerancia a P. cinnamomi”.
“Logramos editar con éxito el gen de susceptibilidad Cspmr4 en embriones de castaño mediante la técnica CRISPR/Cas9, alcanzando altas eficiencias de silenciamiento génico. Las observaciones que realizamos son consistentes con una mayor activación de la defensa en las muestras modificadas y respaldan la hipótesis de que la inactivación de Cspmr4 podría afectar las vías relacionadas con la defensa en el castaño, demostrando ser altamente eficiente, generando principalmente mutaciones homocigotas o bialélicas. Si bien la transformación mostró una dependencia genotípica y la regeneración de plantas a partir de embriones editados fue limitada, los resultados demostraron una tolerancia significativamente mejorada a P. cinnamomi, evidenciada por mayores tasas de supervivencia y una menor necrosis radicular. Estos resultados respaldan, por tanto, la hipótesis de que la inactivación de Cspmr4 aumenta la resistencia al patógeno y representa una estrategia viable para el mejoramiento genético del castaño”, concluyen los investigadores. Las plantas editadas mostraron in vitro una mayor tolerancia frente a este patógeno, responsable de la enfermedad de la tinta del castaño, una de las principales amenazas para esta especie en Europa y en particular en las regiones productoras del noroeste de la península ibérica. Este resultado abre nuevas posibilidades para el desarrollo de variedades de castaño más resilientes, contribuyendo a la conservación de los ecosistemas forestales y a la sostenibilidad de la producción de castaña. “Consideramos que este resultado, pionero, constituye un hito en biotecnología forestal, al demostrar la viabilidad de la edición dirigida de genes de susceptibilidad en especies leñosas. Además, supone la primera evidencia de la edición eficaz de un gen de susceptibilidad en una especie forestal, sentando las bases para futuras estrategias de mejora genética frente a enfermedades emergentes en árboles forestales”.
