Edición de genes puede ayudar al arroz a soportar mejor el cambio climático

Un investigador adolescente retocó tres genes que limitan la capacidad de arroz para soportar condiciones secas o saladas Por McKenzie Prillaman

El arroz es un alimento básico mundial. Casi la mitad del mundo lo come regularmente - a veces todos los días. Pero el cambio climático ha estado haciendo más difícil cultivar ese grano. Así que Nandini Rastogi, de 18 años, acaba de mostrar una manera de hacer que la planta sea más resistente al estrés climático: alteró su ADN.

Nandini es educado en casa en el municipio de Monroe, Nueva Jersey. Mostró su trabajo el mes pasado, aquí, en la Feria Internacional de Ciencia e Ingeniería de Regeneron (ISEF). Este concurso es un programa de la Sociedad para la Ciencia (que también publica esta revista).

Estrés, incluyendo climas calurosos y secos extremos, desencadenó ciertos procesos biológicos en las plantas de arroz. Estos encienden los cambios físicos en la planta que le ayudan a sobrevivir. En una sequía, por ejemplo, una planta puede alargar sus raíces en busca de más agua. También podría cerrar los pequeños agujeros en sus hojas para aferrarse a qué agua tiene.

La mayoría de las veces, esos procesos de promoción del crecimiento están apagados. Nandini decidió deshacerse de los genes que impidieron que éstos se encendieran. Eso dejó los procesos de crecimiento activos, incluso cuando la planta no estaba estresada. El adolescente retocó las células de arroz usando una herramienta de editación genética llamada CRISPR. Funciona como unas tijeras moleculares. Nandini Rostogi and her research board Nandini Rastogi utilizó el gen conocido como CRISPR para desencadenar una cascada biológica de eventos en el arroz. Activar esta cascada debería hacer que estas plantas sean más capaces de soportar las condiciones de cultivo secas y saladas, las que se esperan en un clima de calentamiento constante.Sociedad para la Ciencia/Chris Ayers Fotografía Destacando el arroz

Nandini comenzó cultivando casi 600 plándas de arroz en un laboratorio local para estudiantes de primaria. Se llama Yard Sciences.

El adolescente creció las plantas en una mezcla de agua y nutrientes hasta que medía 5 centímetros (unas 2 pulgadas) de altura. Luego transfirió algunas de las plántillas a una nueva mezcla. Contenía ácidos que definitivamente desencadenarían la respuesta al estrés de las plantas. Otras plánducas recibieron uno de dos químicos para simular una sequía (polietilenglicol o manitol). Ambas plantas deshidratadas. Otro grupo de arroz recibió agua salada. Otro fue cultivado a una temperatura extrema. Un frío de 4o Celsius (39o Fahrenheit). Nandini creció un último grupo de plánducos sin ninguno de estos factores estresantes.

Nandini examinó si ciertos genes estaban activos. Comenzó esto al inicio del juicio y volvió a mirar 12 horas, 24 horas y 48 horas después. Los genes regulan cuando ciertos procesos se encienden en las células. Esos, a su vez, conducen a muchos cambios en las plantas. Estos incluyen aquellos que pueden hacerlos más capaces de soportar condiciones de crecimiento difíciles. Explicador: Cómo funciona CRISPR

Tres genes se volvieron altamente activos en todos los grupos experimentales excepto en la condición de estrés frío. Esto podría deberse a que el frío extremo y el calor extremo podrían tener sus propias vías separadas, dice Nandini.

El adolescente usó CRISPR para cortar estos tres genes de gatekeeping. Debido a las estrictas regulaciones gubernamentales, dice, "I-m realmente no se le permite realizar ediciones de genes en plantas vivas". Así que en su lugar editó los genes de las células que había retirado de las plantas de arroz. Tienes una pregunta de ciencia? Podemos ayudar.

Nandini trabajó con alrededor de 450.000 células vegetales. Vio las células con un microscopio especial. Esto le hizo confirmar que el CRISPR "scissors) había entrado a los tratados.

Cada tijera CRISPR contenía una proteína. Se uznaba verde cuando se veía a través del microscopio. Las células, los cloroplastos que convierten la luz solar en alimento vegetal aparecían en rojo. Los dos colores se superpusieron en las imágenes del microscopio. Esto mostraba que la herramienta CRISPR había ido donde se suponía que debía.

Entonces para ver si había arrancado los genes dial, Nandini buscó signos de lo que debería pasar si los genes de la puerta no estaban allí: para una cierta vía para empezar. Esa vía activaría ciertas proteínas o cambiaría otras partes de las células. Estos componentes son los que realmente van y hacen que el arroz sea más tolerante al estrés, explica Nandini.

Y algunos de estos componentes aguas abajo, de hecho, se volvieron activos.

Eso nos dice que si tuviéramos que realizar las ediciones en la planta viva, habría un aumento en la tolerancia al estrés, dice Nandini. Esperemos que esto permita que el arroz crezca mejor en condiciones difíciles. Ella camina a través de los detalles específicos de su trabajo en un video en este sitio.

El adolescente ahora está buscando aprobación para experimentar con plantas de arroz vivas. En el futuro, espera expandir su trabajo a otros cultivos importantes, como el maíz. También le gusta probar más factores de estrés y vías biológicas.

Nandini estuvo entre casi 2.000 finalistas de secundaria, este año, que compitieron desde casi 70 países, regiones y territorios. Regeneron ISEF, que repartió más de 9 millones de dólares en premios en el evento, ha sido dirigido por Society for Science desde que creó el evento anual en 1950.