El avance en la mejora del arroz podría alimentar a miles de millones
Un equipo internacional logró propagar una variedad comercial de arroz híbrido como un clon a través de semillas con una eficiencia del 95 por ciento.
por Andy Fell, Universidad de California en Davis
Esto podría reducir el costo de la semilla de arroz híbrido, poniendo a disposición de los agricultores de bajos ingresos de todo el mundo variedades de arroz resistentes a enfermedades y de alto rendimiento. El trabajo fue publicado el 27 de diciembre en Nature Communications.
Los híbridos de primera generación de plantas de cultivo a menudo muestran un mayor rendimiento que sus cepas progenitoras, un fenómeno llamado vigor híbrido. Pero esto no persiste si los híbridos se crían juntos para una segunda generación. Entonces, cuando los agricultores quieren usar variedades de plantas híbridas de alto rendimiento, necesitan comprar semillas nuevas cada temporada.
El arroz, el cultivo básico para la mitad de la población mundial, es relativamente costoso de criar como híbrido para una mejora del rendimiento de alrededor del 10 por ciento. Esto significa que los beneficios de los híbridos de arroz aún no han llegado a muchos de los agricultores del mundo, dijo Gurdev Khush, profesor adjunto emérito del Departamento de Ciencias de las Plantas de la Universidad de California, Davis. Trabajando en el Instituto Internacional de Investigación del Arroz desde 1967 hasta que se jubiló en UC Davis en 2002, Khush lideró los esfuerzos para crear nuevas variedades de arroz de alto rendimiento, trabajo por el cual recibió el Premio Mundial de la Alimentación en 1996.
Una solución a esto sería propagar híbridos como clones que permanecerían idénticos de generación en generación sin más reproducción. Muchas plantas silvestres pueden producir semillas que son clones de sí mismas, un proceso llamado apomixis.
«Una vez que tienes el híbrido, si puedes inducir la apomixis, entonces puedes plantarlo todos los años», dijo Khush.
Sin embargo, la transferencia de la apomixis a una planta de cultivo principal ha resultado difícil de lograr.
Fenotipo, fertilidad de la panícula y calidad del grano de plantas de progenie de eventos apomícticos seleccionados que albergan las construcciones T-DNA T314 y T315. A Fenotipos de plantas cultivadas bajo condiciones de invernadero controladas. Izquierda: cinco plantas de progenie F2 derivadas de la autofertilización de BRS-CIRAD 302 en comparación con una planta BRS-CIRAD 302 F1. Derecha: tres progenies T1 del evento T314 15.1 en comparación con una planta BRS-CIRAD 302 F1. B Fenotipos de progenies T2 cultivadas en condiciones de invernadero controladas: 5–6 plantas progenie T2 de una planta T1 de eventos T314 15.1, T314 37.7, T315 5.4 y T315 8.1 se comparan con una planta BRS-CIRAD 302 F1. Se han quitado las hojas senescentes de las plantas para fotografiarlas. C Panículas del híbrido BRS-CIRAD 302 F1 y de plantas T314 15.1 T2. Las panículas maestras de cinco plantas distintas se han reunido para fotografiarlas. D Distribución de la tasa de llenado de semillas entre plantas BRS-CIRAD 302 F1 y plantas de progenie T2 de eventos T314 (15.1 y 37.7) y eventos T315 (5.4 y 8.1 eventos). La fertilidad promedio de las panículas de las líneas apomícticas representa el 75,8%, 60,7, 79,9% y 74,7%, respectivamente, de la de las plantas de control (100%) (línea roja punteada). La significación de las diferencias se basa en la prueba de Duncan, dof = 4, intervalo de confianza del 95%. E Semillas descascarilladas y descascarilladas de padres 1 F y D24, generaciones F1 y F2 y líneas apomícticas. Superior: 1 progenitor F y D24, semillas híbridas F1 cosechadas en 1 progenitor F, semillas F2 cosechadas en el híbrido F1. Inferior: semillas T3 cosechadas de plantas apomícticas en las cuatro líneas apomícticas seleccionadas. F Contenido de almidón y amilosa de semillas F2 y semillas T3 cosechadas de plantas BRS-CIRAD 302 F1 y plantas apomícticas T2, respectivamente. Letras diferentes indican diferencias significativas (riesgo ? = 0,05) en una prueba de Kruskal-Wallis: el evento T314 37,7 exhibe un contenido de almidón significativamente más bajo que las semillas F2 y las semillas del evento T315 8,1 y 5,4. Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-35679-3
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Un paso para clonar semillas híbridas
En 2019, un equipo dirigido por el profesor Venkatesan Sundaresan y el profesor asistente Imtiyaz Khanday en los Departamentos de Biología Vegetal y Ciencias Vegetales de UC Davis logró la apomixis en las plantas de arroz, con aproximadamente el 30 por ciento de las semillas siendo clones.
Sundaresan, Khanday y sus colegas en Francia, Alemania y Ghana ahora lograron una eficiencia clonal del 95 por ciento, utilizando una variedad comercial de arroz híbrido, y demostraron que el proceso podría mantenerse durante al menos tres generaciones.
El proceso de un solo paso consiste en modificar tres genes llamados MiMe que hacen que la planta pase de la meioisis, el proceso que utilizan las plantas para formar óvulos, a la mitosis , en la que una célula se divide en dos copias de sí misma. Otra modificación genética induce la apomixis. El resultado es una semilla que puede convertirse en una planta genéticamente idéntica a su progenitor.
El método permitiría a las empresas de semillas producir semillas híbridas más rápidamente y a mayor escala, además de proporcionar semillas que los agricultores podrían guardar y volver a sembrar de una temporada a otra, dijo Khush.
«La apomixis en las plantas de cultivo ha sido el objetivo de la investigación mundial durante más de 30 años, porque puede hacer que la producción de semillas híbridas sea accesible para todos», dijo Sundaresan. «El aumento resultante en los rendimientos puede ayudar a satisfacer las necesidades globales de una población en aumento sin tener que aumentar el uso de la tierra, el agua y los fertilizantes a niveles insostenibles».
Los resultados podrían aplicarse a otros cultivos alimentarios , dijo Sundaresan. En particular, el arroz es un modelo genético para otros cultivos de cereales, incluidos el maíz y el trigo, que juntos constituyen los principales alimentos básicos del mundo.
Khush recordó que organizó una conferencia en 1994 sobre la apomixis en el cultivo de arroz. Cuando regresó a UC Davis en 2002, entregó una copia de las actas de la conferencia a Sundaresan.
