Un equipo internacional liderado desde Galicia polo grupo de Biotecnoloxía e Mellora Forestal da Misión Biolóxica de Galicia do CSIC e que contou coa participación do investigador da Facultade de Bioloxía Javier Sampedro conseguiu por primeira vez a edición xenética dun xene de susceptibilidade nunha especie forestal, o castiñeiro europeo (Castanea sativa), aplicando a tecnoloxía CRISPR/Cas9. No estudo colaboran tamén as Universidades de Turín e Politécnica de Madrid.
O traballo supón un importante avance na mellora xenética das especies forestais e na loita contra as enfermidades que ameazan a sustentabilidade dos soutos. Os xenes de susceptibilidade son propios da planta e desempeñan funcións fisiolóxicas normais, pero determinados patóxenos poden aproveitalos para infectar e colonizar o organismo vexetal. A súa inactivación ou modificación mediante edición xenética pode reducir a capacidade do patóxeno para causar enfermidades, aumentando así a tolerancia ou resistencia da planta.
“O castiñeiro europeo, sobre o que no noso grupo contamos cunha traxectoria investigadora de máis de tres décadas, é unha especie moi versátil de grande importancia ecolóxica, económica e cultural en toda Europa. Con todo, enfróntase a graves ameazas como a enfermidade da tinta e o cancro do castiñeiro, causadas respectivamente por Phytophthora cinnamomi e Cryphonectria parasitica, cuxa gravidade aumentou nos últimos anos debido ao cambio climático. Unha prometedora estratexia de edición xenética para conferir tolerancia aos patóxenos consiste en inactivar os xenes de susceptibilidade nas plantas”, explica Elena Corredoira Castro, científica titular do CSIC na MBG.
Avances en xenética das plantas
“Os recentes avances na edición xenética, en particular CRISPR/Cas9, melloraron a eficiencia e a precisión da modificación xenética en árbores, permitindo modificacións xenómicas dirixidas con alta precisión e a edición simultánea de múltiples xenes”, apunta Elena Corredoira. Aínda que a versatilidade e a eficacia das novas técnicas de edición xenética son enormes, necesitan dun sistema de rexeneración in vitro que permita obter unha planta a partir da célula editada.
Neste sentido, a embrioxénese somática é o método de rexeneración máis eficaz, particularmente en especies forestais como o castiñeiro. Comprobouse que, combinando os sistemas de embrioxénese somática definidos polo grupo coa técnica CRISPR-Cas9, é posible tanto incorporar xenes marcadores como modificar aqueles relacionados coa resistencia ás enfermidades, liña na que o equipo da MBG leva traballando arredor de dúas décadas.
O xene de susceptibilidade Cspmr4
Recentemente comprobouse o papel do xene de susceptibilidade Cspmr4, que sintetiza unha calosa e cuxa expresión aumenta no castiñeiro europeo tras a infección por P. cinnamomi, o que subliña a súa posible implicación nos mecanismos de susceptibilidade e tolerancia á enfermidade. Neste contexto, o obxectivo principal do traballo foi silenciar o xene Cspmr4 mediante a tecnoloxía CRISPR/Cas9 no castiñeiro europeo co fin de desenvolver plantas con maior tolerancia ao oomiceto P. cinnamomi. Para iso, editouse o xene Cspmr4 en embrións somáticos, avaliouse a eficiencia da súa edición nos explantes rexenerados e a tolerancia a P. cinnamomi tanto nos embrións somáticos como nas plantas derivadas destas liñas editadas. O traballo desenvolveuse fundamentalmente nos laboratorios da MBG de Santiago de Compostela.
“Conseguimos editar con éxito o xene de susceptibilidade en embrións de castiñeiro, acadando altas eficiencias de silenciamiento xenético. As observacións realizadas son consistentes cunha maior activación da resposta defensiva nas mostras modificadas e respaldan a hipótese de que a inactivación de Cspmr4 podería afectar ás vías relacionadas coa defensa no castiñeiro”, conclúen os investigadores.
Deste xeito, a técnica demostrou ser altamente eficiente, xerando principalmente mutacións homocigotas ou bialélicas. Aínda que a transformación mostrou unha dependencia xenotípica e a rexeneración de plantas a partir de embrións editados foi limitada, os resultados demostraron unha tolerancia significativamente mellorada a P. cinnamomi, evidenciada por maiores taxas de supervivencia e unha menor necrose radicular.
Maior tolerancia a enfermidades
Os resultados da investigación apoian a hipótese de que a inactivación de Cspmr4 aumenta a resistencia ao patóxeno e representa unha estratexia viable para a mellora xenética do castiñeiro. As plantas editadas amosaron in vitro unha maior tolerancia fronte a Phytophthora cinnamomi, o patóxeno responsable da enfermidade da tinta do castiñeiro, unha das principais ameazas para esta especie en Europa e, en particular, nas rexións produtoras do noroeste da Península Ibérica. Este resultado abre novas posibilidades para o desenvolvemento de variedades de castiñeiro máis resilientes, contribuíndo á conservación dos ecosistemas forestais e á sustentabilidade da produción de castaña.
“Consideramos que este resultado, pioneiro, constitúe un fito en biotecnoloxía forestal, ao demostrar a viabilidade da edición dirixida de xenes de susceptibilidade en especies leñosas. Ademais, supón a primeira evidencia da edición eficaz dun xene de susceptibilidade nunha especie forestal, sentando as bases para futuras estratexias de mellora xenética fronte a enfermidades emerxentes en árbores forestais”, valoran desde o equipo de investigación.
Referencia: Targeted editing of the Cspmr4 gene via CRISPR/Cas9 to enhance tolerance to Phytophthora cinnamomi in Castanea sativa (Publicado en Plant Stress)
