Identificado un gen clave para acelerar el crecimiento de la caña de azúcar
Al manipular la actividad del gen ScGAI en linajes transgénicos de cañamiel, científicos brasileños incrementan sustancialmente el tamaño del tallo de la planta
Pese a los esfuerzos internacionales en el mejoramiento, y a los avances en la agronomía y en el manejo eficaz de las plagas y las enfermedades que acometen a la caña de azúcar, este cultivo agrícola ha planteado límites en cuanto al desarrollo del culmo, el tallo de la planta. Esta limitación física ha resultado en una restricción del tenor de sacarosa y de la biomasa que pueden obtenerse de la misma para la producción de azúcar y de etanol celulósico, según consignan expertos del área.
A la izquierda, una caña silenciada para el gen ScGAI, en el medio, una planta no modificada y a la derecha, una sobreexpresando el gen ScGAI.
Rafael Garcia Tavares / IB-UNICAMP
"Ha resultado difícil superar esta limitación en el desarrollo de la caña de azúcar en forma sustancial mediante el mejoramiento convencional del cultivo [vía cruzamiento de variedades]", declaró Marcelo Menossi, docente del Departamento de Genética, Evolución y Bioagentes del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (IB-Unicamp), en Brasil.
En colaboración con estudiantes de posgrado que él dirige y con pares del Laboratorio Nacional de Ciencia y Biotecnología del Bioetanol (CTBE, por sus siglas en inglés), del Sugar Research Australia y de la Martin Luther University Halle-Wittenberg, de Alemania, Menossi descubrió que la respuesta para superar la barrera de la limitación de rendimiento de la caña de azúcar puede estar en un gen llamado ScGAI.
Durante un estudio realizado en el marco de un proyecto vinculado al Programa de Investigación en Bioenergía (BIOEN) de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo - FAPESP, los científicos constataron que el ScGAI es un regulador molecular clave del crecimiento y el desarrollo de la caña.
Al manipular la actividad de este gen en linajes transgénicos de cañamiel desarrollados en Australia, fue posible hacer crecer sustancialmente el culmo y provocar modificaciones en la destinación de carbono hacia moléculas estructurales y de almacenamiento del cultivar, según revelaron los investigadores en un artículo publicado en Journal of Experimental Botany.
"La caña de la cual alteramos la expresión del gen ScGAI se desarrolló mucho más rápido. Esto abre la perspectiva de desarrollar una variedad de caña energía que madure más rápido y aumente la producción de biomasa por unidad de tiempo", dijo Menossi.
Este descubrimiento constituye una derivación del trabajo doctoral de Rafael Garcia Tavares, realizado en el IB-Unicamp bajo la dirección de Menossi con beca de la FAPESP.
Durante el estudio, se observó que el gen ScGAI media la regulación de algunas hormonas del crecimiento de plantas comúnmente utilizadas en cultivos de caña, tales como el etileno y las giberelinas.
Estas últimas, utilizadas a gran escala para mejorar el crecimiento y el rendimiento de muchos cultivos hortícolas y agrícolas, aceleran la maduración de la caña al desencadenar la rápida degradación de las proteínas DELLAs e impedir que interactúen y degraden otras proteínas que estimulan el crecimiento de la planta.
"El etileno suele aplicarse en los cañamelares durante la fase de maduración de la caña, cuando el agricultor no desea que la planta siga creciendo y acumulando hojas, sino que únicamente siga acumulando sacarosa. A diferencia de las giberelinas, éste estabiliza la proteína DELLA y permite que ésta interactúe y degrade otras proteínas promotoras de crecimiento", explicó Menossi. "Pero este papel de la proteína DELLA como reguladora del crecimiento de la caña de azúcar aún no estaba del todo claro."
La patente del método de manipulación
Con el objetivo de comprender mejor el rol de la proteína DELLA como reguladora de crecimiento de la caña de azúcar -especialmente en el desarrollo del culmo-, los investigadores realizaron un experimento en el cual alteraron la expresión del gen ScGAI en linajes de una variedad de caña transgénica australiana.
En algunos linajes de la caña transgénica, se silenció el gen ScGAI a los efectos de disminuir la producción de proteína DELLA e impedir que ésta interactuase y degradase otras proteínas importantes para el desarrollo de la planta.
En otros linajes transgénicos de la planta se permitió que el gen se sobreexpresara con miras a aumentar la producción de DELLA y estabilizarla, de manera tal de permitir que ésta interactuase y degradase otras proteínas promotoras de crecimiento.
Los análisis de la comparación del crecimiento de las plantas al cabo de cuatro meses apuntaron que los linajes transgénicos de caña de azúcar con sobreexpresión del gen ScGAI exhibieron un crecimiento atrofiado, entrenudos o internodios más cortos y un metabolismo energético perjudicado.
En tanto, las plantas cuyo gen se silenció eran más altas, se alargaron rápidamente sus entrenudos, tuvieron una mayor producción de fitómeros -la unidad que comprende un nódulo y un entrenudo, sus gemas axilares y hojas anexas- y una mayor destinación de carbono hacia el tallo.
"El estudio mostró claramente que el gen ScGAI es un componente fundamental para el desarrollo de la caña y puede erigirse en objeto de manipulación genética, a los efectos de interferir en la velocidad de crecimiento y desarrollo de la planta mediante la regulación de la proteína DELLA", consignó Menossi.
Los investigadores iniciaron el trámite de la patente del método de manipulación del gen ScGAI para aumentar la cantidad de proteína DELLA en la caña de azúcar y permitir que la planta se desarrolle más rápido. Esta tecnología ya ha suscitado el interés de dos empresas.
"El próximo paso de la investigación consistirá en realizar ensayos en campo para ver si logramos obtener los mismos resultados que tuvimos con el cultivo de los linajes transgénicos con el gen manipulado en invernadero", dijo Menossi.
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