Identificado un gen clave para acelerar el crecimiento de la caña de azúcar

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.

“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 http://fapesp.br/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.

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. (Foto: Rafael Gar­cia Tavares / IB-UNICAMP)

“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.”

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. (Fuente: Fun­dação de Amparo à Pesquisa do Esta­do de São Paulo)

Fuente: NCYT.