Identifican gen clave para acelerar el crecimiento de la caña de azúcar

A partir de eso, científicos brasileños y australianos desarrollaron una caña de azúcar GM especial para etanol.

BUENOS AIRES (NAP). Investigadores de Brasil y Australia desarrollaron una línea de caña de azúcar genéticamente modificada donde se silenció la expresión de un gen. La modificación dio como resultado un fenotipo adecuado para su uso en la producción de etanol 2G, que presenta un tallo aéreo más grande y más biomasa.

A pesar de los esfuerzos internacionales de mejoramiento, la agronomía avanzada y el manejo efectivo de plagas y enfermedades, los rendimientos de la caña de azúcar han sido estáticos durante décadas debido a las limitaciones en el desarrollo del culmo (tallo aéreo).

La capacidad de almacenamiento de azúcar del culmo es físicamente limitada, lo que restringe el volumen de sacarosa y biomasa que se puede obtener del cultivo para el azúcar y la producción de etanol de segunda generación (2G), según los expertos en el área.

En este contexto, un estudio del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (IB-Unicamp), en Brasil, ha descubierto que un gen llamado ScGAI podría acelerar el crecimiento de la caña de azúcar.

Al manipular la actividad del gen ScGAI en líneas de caña de azúcar transgénicas, los investigadores brasileños aumentaron sustancialmente el volumen del culmo. En la imagen se observa, de izquierda a derecha: caña de azúcar modificada donde se silenció el gen ScGAI, sin modificar, caña modificada con sobre-expresión del gen ScGAI.

Al manipular la actividad de este gen en linajes transgénicos de caña desarrollados en Australia ha sido posible hacer crecer sustancialmente el culmo y provocar modificaciones en la destinación de carbono hacia moléculas estructurales y de almacenamiento del cultivar, según han revelado los investigadores en un artículo publicado en el Journal of Experimental Botany, replicado por la agencia EuropaPress.

El estudio, realizado en el marco de un proyecto vinculado al Programa de Investigación en Bioenergía de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo, los científicos constataron que el ScGAI es un regulador molecular clave del crecimiento y el desarrollo de la caña.

“Ha resultado difícil superar esta limitación en el desarrollo de la caña de azúcar en forma sustancial mediante el mejoramiento convencional del cultivo”, ha afirmado Marcelo Menossi, docente del Departamento de Genética, Evolución y Bioagentes del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas.

“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”, ha añadido Menossi, que ha trabajado con estudiantes de posgrado que dirige y con pares del Laboratorio Nacional de Ciencia y Biotecnología del Bioetanol, del Sugar Research Australia y de la Martin Luther University Halle-Wittenberg, de Alemania.

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 que suelen utilizarse en cultivos de caña, 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”, ha explicado Menossi.

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”, según 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”, ha avanzado Menossi.