Realizan por primeira vez a edición xenética dun xen de susceptibilidade nunha especie forestal, o castiñeiro

Un equipo internacional liderado desde Galicia polo Consello Superior de Investigacións Científicas (CSIC) logrou por primeira vez a edición xenética dun xee de susceptibilidade nunha especie forestal, o castiñeiro europeo (Castanea sativa), aplicando a tecnoloxía CRISPR/Cas9.

O traballo, recentemente publicado na revista científica Plant Stress, representa un avance significativo na mellora xenética de especies forestais e na loita contra enfermidades que ameazan a sustentabilidade das castiñeiras, xa que este tipo de xenes, propios da planta e que cumpren funcións fisiolóxicas normais, poden ser aproveitados por determinados patóxenos para infectar e colonizar o organismo vexetal.

A súa inactivación ou modificación mediante ferramentas de edición xenética pode reducir a capacidade do patóxeno para causar enfermidade, aumentando así a tolerancia ou resistencia da planta.

O estudo, liderado polo grupo de Biotecnoloxía e Mellora Forestal da Misión Biolóxica de Galicia (MBG-CSIC), contou coa colaboración de investigadores da Universidade de Turín, a Universidade Politécnica de Madrid e a Universidade de Santiago de Compostela.

A investigación: obxectivos e resultados

“O castiñeiro europeo, sobre o que no noso grupo contamos cunha traxectoria investigadora de máis tres décadas, é unha especie moi versátil de gran 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 a patóxenos consiste en inactivar os xenes de susceptibilidade nas plantas”, explica Elena Corredoira Castro, científica titular do CSIC na MBG.

“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. 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 embriogénesis somática é o método de rexeneración máis eficaz, particularmente en especies forestais como o castiñeiro. Neste traballo, comprobouse, que combinado os sistemas de embrioxénese somática definidos polo noso grupo coa técnica de CRISPR-Cas9 é posible tanto incorporar xenes marcadores ou modificar os relacionados coa resistencia a enfermidades, liña na que traballamos desde fai unhas dúas décadas no noso grupo”, apunta Elena Corredoira.

“Recentemente, comprobouse o xen de susceptibilidade Cspmr4 que sintetiza unha calosa, 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, neste traballo o obxectivo principal foi silenciar o xen Cspmr4 mediante a tecnoloxía CRISPR/Cas9 no castiñeiro europeo co fin de desenvolver plantas con maior tolerancia ao oomiceto P. cinnamomi. Para iso, editamos o xen Cspmr4 en embrións somáticos, avaliamos a eficiencia da edición de Cspmr4 nos explantes rexenerados e a tolerancia a P. cinnamomi tanto nos embrións somáticos como nas plantas derivadas destas liñas editadas”, sinalan desde o equipo de investigación.

O traballo desenvolveuse, fundamentalmente, nos laboratorios da MBG (Santiago de Compostela) no marco dos proxectos do Plan Estatal financiados pola Axencia Estatal de Investigación: “Biotecnoloxía aplicada á produción de xenotipos de aciñeira e castiñeiro tolerantes a P. cinnamomi” e “Novos enfoques para superar as limitacións actuais na xeración, propagación e conservación de xenotipos de castiñeiro e aciñeira con tolerancia a P. cinnamomi”.

“Logramos editar con éxito o xene de susceptibilidade Cspmr4 en embrións de castiñeiro mediante a técnica CRISPR/Cas9, alcanzando altas eficiencias de silenciamiento xénico. As observacións que realizamos son consistentes cunha maior activación da defensa nas mostras modificadas e apoian a hipótese de que a inactivación de Cspmr4 podería afectar as vías relacionadas coa defensa no castiñeiro, demostrando 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 necrosis radicular. Estes resultados apoian, por tanto, a hipótese de que a inactivación de Cspmr4 aumenta a resistencia ao patóxeno e representa unha estratexia viable para o melloramento xenético do castiñeiro”, conclúen.

As plantas editadas mostraron 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