por Bruno Viennois, 15 de septiembre de 2023
Investigadores californianos han logrado hacer reproducible el arroz híbrido F1 imitando artificialmente un proceso de reproducción vegetativa (apomixis). Las apuestas comerciales son colosales para la industria: menores costes de multiplicación de semillas híbridas y derechos de propiedad intelectual que generan jugosos beneficios. Con esta técnica, se ocultarán aún más transgénicos en los alimentos.
La comercialización de híbridos F1 ha sido la piedra angular de la industria semillera durante décadas. Cada año, los agricultores tienen que volver a comprar sus semillas a un precio elevado a cambio de la promesa de plantas vigorosas y de alto rendimiento. Durante este periodo, y con la generalización de los híbridos F1, los saberes de los agricultores en materia de autoproducción se han reducido drásticamente, y la reglamentación se ha vuelto menos favorable a la circulación de las semillas conservadas en las explotaciones. En este contexto de mercado prácticamente cautivo, es crucial que las empresas de semillas fabriquen todo lo que pueda ser híbrido F1.
Muchas plantas son difíciles de hibridar a escala industrial (órganos masculinos y femeninos en la misma flor, frutos con pocas semillas, sexualidad compleja, etc.). Al hacer que un híbrido F1 sea potencialmente reproducible, la apomixis artificial allana el camino para una producción industrial más rápida y barata de híbridos F1 para un mayor número de especies cultivadas.
La apomixis es una forma de reproducción vegetativa que se da de forma natural en ciertas plantas silvestres (400 especies conocidas, como el diente de león y la pamplina), pero que está ausente en las principales plantas cultivadas. Las células diploides (con dos juegos de cromosomas) existen en el óvulo y pueden iniciar en estas plantas la formación de semillas genéticamente idénticas a la planta madre, sin fecundación. Se trata de una forma de partenogénesis.
En 2019, un equipo de investigadores de la Universidad de California en Davis logró obtener un arroz híbrido F1 a partir de la apomixis artificial [1][Patente nº.WO2019104346]. El proceso se ha ido perfeccionando y, en 2022, los investigadores afirman haber obtenido un 95 % de semillas de apomixis sintética en arroz a lo largo de tres generaciones. Actualmente, el equipo de investigación está recaudando fondos para llevar a cabo ensayos de campo [2].
¿Cómo se obtiene el arroz F1 por apomixis artificial?
El método utilizado puede resumirse en tres etapas:
inactivación simultánea con Crispr/Cas9 de tres genes implicados en la meiosis [3], que la transforma en mitosis [4] (mutaciones conocidas como MiME: Mitosis en lugar de Meiosis). El resultado es un óvulo no fecundado con el número de cromosomas de un embrión que no ha sufrido recombinación [5].
Inserción por transgénesis de un promotor que activa un gen denominado BBM1 (Baby Boom1), que permite el desarrollo del embrión sin fecundación (partenogénesis).
Inducción del desarrollo del albumen (tejido nutritivo de reserva de la semilla), que actualmente requiere polen.
Numerosos problemas
Esta tecnología plantea numerosos problemas.
En primer lugar, por el momento supone una reducción de la viabilidad y la fertilidad de las semillas, como admiten tres investigadores del Instituto Max Planck en una reciente recopilación de trabajos sobre el tema [6].
En segundo lugar, el proceso requiere Crispr/Cas 9 y transgénesis. Las plantas resultantes son, por tanto, transgénicas. Por tanto, para las aplicaciones comerciales, el sector confía en el éxito del proyecto de desregulación de los transgénicos propuesto por la Comisión Europea. La apomixis artificial permite patentar los híbridos F1. OGM, NGT, cualesquiera que sean las opciones semánticas resultantes del proyecto de reglamento europeo, el Crispr/Cas 9 requiere una transgénesis previa para su inserción en la célula que este complejo molecular debe modificar. Además, esta técnica produce de forma rutinaria numerosas mutaciones genéticas no intencionadas fuera del objetivo e incluso en la secuencia modificada [7].
En tercer lugar, las técnicas in vitro utilizadas son tan mutagénicas que los investigadores de la UC Davis han observado mutaciones visibles a simple vista en ciertos especímenes (variación somaclonal) [8] [9].
En cuarto lugar, estas plantas producen polen. Dispersas en un medio abierto, es probable que se produzcan intercambios con plantas silvestres sexualmente compatibles con la transmisión de ADN modificado genéticamente. También es posible que estos transgénicos contaminen campos cultivados de forma ecológica o voluntariamente "libres de transgénicos", lo que podría acarrear pérdidas económicas a los agricultores que hayan hecho esta elección. Además, es imposible prever el alcance de las consecuencias de la introducción de la apomixis en las plantas (reducción de la diversidad genética, etc.).
Cada vez más manipulación genética transgénica en los híbridos F1...
El fenómeno de la heterosis (vigor híbrido) está en el centro del argumento de venta de la industria semillera para justificar la necesidad de volver a comprar semillas de híbridos F1 cada año. En realidad, los híbridos F1 no pueden utilizarse como semillas porque degeneran de una generación a otra. Es más, estas semillas están protegidas por derechos de propiedad intelectual como los certificados de origen vegetal (COV), que impiden legalmente a los agricultores volver a sembrarlas. Existen algunas excepciones, pero se trata de especies como el trigo, que pueden volver a sembrarse [10].
Más de 100 años después de que se introdujeran los primeros híbridos comerciales de maíz en Estados Unidos, y a pesar de los conocimientos actuales sobre genómica y biología celular, la heterosis sigue siendo inexplicable y controvertida. El hecho de que algunos híbridos F1 muestren rendimientos superiores a las variedades de población puede explicarse simplemente por el hecho de que la inmensa mayoría de los recursos técnicos, humanos y financieros dedicados a la mejora de variedades se han centrado durante varias décadas en la creación de híbridos F1 con el rendimiento como principal criterio de selección [11]. Cada época tiene sus conjuros para intentar encontrar legitimidad científica a este efecto de heterosis. Investigadores de la Universidad de Davis citan tres estudios que apuntan a un vínculo entre epigenética y heterosis [12].
La apomixis artificial es el último de un grupo de procesos biotecnológicos que transgreden la barrera de reproducción de las especies y la integridad de la célula con el único fin de explotar comercialmente los híbridos F1.
Concretamente, la fusión de protoplastos (obtención de la esterilidad masculina citoplasmática artificial, o CMS) se utiliza desde los años 90 para la castración genética de líneas parentales puras (colza, berza y achicoria F1). Consiste en aislar in vitro células vegetales de dos individuos que pueden no ser sexualmente compatibles (como una escarola y un girasol). A continuación, las células se despojan de su pared celular y se exponen a agentes químicos y radiactivos para dañar "selectivamente" su ADN nuclear o mitocondrial [13]. Por último, se fusionan para producir un organismo quimérico con el ADN nuclear de uno de los progenitores y el ADN mitocondrial del otro (o una combinación de ambos).
Desde la década de 2000, el método del doble haploide permite obtener más rápidamente líneas parentales puras. Consiste en aislar in vitro un gameto (a menudo una microspora, un grano de polen inmaduro), que sólo posee la mitad del genoma de la planta, e inducir su desarrollo embrionario, lo que da lugar a una planta haploide. Los botones florales de esta planta se exponen a un agente antimitótico y las semillas resultantes serán diploides (el número normal de cromosomas) y 100% homocigóticas (se tarda de ocho a diez años en hacer lo mismo por autofecundación sucesiva). Se utiliza habitualmente para obtener híbridos F1, incluso en agricultura ecológica, para un número creciente de especies (en particular, berenjenas, pimientos, maíz, colza, repollo y espárragos).
Todos estos métodos inducen numerosas mutaciones y epimutaciones involuntarias, y generan organismos modificados genéticamente tanto regulados como no regulados. Los riesgos potenciales para la salud y el medio ambiente no se han estudiado ni antes ni después de su comercialización. No existe un etiquetado específico para las semillas o los productos elaborados a partir de ellas. Sin etiquetado, es imposible realizar un seguimiento epidemiológico serio.
... y grandes apuestas económicas: ¿el inicio de una "nueva era" para las plantas F1?
"La inducción de la apomixis en los cultivos simplificaría las estrategias de producción de híbridos, acortaría el ciclo de producción y reduciría los costes de producción de semillas híbridas, al tiempo que ampliaría la aplicación del vigor híbrido en la agricultura". Esta es la promesa que un equipo de investigadores chinos hace a la industria de las semillas [14].
Los investigadores de la Universidad de Davis son entusiastas:
"Una alternativa potencialmente revolucionaria a los sistemas de esterilidad masculina es la propagación perpetua de semillas F1 mediante un modo asexual de reproducción clonal llamado apomixis", afirman en Nature Communications [15].
La industria semillera es consciente de la conmoción que tal tecnología causaría en el sector. La apomixis artificial ha sido descrita como un "cambio de juego" por un actor de la industria [16]. "Es el comienzo de una nueva era", replicaron los investigadores chinos [17]. Un genetista de KWS citado en el artículo de Science estima que pasarán entre cinco y diez años antes de que se produzcan híbridos comerciales con esta técnica.
Grupos de trabajo, sobre todo en China, ya están estudiando aplicaciones en otras especies (como sorgo, col, tomate y alfalfa) [18]. Los genes implicados en la apomixis son objeto de numerosos trabajos en varias especies con efectos comparables a MiMe y BBM1 [19].
Falsas promesas y objetivos reales
Como de costumbre, se hacen bonitas promesas ecologistas y humanistas para el desarrollo de esta biotecnología: adaptación al cambio climático, mejora del valor nutritivo [20], aumento del rendimiento y seguridad alimentaria [21].
¿Por qué querría la industria hacer reproducible un híbrido F1, cuando se trata de un lucrativo candado tecnológico?
Las publicaciones, los artículos de divulgación científica y otras comunicaciones de la industria semillera omiten sistemáticamente mencionar que las técnicas que darán lugar a esas plantas estarán patentadas, lo que también será lucrativo, y constituirán una barrera legal a su reproducibilidad. Sin embargo, ésta es una de las principales consecuencias de las aplicaciones comerciales de esta técnica: la posible extensión del sistema de patentes a más plantas cultivadas.
Referencias:
[1] Khanday I., Skinner D., Yang B., Mercier R. & Sundaresan V., « A male-expressed rice embryogenic trigger redirected for asexual propagation through seeds », Nature, 2019. Vol 565, 91:95.
[2] Stokstad E. « Game changer. Scientists are genetically engineering crops to clone themselves », Science (2023) Vol 380. Issue 6646.
[3] Division cellulaire pour la formation des cellules sexuelles chez les plantes et animaux, possédant la moitié du nombre des chromosomes de l’individu-mère.
[4] Division cellulaire pour la formation des cellules somatiques conservant le nombre de chromosomes de l’individu-mère.
[5] Au début de la méiose, les chromosomes homologues qui vont migrer dans chacune des cellules-filles se chevauchent et échangent du matériel génétique (crossing-over). Ce phénomène génère des mutations spontanées d’une génération à l’autre et contribue naturellement au brassage génétique.
[6] Mahlandt A., Singh D.K. & Mercier R., « Engineering apomixis in crops », Theoretical and Applied Genetics (2023) 136:131.
[7] Höijer, I., Emmanouilidou, A., Östlund, R. et al., « CRISPR-Cas9 induces large structural variants at on-target and off-target sites in vivo that segregate across generations », Nature Communications, 2022. 13, 627.
[8] , « Modifier génétiquement une plante est loin d’être anodin », Inf'OGM, 30 juin 2016.
[9] Vernet A., Meynard D., Lian Q., Mieulet D., Gibert O., Bissah M., Rivallan R., Autran D., Leblanc O., Meunier A.C., Frouin J., Taillebois J., Shankle K., Khanday I., Mercier R., Sundaresan V. & Guiderdoni E., « High-frenquency synthetic apomixis in hybrid rice », Nature Communications (2022).13:7963.
[10] Confédération paysanne de l’Indre, « Semences de ferme : le contexte ».
[11] Berlan J.P., « La planète des clones », Editions La Lenteur, 2019.
[12] Vernet A., Meynard D., Lian Q., Mieulet D., Gibert O., Bissah M., Rivallan R., Autran D., Leblanc O., Meunier A.C., Frouin J., Taillebois J., Shankle K., Khanday I., Mercier R., Sundaresan V. & Guiderdoni E., « High-frenquency synthetic apomixis in hybrid rice », Nature Communications, 2022.13:7963.
[13] La mitochondrie est un organite présent dans le cytoplasme de la cellule et possédant environ 1% de l’ADN de la cellule.
[14] Xiong J., Hu F., Ren J., Huang Y. Liu C. & Wang K., « Synthetic apomixis : the beggining of a new era », Current opinion in Biotechnology, 2023. 79:102877
[15] Vernet A., Meynard D., Lian Q., Mieulet D., Gibert O., Bissah M., Rivallan R., Autran D., Leblanc O., Meunier A.C., Frouin J., Taillebois J., Shankle K., Khanday I., Mercier R., Sundaresan V. & Guiderdoni E., « High-frenquency synthetic apomixis in hybrid rice », Nature Communications, 2022.13:7963.
[16] Stokstad E. « Game changer. Scientists are genetically engineering crops to clone themselves », Science (2023) Vol 380. Issue 6646.
[17] Xiong J., Hu F., Ren J., Huang Y. Liu C. & Wang K., « Synthetic apomixis : the beggining of a new era », Current opinion in Biotechnology, 2023. 79:102877
[18] Stokstad E. « Game changer. Scientists are genetically engineering crops to clone themselves », Science (2023) Vol 380. Issue 6646.
[19] Underwood C.J., Vijverberg K., Rigola D., Okamoto S., Oplaat C., Op den Camp R.H.M., Schauer S.E., Fierens J., Jansen K., Mansvelf S., Busscher M., Xiong W., Datema E., Nijbroek K., Blom E.J., Bicknell R., Catanach A., Erasmuson S., Winefield C., Van Tunen A.J., Prins M., Schranz M.E & P.J. Van Dijk. « A Parthenogenesis allele from apomictic dandelion can induce egg cell division without fertilization in lettuce », Nature Genetics, 2022. 54. 84 :93
[20] Merrill Meadow, Whitehead Institute , « Using plant biology to address climate change », MIT News, 19 avril 2022.
[21] Fiaz S., Wang X., Younas A., Alharthi B., Riaz A. & Ali H., « Apomixis and strategies to induce apomixis to preserve hybrid vigor for multiple generations », GM Crops & Food, 2021, 12:1, 57-70.
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