El Laboratorio de Biotecnología Vegetal del Instituto de Agrobiotecnología del Litoral (IAL, CONICET-UNL), liderado por la investigadora de CONICET Raquel Chan, estudia los mecanismos de las plantas para adaptarse al ambiente. Para ello se realizan experimentos que consisten en aislar genes de la planta de girasol, introducirlos en la planta modelo llamada Arabidopsis thaliana y observar cómo se comportan esas plantas con un gen que no les es propio. Al provenir de otra especie, en este caso el girasol, el nuevo gen en la planta modelo pasa a ser un transgén. Las plantas denominadas salvajes (que no recibieron el gen de girasol) se comparan en su crecimiento, desarrollo y respuesta al estrés con las que han sido genéticamente modificadas. Sin embargo, si bien la planta modelo resulta muy útil para hacer ensayos y presenta ventajas significativas que permiten avanzar en el conocimiento rápidamente, la Aradabidopsis T. no reviste interés agronómico. Por este motivo, si un gen puesto como transgén confiere a la planta receptora ventajas de adaptación o mejor producción, se pasa a trabajar con un cultivo de interés como, por ejemplo, maíz, soja, algodón, alfalfa.

En el marco de estas investigaciones, el equipo de del IAL incorporó el gen de girasol que codifica el factor de transcripción de girasol HaHB11 (de Helianthus annuus Homeobox 11) a plantas de maíz y demostró que es capaz de cambiar las características de las plantas de manera tal que permite una mayor fijación de granos en condiciones favorables de desarrollo, pero notoriamente también ante diferentes tipos de estrés.

El trabajo interdisciplinario que demuestra la mejora en la tolerancia al anegamiento y la defoliación en maíz a partir de la expresión de gen de girasol (HaHB11) fue llevado a cabo por Luciano Caraballo, becario doctoral del CONICET  en el IAL y Nicolás Rigalli, becario doctoral del  CONICETI en el Centro Internacional Franco-Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas (CIFASIS, CONICET-UNR) al momento de realizarse el trabajo,  las investigadoras del Consejo, Jesica Raineri (IAL), Raquel Chan (IAL) y María Otegui (INTA), y la científica del CIFASIS Margarita Portapila . Los resultados de la investigación, en los que además participaron los integrantes de la carrera de personal de apoyo del CONICET Manuel Franco y Mabel Campi (ambos del IAL) fueron publicados en la revista Plant Physiology.

En esta publicación los investigadores informaron que las líneas de maíz transgénico que expresan HaHB11 mostraron un mejor rendimiento que sus controles bajo anegamiento, tanto en ensayos de invernadero como a campo. Asimismo, pudieron comprobar en ensayos de defoliación controlada que los genotipos transgénicos son capaces de cuajar más granos que los controles.

“El primer beneficio que encontramos comparando las plantas control con las plantas modificadas genéticamente es que, en condiciones normales, no hay penalidad en rendimiento.  Esto es importante dado que muchas tecnologías que son mejores frente a algún tipo de estrés, generan plantas que rinden menos que sus controles cuando las condiciones son óptimas. Las plantas modificadas genéticamente con HaHB11 crecen muy bien en condiciones óptimas y además tienen una mejora en rendimiento en condiciones de estrés, como inundaciones y defoliación, por un mayor número de granos fijados”, explica Raineri.

La historia

La investigación científica es un trabajo que exige paciencia y perseverancia. Los que estudian plantas saben que dependen de los ciclos naturales y en muchos casos, frente a los imprevistos, tienen que volver a empezar. Sin embargo, hay ocasiones en que los accidentes conducen a un nuevo descubrimiento.

La madrugada del 4 de marzo de 2019 una fuerte tormenta de lluvia y granizo, con vientos huracanados récord que llegaron a los 152 km por hora, azotó la ciudad de Santa Fe y los alrededores. En las calles el panorama era desolador con árboles arrancados de raíz, ramas sobre las calzadas y postes de servicio eléctrico desplomados. En ese momento se llevaba adelante un estudio que pretendía observar si las plantas de maíz modificadas genéticamente, a partir de la incorporación del gen HaHB11, presentaban mayor rendimiento y tolerancia a inundación, tal como se había demostrado en Arabidopsis thaliana.

A raíz de la tormenta, los dos lotes de la tercera campaña de maíz perdieron sus hojas, lo que permitió demostrar la mayor tolerancia de las plantas modificadas genéticamente no sólo al anegamiento, objetivo inicial del trabajo, sino también frente a la defoliación causada por el viento y el granizo. Asimismo, pudo comprobarse que, habiendo sufrido defoliación severa durante la floración, los genotipos transgénicos de maíz pudieron producir más granos que los controles.

Tecnología aplicada a plantas de interés agronómico 

La tecnología HaHB11, desarrollada a partir de esta investigación, constituye un hito institucional importante. Es la primera vez que el IAL realiza desde la investigación básica vinculada al traslado del gen a la planta modelo, hasta la puesta a punto de la tecnología propiamente dicha, contemplando no sólo la obtención de plantas de interés agronómico modificadas genéticamente y la ejecución de los ensayos, sino también la regulatoria legal que eso implica.

Esta herramienta para mejorar plantas de maíz en ambientes propensos a anegamientos y/o defoliación por viento recibió el premio Innovar 2022 en la categoría Investigación aplicada.

Un aspecto a destacar es el trabajo de un equipo interdisciplinario, del que participan ingenieros agrónomos y civiles. “Nosotros somos biólogos moleculares, biotecnólogos, sabemos de plantas, pero cada planta es un mundo. Cada genotipo dentro de cada especie es un mundo. Entonces necesitábamos investigadores expertos en otras disciplinas con quienes interaccionar”, señala Raineri, en relación a la incorporación de especialistas en ecofisiología de cultivos que pudieran aportar su conocimiento respecto de los ensayos a campo y los parámetros a evaluar. Y agrega: “Cuando el grupo tuvo éxito con los ensayos a campo, se produjo la incorporación de ingenieros civiles, quienes aportaron, a partir de imágenes espectrales, las mediciones necesarias para evaluar la reflactancia de la luz del canopeo que permitió el tratamiento de muchos datos que facilitaron el fenotipado”.

Referencias bibliográficas:

Raineri J., Caraballo, L., Rigalli, N., Portapila, M., Otegui, M., Chan, N. Expressing the sunflower transcription factor HaHB11 in maize improves waterlogging and defoliation tolerance. Plant Physiology, 189, 230–247 (2022).https://doi.org/10.1093/plphys/kiac054

Raineri J., Campi M., Chan R., Otegui M.E. Maize expressing the sunflower transcription factor HaHB11 has improved productivity in controlled and field conditions. Plant Science, 287, 110185 (2019). https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2019.110185