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Alteración de la tasa de desarrollo de la petunia para mejorar el rendimiento de esquejes y la eficiencia de la producción de cultivos
10 de abril de 2024
Investigadores de Universidad Estatal de Míchigan, financiado por la AFE, están investigando cómo criar nuevas variedades y mejorar el cultivo de petunias para hacer la producción más eficiente. Este proyecto trabaja para comprender los materiales genéticos de diferentes variedades de petunia y evaluar su desarrollo y rendimiento para maximizar la eficiencia. Lea más a continuación y explore nuestro otros proyectos actualmente financiados aquí.
La velocidad a la que las plantas producen nuevos nudos es un rasgo fundamental con numerosas implicaciones para la producción de cultivos ornamentales. Los beneficios de comprender la regulación genética de la tasa de desarrollo y de poder manipular dicha tasa en la mejora genética de nuevos cultivares incluyen:
1) Reducción del tiempo de producción de los cultivos:
El tiempo de producción de cultivo para las plantas de arriate anuales es función de la tasa de desarrollo, un proceso dependiente de la temperatura, y de cuándo ocurre la transición del crecimiento vegetativo a la floración, la cual suele depender del desarrollo de un cierto número de nudos o de una respuesta al fotoperiodo.
Muchos cultivadores se han sentido tentados a reducir la temperatura del invernadero como medio para disminuir los costos de calefacción. Si bien esta estrategia reduce el costo diario de calentar un invernadero, bajar la temperatura disminuye la tasa de desarrollo de las plantas, lo que aumenta el tiempo de producción del cultivo. De hecho, los estudios de modelización sugieren que reducir la temperatura del invernadero puede en realidad aumentar la cantidad total de combustible requerido para la calefacción del invernadero con el fin de producir un cultivo de plantas de temporada de primavera. Sin embargo, no todas las variedades de una especie son igual de sensibles a la temperatura. Por ejemplo, reducir la temperatura del invernadero de 68 ºF a 57 ºF aumentó el tiempo hasta la floración en 16 días para la petunia ‘Damask Purple’, pero en 26 días para la petunia ‘Wave Purple’. Obtener variedades con tasas de desarrollo más rápidas y menor sensibilidad a la temperatura (es decir, un menor aumento en el tiempo de producción a medida que disminuye la temperatura) mejoraría la eficiencia energética de la producción de plantas de temporada y permitiría potencialmente a los cultivadores producir más ciclos por temporada.
2) Aumentar la eficiencia de la producción de esquejes vegetativos:
Muchos cultivos anuales ornamentales herbáceos se propagan mediante esquejes vegetativos sin enraizar (URC, por sus siglas en inglés). Acelerar la tasa de desarrollo beneficiaría a la industria al incrementar el número de esquejes cosechados por planta madre durante el mismo período de tiempo, mejorando la eficiencia de la producción de URC.
El enfoque durante el primer año de este proyecto ha sido el desarrollo de los materiales genéticos que se evaluarán en el segundo año del proyecto. Específicamente, utilizamos un sistema de silenciamiento génico transitorio (silenciamiento génico inducido por virus) para evaluar un grupo de genes candidatos que habíamos identificado previamente como potencialmente involucrados en el control genético de la tasa de desarrollo de las plantas. A partir de este trabajo, identificamos que el silenciamiento de un gen, en lo sucesivo denominado PhM2L. Actualmente estamos utilizando el sistema de edición genética de endonucleasa 9 asociada a CRISPR (Cas9) para generar plantas de petunia que carecen de expresión de PhM2L para determinar cómo esto influye en la tasa de desarrollo y el rendimiento de enraizamiento de los esquejes sin enraizar (URC).
La transformación vegetal de Petunia ‘Mitchell Diploid’ con plásmidos CRISPR que albergan tanto la endonucleasa Cas9 como las secuencias de gRNA de PhM2L está actualmente en curso. Las plantas transformadas con vector vacío se utilizarán como controles. Anticipamos tener plantas transformadas regeneradas disponibles para evaluar la eficiencia/genotipo de mutación de PhM2L para el final del año 1 del proyecto.
Los objetivos del proyecto que se completarán en el próximo año incluyen:
1) Validación de plantas editadas con PhM2L
Una vez que las plantas transformadas se hayan regenerado mediante cultivo de tejidos, se utilizará la secuenciación del ADN para confirmar si se ha producido una mutación en el gen PhM2L. Las plántulas en las que se hayan confirmado las modificaciones en el gen PhM2L se sacarán del cultivo de tejidos y se cultivarán como plantas madre para experimentos posteriores.
2) Evaluación del ritmo de desarrollo de las líneas de petunia con expresión alterada del gen PhM2L en diversos entornos
Las plantas silenciadas para PhM2L y las de tipo silvestre se cultivarán en compartimentos de invernadero a diferentes temperaturas para determinar cómo la temperatura influye en la tasa de desarrollo. Las plantas se cultivarán a partir de esquejes enraizados y se colocarán en las diferentes zonas de temperatura durante 6 semanas, tras lo cual se contará el número de nuevos nudos formados en el tallo principal y se utilizará para calcular la tasa de desarrollo. El experimento empleará al menos cuatro líneas independientes editadas para PhM2L.
3) Evaluación del rendimiento de enraizamiento de esquejes de las líneas con expresión alterada de PhM2L y otros germoplasmas de petunia con velocidad de desarrollo variable
Se llevarán a cabo una serie de ensayos para evaluar el rendimiento en el enraizamiento de esquejes sin raíces obtenidos de plantas madre de líneas de petunia con diferentes ritmos de desarrollo. Entre las líneas se incluirán líneas con el gen PhM2L silenciado, individuos de nuestra Petunia axillaris x P. integrifolia líneas endogámicas recombinantes que se ha identificado previamente que varían en la tasa de desarrollo, y cultivares de petunia que hemos determinado previamente que varían en la tasa de desarrollo. Los esquejes se enraizarán bajo nebulización intermitente a 73 ºF. Después de tres semanas, se cosecharán los esquejes y se evaluarán en cuanto al número de raíces de más de 3 cm de longitud, la longitud de las tres raíces más largas y la biomasa seca total de las raíces.
En conclusión, la capacidad de criar nuevas variedades con tasas de desarrollo más rápidas ofrece la oportunidad de reducir el tiempo y el costo de producción de cultivos y de aumentar la eficiencia de la producción de esquejes sin enraizar. El sistema de edición de genoma CRISPR/Cas9 es un avance emocionante en la capacidad de manipular plantas de cultivo para mejorar rasgos específicos y requiere una mayor exploración dentro de la industria de la floricultura. El proyecto actual va por buen camino y esperamos completar todos los objetivos del proyecto y compartir los resultados este año.
Por Ryan Warner, Universidad Estatal de Michigan
