Nuestro mundo está experimentando cambios climáticos que han desencadenado una serie de interrupciones de forma general en la producción agrícola y en la seguridad alimentaria.
Desde las devastaciones causadas por tifones tropicales, hasta las sequías que son cada vez más generalizadas y severas, parece que la naturaleza está tomando enserio su intento bastante agitado de proporcionarnos un nuevo orden. En el contexto agrícola, las plantas y el ganado tienen que lidiar con una serie de nuevas condiciones ecológicas que superan notablemente su ritmo natural de adaptación.
“Los efectos del cambio climático ya han comenzado a surgir y sin duda empeorarán”, afirma un estudiorealizado en septiembre del 2021 en Frontiers in Sustainable Food Systems. “La disminución global en el rendimiento y la sostenibilidad de los cultivos se proyectan para continuar a lo largo del siglo, como resultado directo del cambio climático”.
Varias industrias y campos de la ciencia están investigando en tecnologías innovadoras para mitigar los efectos del cambio climático en la agricultura. Uno de estos métodos es la edición de genes, una técnica que facilita las modificaciones genéticas programables y de alta precisión en los genomas de los organismos. Estos cambios pueden implicar la eliminación, silenciamiento o inserción de genes deseados.
Aquí cinco formas donde la edición de genes está proporcionando una resiliencia climática muy necesaria en la agricultura:
1. Mejora de la tolerancia a la sequía
El estrés por sequía tiene un alto costo en la productividad de los cultivos y es la principal causa de pérdida en la producción agrícola a nivel mundial. Utilizando técnicas de edición de genes, los científicos pueden ayudar a las plantas a adaptarse a diversos tipos de estrés abiótico provocados por un clima cambiante, incluida la sequía. Otros tipos de estrés abiótico incluyen la salinidad, las variaciones de temperatura (alta/baja) y la presencia de metales pesados en el suelo.
Cuando las plantas experimentan la sequía, muestran varias características a medida que se ajustan a las condiciones. Con el fin de ayudar a las plantas a tolerar el estrés abiótico, como la sequía, los investigadores identifican los genes específicos que están involucrados y luego editan estos genes para facilitar la resiliencia de las plantas.
“Algunos genes presentes en las plantas mejoran los efectos nocivos causados por el estrés abiótico, conocido como genes de sensibilidad (genes Se)”, afirma un artículo titulado “Mejoras en los cultivos empleando CRISPR: Un camino a seguir para lograr el Hambre Cero”, publicado en el Journal of Agricultural and Food Chemistry.
“Las estrategias de edición del genoma, particularmente empleando CRISPR-Cas, se han utilizado en varias especies de plantas, incluidos los cultivos de granos, verduras y frutas, para mejorar la tolerancia al estrés abiótico al alterar los genes Se”.
También se está investigando el uso de la edición de genes basada en CRISPR para mejorar la tolerancia a la sequía en el trigo, la yuca, la papaya, la caña de azúcar y el algodón.
2. Manejo de enfermedades
El cambio climático puede aumentar la gravedad y la probabilidad de las enfermedades presentes en las plantas.
“Se prevé que la mayoría de las enfermedades que afectan a plantas y animales incrementen con el cambio climático”, afirma un estudio publicado en Frontiers in Sustainable Food Systems. “El aumento en la gama de vectores, el aumento de las temperaturas que fomentan la reproducción de patógenos, y que a su vez hace a los organismos huéspedes se vuelvan más susceptibles a los patógenos, son algunas de las muchas causas en el incremento en la severidad de las enfermedades, impulsadas por el cambio climático”.
Para contrarrestar las oleadas que se avecinan, los científicos han estado trabajando para conferir resistencia a enfermedades a los animales empleados en el ganado y a los cultivos empleados en la alimentación, sin el uso adicional de pesticidas y fungicidas.
Por ejemplo, el virus de la raya del plátano se activa en condiciones de estrés como la sequía y el calor extremo, que se espera que acompañen al cambio climático en África, particularmente en las áreas donde los plátanos se cultivan ampliamente como un cultivo alimentario importante. Para contrarrestar el problema, un equipo de investigación dirigido por Leena Tripathi del Instituto Internacional de Agricultura Tropical en Nairobi, Kenia, fue pionero en la primera aplicación de la tecnología de edición de genes CRISPR para desactivar el virus de la raya del plátano en los plátanos.
3. Aumento de los rendimientos
En el contexto más amplio, salvo en algunas excepciones, el cambio climático mundial puede reducir los rendimientos de los cultivos y reducir de la misma manera la productividad ganadera. A medida que las poblaciones se expanden en muchas regiones, van aumentando la demanda de alimentos, y la caída en los rendimientos podría requerir que se talen más tierras forestales para la agricultura.
Si bien las técnicas tradicionales de mejoramiento se han utilizado en el pasado para aumentar el rendimiento de los cultivos, la creciente demanda de alimentos crea la necesidad de contar con enfoques más eficientes y simplificados para mejorar los cultivos y obtener mejores rendimientos. La tecnología CRISPR-Cas9 es la técnica más prometedora para satisfacer esa necesidad.
Una serie de ediciones genéticas han producido cultivos más resistentes con mayores rendimientos. En el arroz, por ejemplo, la edición de genes ha producido líneas con un aumento en el rendimiento que va del 11 al 68 por ciento. CRISPR-Cas 9 también se ha utilizado para aumentar el tamaño de los tomates, mientras que otras herramientas de edición se han empleado para generar una mayor masa muscular en el ganado.
4. Sobrevivir a la salinidad del suelo
La salinidad del suelo es un estrés abiótico grave que dificulta el crecimiento de las plantas, y se espera que empeore con el cambio climático.
“La expansión de las tierras cultivables afectadas por la sal se ha convertido en una gran amenaza para la seguridad alimentaria mundial. Alrededor del 6 por ciento del área cultivada es destruida por la salinización del suelo con una adición continua del 1 al 2 por ciento cada año en todo el mundo, causando pérdidas significativas en el rendimiento de cultivos de granos básicos como el maíz, el arroz y el trigo”, señala el estudio publicado en Frontiers in Sustainable Food Systems.
Con el cambio climático a menudo viene la escasez de agua, lo que obliga a los agricultores a usar agua de riego de menor calidad la cual posiblemente puede contener sal, lo que lleva a un aumento de la salinidad delsuelo. Los científicos de plantas están diseñando cultivos que pueden tolerar mejor la sequía extrema y la salinidad del suelo. La alta salinidad en el suelo ha afectado varios cultivos, como los tomates comerciales. Los científicos ahora han utilizado con éxito CRISPR para conferir una alta tolerancia a la salinidad en los tomates.
En otro ejemplo, científicos de la Universidad Agrícola de Huazhong y el Centro de Genes Agro biológicos de Shanghái, eliminaron un gen en el arroz para mejorar su tolerancia a concentraciones elevadas de sal presentes en el suelo.
5. Lucha contra las malas hierbas
Los herbicidas, junto con los pesticidas y fungicidas, son productos químicos importantes en la agricultura mundial. Es probable que su valor crezca, dado que se ha encontrado que el cambio climático altera la abundancia y distribución de las plagas de insectos y el daño que causan. Las malas hierbas, son posiblemente el enemigo número 1 de un agricultor, ya que causan un daño colosal a la agricultura mundial, reduciendo considerablemente los rendimientos y los ingresos de los agricultores. En india, por ejemplo, las estimaciones han demostrado que las malezas reducen los rendimientos de los cultivos en un 31,5 por ciento.
El control de malezas también conlleva un costo social. En muchos países en desarrollo, las mujeres y los niños se dedican al deshierbe manual, lo que reduce su capacidad para asistir a la escuela o buscar mejores oportunidades económicas.
Algunos de los factores que favorecen la proliferación del crecimiento de malezas en el contexto del cambio climático incluyen el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono (CO2) y los cambios asociados en la temperatura global y las precipitaciones.
“Es probable que las malezas muestren una mayor resiliencia y una mejor adaptación a los cambios en las concentraciones de CO2 y al aumento de la temperatura en competencia con los cultivos debido a su diverso acervo genético y mayor plasticidad fisiológica”, afirma un estudio realizado por el Departamento de Agronomía de la Universidad Estatal de Kansas.
También se ha demostrado que las variaciones en el clima influyen en el uso de herbicidas, insecticidas y fungicidas a través de cambios en su efectividad y persistencia. Una de las soluciones propuestas para mitigar el desafío incluye el desarrollo de nuevos productos químicos, ya que se espera que la tolerancia de los cultivos a los productos químicos se reduzca por el cambio climático.
La edición de genes presenta un contrapeso efectivo al problema. En un buen ejemplo, los científicos han utilizado la edición de genes mediada por CRISPR para desarrollar un alelo tolerante a herbicidas en el arroz. Además de ofrecer a los agricultores una estrategia de manejo de malezas flexible y fácil de aplicar, la resistencia a los herbicidas permite a los agricultores practicar la agricultura sin labranza o labranza reducida, lo que ayuda a reducir la erosión del suelo y también minimiza las emisiones de gases de efecto invernadero a través de la reducción del consumo de combustibles fósiles y la perturbación del suelo.
Imagen: Un campo de trigo sufre de sequía en los Países Bajos // Foto: Shutterstock