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Proyecto H2020 CRISP-4-CROPS:Implementación de la tecnología CRISPR/Cas9 para mejorar la resistencia al estrés abiótico en cereales

  • Tipo Proyecto
  • Status Completado
  • Ejecución 2017 -2018
  • Presupuesto asignado 72.500,00 €
  • Alcance Europeo
  • Principal fuente de financiación H2020
  • Sitio web del proyecto Water2REturn
Descripción
El rápido cambio climático global está afectando la productividad agrícola y, por consiguiente, la disponibilidad de alimentos a nivel mundial. El calentamiento global, el estrés térmico, la sequía, la salinidad, etc., afectan drásticamente la productividad agrícola y amenazan la seguridad alimentaria mundial. En este contexto, existe una gran necesidad de investigación multidisciplinaria para seleccionar y desarrollar cultivares de alto rendimiento resistentes a estos estreses abióticos, lo que puede mantener y mejorar la productividad agrícola en los campos de cultivo. Los cereales son la principal fuente de alimentos y componentes nutricionales para la salud humana y el alimento para el ganado en todo el mundo. Cabe mencionar que una quinta parte de la tierra cultivable del mundo es árida y semiárida, y dos tercios de ella es salina, lo que afecta gravemente la productividad agrícola y el perfil nutricional. En este contexto, la selección de cultivares tolerantes a la sequía y la salinidad se propone como una alternativa viable para mantener la productividad agrícola en estas regiones. El uso del mejoramiento tradicional es efectivo, pero muy lento: alrededor de 10 años de investigación y experimentos de campo. La implementación de las técnicas de edición genética requiere personal altamente cualificado. El objetivo general de la propuesta es superar las barreras para la contratación de doctores altamente cualificados o especialistas equivalentes en técnicas de edición genética para aplicaciones agrícolas, en particular el sistema CRISPR-Cas 9. Iden Biotechnology SL, empresa de agrobiotecnología centrada en el desarrollo de productos para la industria agroalimentaria, busca explotar CRISPR/Cas9 (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas y regularmente interespaciadas), una tecnología de reciente desarrollo para la modificación genómica dirigida, para producir nuevas variedades de cereales que sobreacumulen compuestos beneficiosos, mejorando así su perfil nutricional. CRISPR/Cas9 ofrece a los científicos la capacidad de modificar el ADN con mayor precisión activando o desactivando genes o editándolo. El uso de esta técnica para la mejora de cultivos presenta tres ventajas principales: técnicas, legislativas y competitivas: Los resultados obtenidos son similares a los que se podrían obtener mediante mutaciones naturales y mejora genética convencional, aunque son dirigidos, más precisos y rápidos. Además de las ventajas técnicas mencionadas, los cultivos modificados con esta técnica pueden abrir nuevas oportunidades de mercado, incluido el mercado europeo. Ventaja competitiva.
Descripción de actividades
Entre los cereales, el maíz (Zea mays) es el más producido (casi 900 millones de toneladas métricas por año) y el tercer cereal con mayor valor económico, después del arroz y el trigo, según la FAO (FAOSTAT, 2016). Por lo tanto, en el marco de CRISPR-4-CROPS, IDEN ha realizado el proceso para la generación de una nueva variedad de maíz utilizando la tecnología CRISPR. El proyecto de 1 año de duración se propuso como un paso inicial para la mejora del maíz. El proyecto se estructuró en tres hitos. Selección de genes diana. Inicialmente se diseñó para mejorar una sola característica del maíz. Para este propósito, se realizó una revisión bibliográfica y un análisis de patentes para genes diana de interés. En este procedimiento, también se identificaron otros genes de interés relacionados con la producción de compuestos saludables. Finalmente, el objetivo establecido fue desarrollar líneas de maíz que sobreacumulen compuestos saludables, mejorando el perfil nutricional (la información del gen diana se mantiene confidencial para evitar futuros problemas de patentabilidad). Se espera que la eliminación de la expresión de esos genes mediante la tecnología CRISPR pueda contribuir al desarrollo de nuevas variedades de maíz con las características mencionadas. Edición genética. Para la implementación de la tecnología CRISPR se utilizaron dos métodos de transformación de plantas, mediado por Agrobacterium o biolístico, pero se obtuvieron diferentes tasas de éxito dependiendo de esta selección. Por esta razón, el proyecto se dividió en dos ramas, cada una incluyendo un gen de interés y una metodología de transformación. El proyecto incluyó solo las primeras etapas del desarrollo de las variedades de maíz, ya que se necesitan al menos tres años para la generación de semillas a granel de plantas mutantes que estarán listas para ensayar su rendimiento mejorado. Posteriormente, se deben realizar ensayos de campo, que podrían tardar entre dos y tres años. En total, una vez completado el proyecto CRISPR-4-CROPS, se necesitan alrededor de seis años para obtener una nueva variedad de maíz.
Objetivos
El objetivo general de la propuesta es superar las barreras a la contratación de doctores altamente cualificados o especialistas equivalentes en técnicas de edición genética para aplicaciones agrícolas, en particular CRISPR-Cas 9Iden Biotechnology S.L. es una empresa privada de agrobiotecnología fundada en 2005 con la misión de satisfacer las necesidades de la industria agroalimentaria. Nuestro objetivo es explotar CRISPR/Cas9 (repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas), una tecnología recientemente desarrollada para la modificación selectiva del genoma, para producir nuevas variedades de cereales con resistencia al estrés abiótico (resistencia a las bajas temperaturas, sequía y/o salinidad). CRISPR/Cas9 brinda a los científicos la capacidad de modificar el ADN con mayor precisión activando o desactivando genes o editando el ADN. Pueden identificar y eliminar debilidades o insertar rasgos deseados que ya se encuentran en otras partes de la especie. Son tres las ventajas principales de conseguir utilizar esta técnica para la mejora de cultivos: Técnica, legislativa y competitiva: Los resultados obtenidos son similares a los que se podrían obtener mediante mutaciones naturales y mejoramiento convencional, aunque dirigido, más preciso y rápido. Además de las ventajas técnicas mencionadas anteriormente, los cultivos modificados con esta técnica pueden no estar sujetos a la legislación sobre OGM, lo que abre nuevas oportunidades de mercado, incluido el mercado europeo. Ventaja competitiva. El sector de biotecnología de cultivos en Europa podría tener una nueva herramienta de innovación para superar la situación definida por el Consejo Asesor Científico de las Academias Europeas como: "La UE se está quedando atrás de los competidores internacionales en innovación agrícola y esto tiene implicaciones para los objetivos de la UE en materia de ciencia e innovación".
Resultados
La mejora de los cultivos durante el último siglo ha contribuido al éxito de la alimentación de la población mundial. Este éxito se basa no solo en un mayor rendimiento, sino también en una mejor calidad de los alimentos y un uso más eficiente de los recursos. La modificación genética se ha utilizado ampliamente a lo largo del siglo XX para aumentar la productividad de las plantas destinadas a la agricultura. La edición precisa de genomas vegetales mediante nuevas tecnologías como CRISPR (Repeticiones Palindrómicas Interespaciadas y Reguladoras Agrupadas) puede contribuir a alcanzar de forma más eficiente los objetivos de la agricultura moderna. Esta tecnología se puede aplicar a numerosas especies vegetales, incluyendo los cereales, como se ha mencionado anteriormente. Antes de la tecnología CRISPR, estos proyectos consistían en la mutagénesis aleatoria de genomas vegetales y la detección de una característica deseada (es decir, una planta con un mejor rendimiento) en una población de más de 23.000 líneas, cada una con al menos 10 plantas. En otras palabras, se debían sembrar, cultivar y analizar unas 230.000 plantas. La implementación de CRISPR para la edición genética tiene un enorme potencial, ya que permite modificar específicamente una característica de un organismo. El enfoque de IDEN se centró en modificar una característica del maíz que aumentaría su valor agronómico (es decir, mayor cantidad de nutrientes y menor consumo de agua) y, por lo tanto, el valor de mercado del cultivo. Si bien el producto final se comercializaría en varios años, el primer paso consiste en optimizar el sistema y editar los genes para validar el interés de su uso en la obtención de mejores variedades. Con la tecnología CRISPR, la inversión necesaria para obtener una planta mutante se ha reducido drásticamente, lo que la hace viable para una pyme como IDEN, abriendo la puerta al desarrollo y comercialización de nuevos productos. Por estas razones, el objetivo del proyecto CRISPR-4-CROPS es generar una nueva variante de maíz con mayor valor de mercado. Por un lado, se busca generar una variante de maíz que sobreacumule compuestos nutricionales (biofortificación). Como proyecto paralelo, se busca generar una variante de maíz más tolerante al estrés abiótico como alternativa viable para mantener la productividad en condiciones climáticas adversas. La viabilidad técnica, la alta especificidad, el bajo coste y el corto tiempo de generación en comparación con otros métodos se traducen en un importante impacto económico. Es importante considerar que el cronograma del proyecto consiste principalmente en la implementación de la tecnología CRISPR en maíz, pero una vez finalizado, aún queda un largo proceso para comercializar un producto. Si bien este es un paso inicial en el proceso de mejora del cultivo, la implementación de esta tecnología permite a IDEN utilizarla para la modificación de otras características (otros genes diana), otras especies vegetales e incluso otros organismos en el futuro. La capacidad de utilizar la tecnología CRISPR posiciona a IDEN como una pyme innovadora en el panorama mundial de la edición genética y abre nuevas oportunidades para el desarrollo de productos.
Coordinadores
  • IDEN BIOTECHNOLOGY SL (IDEN)
Colaboradores
  • RISE RESEARCH INSTITUTES OF SWEDEN AB (RISE)
  • MORE RESEARCH ORNSKOLDSVIK AB
  • RAED AND ABEER SHADFAN (ATLAS MEDICAL)
  • RAED SALEM AND PARTNER CO (Atlas Medical Factory)
  • EIBENSTEINER FRIEDRICH (KARL)
  • GENES'INK
  • AIT AUSTRIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY GMBH (AIT)
  • INFINEON TECHNOLOGIES AUSTRIA AG (IFAT)
  • RISE ACREO AB (Acreo)
  • COATEMA COATING MACHINERY GMBH
  • RISE RESEARCH INSTITUTES OF SWEDEN AB (RISE)
  • PRO-ACTIVE (PROA)
  • IMST GMBH (INSTITUT FUR MOBIL-UND SATELLITENFUNKTECHNIK)
  • MELODEA LTD (MEL)
  • EIDGENOSSISCHE MATERIALPRUFUNGS- UND FORSCHUNGSANSTALT (EMPA)
  • RISE INNVENTIA AB