Durante miles de años, los tomates han mutado naturalmente durante la evolución y, posteriormente, los humanos han seleccionado los rasgos que prefieren. Ahora, la tecnología de edición del genoma CRISPR puede lograr cambios más precisos. Los investigadores del Laboratorio Cold Spring Harbor estudiaron la previsibilidad del cultivo de tomates utilizando mutaciones naturales y mutaciones inducidas por CRISPR. Sus resultados sugieren que las mutaciones "de fondo" de la historia evolutiva y agrícola pueden tener un impacto significativo en el resultado de las mutaciones diseñadas. Esto enfatiza la necesidad de comprender y considerar estas mutaciones de fondo al introducir nuevas alteraciones genéticas.

Durante decenas de miles de años, la evolución ha dado forma al tomate mediante mutaciones naturales. Después de que los humanos ingresaron al campo del cultivo del tomate, pasaron siglos cultivando tomates y seleccionando sus características favoritas. Ahora, la tecnología de edición del genoma CRISPR nos permite crear nuevas mutaciones de cultivos que mejoran aún más los rasgos. Sin embargo, ninguna mutación, ya sea natural o artificial, funciona por sí sola.

Cada mutación opera dentro de un mar de miles de las llamadas mutaciones "de fondo". Estos cambios son producto de la historia evolutiva y agrícola. ¿Qué pasaría si una sola mutación pudiera cambiar drásticamente los resultados esperados de una mutación diseñada?

Ahora, un genetista de plantas del Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) y un científico computacional se han unido para explorar la previsibilidad de las mutaciones naturales y CRISPR en el fitomejoramiento. Para ello, hicieron retroceder el reloj evolutivo.

El profesor de CSHL e investigador del HHMI, Zachary Lippman, y el profesor asociado David McCandlish querían saber si diferentes mutaciones naturales y genéticas tendrían efectos similares en el tamaño del tomate, dependiendo de la presencia de otras dos mutaciones genéticas. Utilizaron tecnología CRISPR para crear una serie de mutaciones en el gen SlCLV3. (Se sabe que las mutaciones naturales en este gen aumentan el tamaño de la fruta). Luego combinaron estas mutaciones con mutaciones en otros genes que funcionan con SlCLV3.

Los científicos del Laboratorio Cold Spring Harbor recolectaron más de 40 líneas de tomates con mutaciones naturales y diseñadas que afectan el tamaño de la fruta. Estas cepas se cultivaron durante varios años en diversas áreas, incluidas Florida y Cold Spring Harbor, Nueva York. Crédito de la imagen: Laboratorio Lipman/Laboratorio Cold Spring Harbor

Crearon un total de 46 líneas de tomate con diferentes combinaciones de mutaciones. Descubrieron que los efectos de la mutación SlCLV3 eran más predecibles cuando también estaban presentes otras mutaciones. Las mutaciones en un gen producen cambios predecibles en el tamaño del tomate, pero las mutaciones en otro gen producen resultados aleatorios. En particular, los efectos más beneficiosos involucraron dos mutaciones que surgieron hace miles de años y son fundamentales para la domesticación del tomate.

La nueva investigación de McCandlish y Lipman puede ayudarnos a comprender mejor la previsibilidad genética. Pero una cosa es segura. Al introducir nuevas mutaciones en cultivos, el contexto importa. Lipman explicó:

"¿Puede la edición del genoma ofrecer rápidamente beneficios a los consumidores: mejor sabor y nutrición? La respuesta probablemente sea sí. La pregunta es qué tan predecible será".

Colección de tomates con diferentes combinaciones de mutaciones artificiales y naturales. Estas mutaciones afectan la cantidad de estrómulos (o bolsas de semillas), lo que resulta en diferentes tamaños de frutos. Lyndsey Aguirre, graduada de la Facultad de Ciencias Biológicas de CSHL, lidera el proyecto. Crédito de la imagen: Laboratorio Lipman/Laboratorio Cold Spring Harbor

El trabajo de McCandlish y Lipman sugiere que es necesario reevaluar el papel de las mutaciones de fondo. "A medida que comencemos a crear más organismos altamente modificados, el campo tendrá que lidiar con este problema", dijo McCandlish. "Una vez que se empiezan a realizar 10 o 20 mutaciones, la posibilidad de obtener resultados inesperados puede aumentar".

El Libro de la Evolución fue escrito en una variedad de idiomas, muchos de los cuales todavía estamos aprendiendo. La genética vegetal y la biología computacional ofrecen dos formas de descifrar el texto. Lipman y McCandlish esperan que su interpretación colaborativa ayude a la ciencia a afrontar el desafío. En el futuro, esto también puede ayudar a los humanos a adaptar los cultivos para satisfacer las necesidades sociales en evolución.