El arroz es uno de los cultivos alimentarios básicos más cultivados en el mundo y proporciona alrededor del 20% de la ingesta calórica diaria de más de la mitad de la población mundial. Sin embargo, el arroz ampliamente cultivado en la actualidad es un cultivo anual que debe volverse a sembrar cada año, mientras que sus parientes silvestres son en su mayoría plantas perennes que pueden florecer año tras año y seguir brotando nuevos brotes desde la base de la planta.
Un estudio más reciente publicado en Science muestra que los científicos han encontrado factores genéticos clave que determinan las características perennes en el arroz silvestre (Oryza rufipogon) y han introducido con éxito genes relevantes en el arroz cultivado (Oryza sativa) para crear materiales de arroz con capacidades de crecimiento perenne. El equipo de investigación cree que es probable que el arroz cultivado hoy en día se derive de ancestros perennes, pero su capacidad de regeneración se perdió gradualmente durante el proceso de domesticación a largo plazo.
Para rastrear este rasgo perenne, Han Bin, genetista de la Academia de Ciencias de China, y sus colegas realizaron un análisis comparativo de 446 muestras de arroz silvestre y materiales de arroz cultivado. Identificaron una región genómica llamada "Endless Branches and Tillers 1" (EBT1) en el cromosoma 1 del arroz, que contiene dos copias del gen regulador microRNA156, etiquetados B y C respectivamente.
Las investigaciones muestran que en la etapa de plántula, esta secuencia de microARN156 B y C es muy activa y puede mantener la planta en la fase de crecimiento vegetativo, permitiéndole continuar desarrollando hojas y tallos sin acelerar el desarrollo reproductivo. A medida que la planta madura, esta actividad se debilita gradualmente. En el arroz cultivado común, esto significa que el ciclo de vida de la planta finaliza después de la floración y la fructificación. En el arroz silvestre, esta región genética se "reiniciará" después de la floración, lo que permitirá que la planta reanude el crecimiento vegetativo nuevamente en lugar de morir por completo.
El equipo de investigación cruzó además arroz silvestre con arroz cultivado para observar el desempeño funcional de genes relevantes en plantas vivas. Entre los muchos fenotipos de progenie híbrida, los investigadores seleccionaron un material numerado G43, que mostró la capacidad de detener el desarrollo reproductivo y reiniciar el crecimiento vegetativo después de la floración.
Durante el proceso de restauración del crecimiento vegetativo, a G43 le crecerá una gran cantidad de ramas laterales llamadas "macollos" desde la base de la planta. Normalmente, una planta de arroz común produce aproximadamente 10 macollos en su ciclo de vida, desde la unión hasta el espigado, la fructificación y la muerte, mientras que G43 puede producir más de 70 macollos en promedio, lo que demuestra significativamente su capacidad para regenerarse y expandirse varias veces.
Sin embargo, este "macollamiento interminable" actualmente enfrenta limitaciones obvias: la mayoría de las ramas laterales formadas por estos crecimientos secundarios son macollos estériles, que solo producirán flores anormales pero no pueden producir semillas. El equipo de investigación cree que para obtener arroz cultivado perenne que realmente pueda promocionarse a gran escala, es necesario introducir o regular genes relevantes en otras partes del genoma para lograr una variedad que pueda regenerarse durante muchos años y mantener una fertilidad suficiente.
Salomé Prat, genetista vegetal del Instituto de Investigación del Genoma Agrícola, señaló en entrevista con Refractor que si bien el locus EBT1 actual aporta características perennes, también inhibe la floración normal del arroz, reduciendo así el rendimiento. En este alelo, explica, el gen se activa nuevamente en las yemas de los macollos después de la floración, lo que impulsa la formación de nuevos macollos, pero esto también significa que se suprime la fase reproductiva.
Jorge Dubcovsky, biólogo vegetal de la Universidad de California en Davis, advirtió que este tipo de arroz editado genéticamente "es poco probable que esté disponible rápidamente para el público" en el corto plazo. Señaló que desde la perspectiva de la producción agrícola amplia, los cultivos perennes tienden a tener rendimientos más bajos que los cultivos anuales. En el contexto del crecimiento continuo de la población mundial, es posible que los seres humanos no puedan permitirse el lujo de reemplazar a gran escala los cultivos básicos anuales de alto rendimiento existentes por cultivos perennes de menor rendimiento, incluso si los primeros tienen ventajas en términos de ecología y sostenibilidad.
A pesar de las perspectivas y los desafíos, esta investigación todavía se considera un progreso importante en el campo del mejoramiento genético del arroz, ya que proporciona pistas clave para crear arroz cultivado que pueda cosecharse durante muchos años mediante métodos de mejoramiento molecular. Si en el futuro los científicos pueden introducir de manera constante características perennes en las principales variedades sin sacrificar significativamente el rendimiento, se espera que el sistema de siembra de arroz marque el comienzo de cambios de gran alcance en términos de reducción de la siembra, ahorro de mano de obra y recursos, y mejora del suelo y el medio ambiente ecológico.