La producción mundial de girasol se ve afectada por numerosos desafíos bióticos, incluyendo principalmente el ataque de insectos, plantas parasíticas y hongos, además de factores abióticos como el estrés hídrico, salinidad y la fluctuación en las temperaturas debido al cambio climático. A diferencia de otros cultivos como el maíz, algodón, soya y colza, las iniciativas para obtener variedades mejoradas a través de la ingeniería genética no han avanzado al ritmo deseado debido a la naturaleza recalcitrante al cultivo invitro de esta especie, así como también a la complejidad de su genoma. Las principales estrategias de mejora utilizadas en girasol incluyen el mejoramiento convencional a través de cruzamientos, la mutagénesis y la producción de líneas doble haploides.  Si bien se han realizado algunos avances y se han obtenido líneas de girasol transgénicas resistentes a insectos plaga y tolerantes a herbicidas como glifosato y glufosinato de amonio, hasta la fecha aún no existen variedades comerciales de girasol transgénico. Una de las principales razones es la preocupación regulatoria y de los consumidores, especialmente en mercados clave como Europa, donde la aceptación de los cultivos transgénicos es baja. Además, las tecnologías no transgénicas como las variedades Clearfield, que son tolerantes a herbicidas imidazolinonas, y se desarrollaron a través de mutagénesis en lugar de ingeniería genética, han sido suficientes para controlar malezas en cultivos de girasol, reduciendo así la necesidad de variedades transgénicas.

Sin embargo, el avance de la ciencia ha permitido importantes logros como la secuenciación del genoma del girasol y el descubrimiento de una nueva, precisa y más eficiente técnica para realizar cambios en el ADN, basado en el sistema inmunológico bacteriano llamado CRISPR (en inglés Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Esta herramienta que va asociada a una enzima (proteínas Cas, la más conocida Cas9) permite realizar cortes específicos en el ADN de los organismos y de esta manera se puede inactivar genes mediante mutaciones sitio-dirigidas o añadir nuevos fragmentos de material genético que la célula utilizará como molde durante el proceso de reparación natural del ADN. Desde el punto de vista regulatorio, algunas líneas desarrolladas mediante esta técnica podrían considerarse equivalentes a las desarrolladas mediante mejoramiento genético convencional (dependiendo de la zona geográfica en que nos encontremos) por lo que no serían sujetas a los largos y costosos procesos regulatorios por los que deben pasar los organismos transgénicos para poder ser comercializados, lo que representa una gran ventaja. Con este nuevo conocimiento disponible, se abre un gran abanico de posibilidades para el mejoramiento genético del girasol y ya existen varios grupos de investigación desarrollando protocolos de transformación, edición y regeneración in vitro para esta especie.

Algunos ejemplos de proyectos actualmente en desarrollo:

Mejora del contenido de ácido oleico a través de la edición del gen FAD2-1 (logrando su inactivación) y de esta manera aumentar la producción de este ácido graso ya que se sabe que la enzima FAD2-1 cataliza la conversión de ácido oleico a ácido linoleico.  Aún se está afinando la metodología para lograr la inactivación de este gen.

Obtención de líneas de girasol editadas para resistir el ataque de plantas parasíticas como el jopo (O. cumana). Las semillas de estas plantas germinan en presencia de lactonas sesquiterpénicas (STL) secretadas por las raíces del girasol. A pesar de que se han obtenido líneas de girasol resistentes al jopo, esta resistencia no es suficiente debido a la aparición de nuevas cepas virulentas de esta especie. En esta estrategia, al conocerse los genes que codifican las enzimas funcionales de la biosíntesis de STL, el objetivo es inactivarlos a través de CRISPR/Cas9. Otro descubrimiento interesante en este caso es el generado en un equipo de investigación del Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC (en colaboración con universidades de Canadá y Francia) en donde se identificó un gen que evita que las raíces del girasol sean colonizadas por esta mala hierba, aunque este grupo trabaja utilizando métodos de mejora convencional, la edición del genoma podría ofrecer una alternativa más rápida y eficiente para incorporar este gen en líneas comerciales de girasol.  

Otro grupo está evaluando la utilización de CRISPR/Cas9 para facilitar el proceso de creación de líneas doble haploides, como vemos esta herramienta más que llegar a sustituir las técnicas clásicas de mejora es un gran complemento para aumentar la eficiencia de éstas.

En cuanto a la tolerancia a estrés abiótico, hay numerosos estudios en otras especies, principalmente arroz, tomate, maíz, trigo en donde se están analizando las vías de señalización y genes involucrados en las respuestas de las plantas a estrés hídrico, salinidad, aumento de temperatura y estrés por herbicidas. Las alternativas que ofrece la edición del genoma para el desarrollo de líneas tolerantes a estos factores que afectan fuertemente el rendimiento de estos cultivos son prometedoras y estos conocimientos podrían eventualmente aplicarse también en girasol. Aún falta desarrollar la metodología experimental que permita expresar la batería de elementos genéticos que son necesarios para que actúe la maquinaria del sistema CRISPR/Cas en girasol, que lamentablemente hasta la fecha no ha resultado exitoso en la mayoría de los casos debido a las características ya mencionadas de este cultivo.

A esto le agregamos el escenario regulatorio global que debe ser armonizado y basado en ciencia para permitir el rápido acceso a estos cultivos mejor adaptados a las nuevas condiciones impuestas por el cambio climático y así poder asegurar la producción de alimentos en un futuro incierto que ya está aquí para quedarse.

Información recopilada y organizada por nuestra compañera Natalia Urzua