
La técnica de edición genética CRISPR/Cas9 ha sido fundamental en un avance significativo para la agricultura, en particular para el estudio de la judía, un cultivo clave tanto en la alimentación humana como en la agricultura sostenible. Las investigadoras Josefa Muñoz y Cristina Mª López, del Grupo de Fisiología Molecular y Biotecnología de Plantas de la Universidad de Córdoba, han utilizado esta herramienta para desentrañar las funciones de dos genes implicados en el metabolismo de la adenina, un compuesto crucial para la fijación de nitrógeno en las leguminosas, como la judía. Este descubrimiento podría tener un impacto directo en la reducción de la dependencia de fertilizantes nitrogenados y en la mejora de la sostenibilidad agrícola.
La Judía: Un Cultivo con Superpoderes para el Medioambiente
La judía es una leguminosa que no solo proporciona un alimento de alto valor nutricional, sino que también tiene una función ecológica esencial. Gracias a su capacidad para fijar nitrógeno en el suelo, la judía reduce la necesidad de fertilizantes nitrogenados, los cuales son responsables de la contaminación del suelo y de las aguas subterráneas. Este proceso natural, conocido como simbiosis con bacterias del suelo, permite que las plantas de judía colaboren con microorganismos para convertir el nitrógeno atmosférico en una forma accesible para las plantas.
Sin embargo, a pesar de su importancia tanto alimentaria como ambiental, estudiar el funcionamiento de los genes de la judía ha sido un desafío debido a la dificultad de transformar genéticamente estas plantas. La resistencia de la judía a los métodos tradicionales de modificación genética ha complicado la investigación en este campo.
El Desafío de Investigar los Genes de la Judía
Los investigadores querían comprender mejor el papel de ciertos genes en el metabolismo de los nucleótidos purínicos, como la adenina, que son cruciales para la asimilación del nitrógeno fijado en los nódulos de las leguminosas. La adenina es una de las bases nitrogenadas presentes en el ADN y ARN, y su reciclaje adecuado es vital para el crecimiento y desarrollo de las plantas de judía.
El equipo de investigación de la Universidad de Córdoba, liderado por las investigadoras Muñoz y López, se centró en estudiar la enzima que recicla la adenina en el ciclo de fijación de nitrógeno, conocida como adenina fosforribosil transferasa (APRT). Aunque esta enzima realiza una única función, el gen que la codifica tiene cuatro copias en el genoma de la judía, lo que complica la tarea de determinar el papel exacto de cada una de estas copias.

El Uso de CRISPR/Cas9 para Desentrañar las Funciones de los Genes
La solución llegó a través de la herramienta de edición genética CRISPR/Cas9, que ha revolucionado la biotecnología al permitir la modificación precisa de genes. Esta técnica fue galardonada con el Premio Nobel de Química en 2020 y se ha convertido en una herramienta esencial en la investigación genética. En este caso, las investigadoras utilizaron CRISPR/Cas9 para silenciar las copias de los genes involucrados en el reciclaje de la adenina, lo que permitió estudiar las funciones específicas de cada una de ellas.
El equipo de la Universidad de Córdoba logró crear mutantes funcionales de dos de las copias del gen APRT en las raíces de las plantas de judía. Este avance les permitió caracterizar las funciones de los genes de manera más detallada. A través de sus experimentos, descubrieron que una de las copias estaba directamente involucrada en el reciclaje de la adenina, mientras que la otra tenía un papel clave en la regulación de las citoquininas, hormonas vegetales que son esenciales para el crecimiento de las raíces y los nódulos de la planta.
Impacto del Descubrimiento en la Agricultura Sostenible
Este descubrimiento tiene implicaciones importantes para la agricultura sostenible. La capacidad de la judía para fijar nitrógeno es uno de sus mayores beneficios ecológicos, pero comprender mejor cómo funcionan estos genes puede permitir optimizar este proceso. Además, el uso de CRISPR/Cas9 ha permitido superar las barreras que anteriormente hacían casi imposible estudiar los genes de la judía de manera detallada.
Además, los análisis revelaron que las dos copias de los genes tienen funciones redundantes, pero también funciones diferenciadas. Esto indica que cada copia puede tener un papel especializado en el metabolismo de la adenina y en el crecimiento de la planta. Por ejemplo, una de las copias se expresa en el cloroplasto, responsable de la fotosíntesis, mientras que la otra se encuentra en el citosol, una parte vital para los procesos metabólicos de la célula.
Próximos Pasos en la Investigación
Aunque este avance es significativo, las investigadoras no se detienen aquí. El siguiente paso es estudiar las otras dos copias del gen APRT y explorar sus posibles funciones en el crecimiento de las raíces, la formación de nódulos y la resistencia a la sequía. La posibilidad de utilizar CRISPR/Cas9 para estudiar estos genes abre nuevas oportunidades para mejorar la eficiencia de la fijación de nitrógeno en las leguminosas y, por ende, en otros cultivos agrícolas.
El uso de la técnica CRISPR/Cas9 en la judía, una planta que había sido resistente a la transformación genética mediante métodos tradicionales, podría convertirse en una herramienta fundamental para mejorar la sostenibilidad de los cultivos. Este tipo de investigación no solo tiene implicaciones para la judía, sino también para otras leguminosas que podrían beneficiarse de mejoras en la fijación de nitrógeno y en la eficiencia en el uso de recursos.
Conclusiones: El Futuro de la Edición Genética en la Agricultura
La aplicación de CRISPR/Cas9 en la judía marca un hito en la biotecnología de las leguminosas y la agricultura sostenible. Gracias a esta herramienta de vanguardia, los investigadores pueden ahora estudiar con mayor precisión los genes que afectan al metabolismo de la adenina, una clave para la fijación de nitrógeno y, en última instancia, para la mejora de la productividad agrícola sin comprometer la sostenibilidad del suelo y los recursos naturales.
Con este avance, se abren nuevas posibilidades para la mejora de cultivos que, como la judía, pueden jugar un papel crucial en la reducción del uso de fertilizantes nitrogenados y en la promoción de prácticas agrícolas más respetuosas con el medioambiente. El futuro de la agricultura sostenible parece cada vez más ligado a la biotecnología, y herramientas como CRISPR/Cas9 son fundamentales para desbloquear todo su potencial.
Referencia:
Cristina Mª López, Saleh Alseekh, Félix J Martínez Rivas, Alisdair R Fernie, Pilar Prieto, Josefa M Alamillo, CRISPR/Cas9 editing of two adenine phosphoribosyl transferase coding genes reveals the functional specialization of adenine salvage proteins in common bean, Journal of Experimental Botany, Volume 76, Issue 2, 10 January 2025, Pages 346–362, https://doi.org/10.1093/jxb/erae424