Edición génica para mejorar productividad y resiliencia de la caña de azúcar

La caña de azúcar es uno de los cultivos más relevantes a nivel mundial, tanto por su valor como fuente de azúcar como por su papel en la producción de bioenergía, especialmente etanol. Sin embargo, su mejora genética ha sido un desafío debido a la complejidad de su genoma, altamente poliploide y heterogéneo. Un artículo publicado en Plants (2024) revisa los avances más recientes en la aplicación de herramientas de biología molecular, en particular la edición génica mediante la tecnología CRISPR, con el fin de aumentar la productividad, la tolerancia a factores ambientales adversos y la calidad de los subproductos industriales.

Este cultivo pertenece al género Saccharum y representa aproximadamente el 80% de la producción mundial de azúcar. Además, es una fuente estratégica para biocombustibles en países como Brasil e India. A nivel agronómico, se trata de una planta con alto rendimiento de biomasa, lo que la convierte en candidata para programas de biorrefinería. Sin embargo, enfrenta múltiples limitaciones, como la susceptibilidad a enfermedades, la demanda creciente de agua y la necesidad de mantener la eficiencia fotosintética en condiciones de estrés.

La caña de azúcar cultivada comercialmente es un híbrido complejo con más de 100 cromosomas, lo que dificulta la identificación y manipulación de genes específicos. Esta característica hace que los métodos tradicionales de mejoramiento, como el cruzamiento selectivo, sean lentos e imprecisos. Además, el largo ciclo de cultivo y la baja fertilidad de las variedades híbridas retrasan aún más los avances.

Frente a este panorama, las herramientas modernas de ingeniería genética han emergido como una alternativa poderosa. Entre ellas, la edición génica por CRISPR, las técnicas de silenciamiento de genes y la transformación mediada por Agrobacterium permiten modificar de forma precisa secuencias asociadas con rasgos de interés.

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), es un sistema que permite cortar el DNA en lugares específicos y generar mutaciones dirigidas. En caña de azúcar, se ha empleado para eliminar genes que limitan la acumulación de sacarosa o que favorecen la susceptibilidad a enfermedades.

Se destacan estudios en los que la edición de genes vinculados con la lignina permitió reducir su contenido, facilitando la extracción de azúcar y mejorando la digestibilidad de la biomasa destinada a bioetanol. Asimismo, se han identificado genes relacionados con la resistencia a virus y bacterias, que podrían ser desactivados para generar variedades más resistentes.

Uno de los principales objetivos de la biotecnología en caña de azúcar es aumentar la resistencia a plagas y patógenos. La hoja de la caña puede ser atacada por hongos como Puccinia melanocephala, causante de la roya anaranjada, y por bacterias como Leifsonia xyli subsp. xyli, responsables del raquitismo. Mediante edición génica se busca tanto reforzar genes de defensa como eliminar receptores que facilitan la entrada de patógenos.

Otro campo en desarrollo es la tolerancia a la sequía y la salinidad. Genes que regulan la apertura de estomas o que participan en rutas de señalización hormonal, como la del ácido abscísico, están siendo estudiados como posibles dianas. La manipulación de estos genes permitiría mejorar la eficiencia del uso de agua y la capacidad de la planta para soportar climas extremos.

La caña de azúcar es una planta de tipo C4, lo que le confiere una alta eficiencia fotosintética en comparación con las especies C3 como el trigo o el arroz. Aun así, existe margen de mejora en la optimización de la enzima Rubisco, responsable de la fijación de dióxido de carbono. La edición génica podría ayudar a introducir variantes más eficientes o a modular la expresión de genes que regulan la vía C4. Estas estrategias permitirían aumentar la producción de biomasa y de sacarosa.

Además del azúcar, la caña provee productos derivados como la melaza y el bagazo, fundamentales en la producción de etanol y energía eléctrica. Mediante biología sintética y edición génica, se busca generar variedades con una composición más favorable de fibras y carbohidratos. Por ejemplo, la reducción de la lignina no solo beneficia la extracción de sacarosa, sino que también mejora la fermentación del bagazo en procesos industriales.

En paralelo, se están evaluando genes que controlan la acumulación de lípidos, con la finalidad de diversificar el uso de la caña como fuente de biocombustibles avanzados. Esta innovación transformaría el cultivo en una plataforma para la producción sostenible de múltiples compuestos.

Aunque la edición génica ofrece ventajas claras, enfrenta desafíos regulatorios y sociales. En varios países, la normativa aún clasifica las plantas editadas por CRISPR dentro de los organismos genéticamente modificados, lo que limita su aceptación comercial. Sin embargo, dado que la edición génica no siempre introduce DNA extraño, muchos especialistas argumentan que debería considerarse de forma distinta a la transgénesis convencional.

La aplicación de la edición génica en caña de azúcar se perfila como una herramienta clave para un mayor rendimiento de sacarosa, resistencia a plagas, tolerancia a estrés hídrico y climático, así como la optimización de subproductos destinados a la bioenergía.

Si bien persisten barreras técnicas, regulatorias y sociales, los avances recientes en la identificación de genes diana y en las plataformas de transformación vegetal permiten prever que en los próximos años surgirán variedades comerciales mejoradas mediante estas técnicas que aseguren la producción de un alimento básico y consoliden este cultivo estratégico para la transición hacia energías renovables.