Árbol modificado genéticamente

Un árbol genéticamente modificado ( GMt , árbol transgénico o árbol transgénico ) es un árbol cuyo ADN ha sido modificado mediante técnicas de ingeniería genética . En la mayoría de los casos , el objetivo es introducir en la planta una característica novedosa que no se da de forma natural en la especie. Algunos ejemplos son la resistencia a ciertas plagas, enfermedades, condiciones ambientales y tolerancia a herbicidas , o la alteración de los niveles de lignina para reducir los costos de producción de pulpa .

Los árboles forestales modificados genéticamente aún no están aprobados ("desregulados") para uso comercial, con la excepción de los álamos resistentes a insectos en China ^{[ 1 ] [ 2 ]} y el eucalipto modificado genéticamente en Brasil. ^{[ 3 ]} Varias especies de árboles forestales modificados genéticamente están siendo sometidas a ensayos de campo para su desregulación, y gran parte de la investigación la lleva a cabo la industria de la pulpa y el papel , principalmente con la intención de aumentar la productividad de las masas arbóreas existentes. ^{[ 4 ]} Ciertas especies de árboles frutales modificados genéticamente han sido desreguladas para uso comercial en los Estados Unidos, incluyendo la papaya y la ciruela . ^{[ 5 ]} El desarrollo, las pruebas y el uso de árboles transgénicos aún se encuentran en una etapa temprana en comparación con los cultivos transgénicos . ^{[ 6 ]}

La investigación sobre árboles genéticamente modificados se lleva a cabo desde 1988. ^{[ 7 ]} Las preocupaciones en torno a las implicaciones de bioseguridad de liberar árboles genéticamente modificados en la naturaleza han frenado la aprobación regulatoria de árboles forestales transgénicos. Esta preocupación se ejemplifica en la postura del Convenio sobre la Diversidad Biológica :

La Conferencia de las Partes, reconociendo las incertidumbres relacionadas con los posibles impactos ambientales y socioeconómicos, incluidos los impactos a largo plazo y transfronterizos, de los árboles modificados genéticamente sobre la diversidad biológica de los bosques mundiales, así como sobre los medios de subsistencia de las comunidades indígenas y locales, y dada la ausencia de datos fiables y de capacidad en algunos países para realizar evaluaciones de riesgos y evaluar esos posibles impactos, recomienda a las partes que adopten un enfoque de precaución al abordar la cuestión de los árboles modificados genéticamente. ^{[ 8 ]}

Una condición previa para una mayor comercialización de árboles forestales transgénicos es probablemente su esterilidad completa . ^{[ 6 ] [ 9 ]} Los árboles de plantación permanecen fenotípicamente similares a sus primos silvestres en que la mayoría son producto de no más de tres generaciones de selección artificial , por lo tanto, el riesgo de escape de transgenes por polinización con especies silvestres compatibles es alto. ^{[ 10 ]} Una de las preocupaciones científicas más creíbles con los árboles transgénicos es su potencial para una amplia dispersión de semillas y polen . ^{[ 11 ]} El hecho de que el polen de pino viaje largas distancias está bien establecido, moviéndose hasta 3000 kilómetros desde su fuente. ^{[ 12 ]} Además, muchas especies de árboles se reproducen durante mucho tiempo antes de ser cosechadas. ^{[ 13 ]} En combinación, estos factores han llevado a algunos a creer que los árboles transgénicos merecen consideraciones ambientales especiales en comparación con los cultivos transgénicos. ^{[ 14 ]} Asegurar la esterilidad para los árboles transgénicos ha resultado difícil, pero se están haciendo esfuerzos. ^{[ 15 ]} Si bien el genetista de árboles Steve Strauss predijo que la contención completa podría ser posible para 2020, aún quedan muchas preguntas. ^{[ 16 ]}

Los árboles transgénicos en fase de desarrollo experimental han sido modificados con características destinadas a beneficiar a la industria, los silvicultores o los consumidores. Debido a los elevados costes de regulación e investigación, la mayoría de los árboles genéticamente modificados en silvicultura son árboles de plantación, como el eucalipto , el álamo y el pino .

Varias empresas y organizaciones (incluidas ArborGen, ^{[ 17 ]} GLBRC, ^{[ 18 ]} ...) en la industria de la pulpa y el papel están interesadas en utilizar la tecnología GM para alterar el contenido de lignina de los árboles de plantación (en particular, eucaliptos y álamos ^{[ 19 ]} ). Se estima que reducir la lignina en los árboles de plantación mediante modificación genética podría reducir los costos de pulpa hasta en $15 por metro cúbico. ^{[ 20 ]} La eliminación de lignina de las fibras de madera convencionalmente depende de productos químicos costosos y peligrosos para el medio ambiente . ^{[ 21 ]} Al desarrollar árboles GM con bajo contenido de lignina, se espera que los procesos de pulpa y blanqueo requieran menos insumos, ^{[ 22 ]} por lo tanto, las fábricas abastecidas por árboles GM con bajo contenido de lignina pueden tener un impacto reducido en sus ecosistemas y comunidades circundantes. ^{[ 23 ]} Sin embargo, se argumenta que las reducciones de lignina pueden comprometer la integridad estructural de la planta, haciéndola más susceptible al viento, la nieve, los patógenos y las enfermedades, ^{[ 24 ]} lo que podría requerir un uso de pesticidas mayor que el de las plantaciones tradicionales. ^{[ 25 ]} Esto se ha demostrado correcto, y se desarrolló un enfoque alternativo seguido por la Universidad de Columbia. Este enfoque consistió en introducir enlaces químicamente lábiles (insertando un gen de la planta Angelica sinensis ), lo que permite que la lignina se descomponga mucho más fácilmente. ^{[ 26 ]} Debido a este nuevo enfoque, la lignina de los árboles no solo se descompone fácilmente cuando se trata con una base suave a temperaturas de 100 grados C, sino que los árboles también mantuvieron su potencial de crecimiento y resistencia. ^{[ 27 ]}

La modificación genética puede permitir que los árboles hagan frente a los estrés abióticos, ampliando así su distribución geográfica. ^{[ 28 ]} Actualmente se están probando árboles de eucalipto transgénicos tolerantes a las heladas para su uso en plantaciones del sur de EE. UU. en sitios al aire libre con este objetivo en mente. ArborGen, una empresa de biotecnología arbórea y empresa conjunta de las empresas de pulpa y papel Rubicon (Nueva Zelanda), MeadWestvaco (EE. UU.) e International Paper (EE. UU.) ^{[ 29 ]} lidera esta investigación. ^{[ 30 ]} Hasta ahora, el cultivo de eucalipto solo ha sido posible en el extremo sur de Florida; la tolerancia a las heladas extendería sustancialmente el área de cultivo hacia el norte. ^{[ 31 ]}

Los árboles frutales requieren un portainjerto de vigor reducido para que puedan mantenerse pequeños. La modificación genética podría permitir la eliminación del portainjerto, al disminuir el vigor del árbol y, por lo tanto, su altura al alcanzar la madurez. Se están realizando investigaciones para determinar qué genes son responsables del vigor en los árboles frutales (como manzanos, perales, etc.). ^{[ 32 ] [ 33 ]}

Los científicos están desarrollando árboles que pueden acumular más biomasa y crecer más rápido. En 2015, una variedad de eucalipto genéticamente modificada , el evento H421, que proporciona mayor volumen de madera y crecimiento acelerado, recibió la aprobación regulatoria en Brasil para su lanzamiento comercial. ^{[ 34 ] [ 35 ]} El evento, desarrollado por FuturaGene , una empresa de biotecnología propiedad de Suzano , una empresa brasileña de pulpa y papel, fue creado en 2000 a través de la técnica de recombinación mediada por Agrobacterium tumefaciens , en la que el gen cel1 , originario de la planta Arabidopsis thaliana , fue insertado en el genoma de un híbrido Eucalyptus grandis × E. urophylla . Este gen codifica la enzima endo-(1,4)-β-glucanasa Cel1, cuya función está relacionada con la remodelación de la pared celular durante el crecimiento. ^{[ 34 ]} Las endoglucanasas actúan rompiendo enlaces en regiones de celulosa no cristalina y en xiloglucanos , componentes estructurales de la pared celular vegetal . Este proceso reduce el entrecruzamiento entre estas fibras, aumentando la flexibilidad de la matriz de la pared celular y facilitando la expansión y elongación celular. ^{[ 36 ] [ 37 ]} En A. thaliana , la enzima Cel1 se expresa en gran medida en tejidos jóvenes de rápido crecimiento y es esencial para la elongación celular. ^{[ 38 ] [ 39 ]} Cuando se transfirió al eucalipto, este mecanismo proporcionó una mayor plasticidad de la pared celular, permitiendo que las células se expandieran más y acumularan más biomasa. ^{[ 34 ]} Stanley Hirsch, director ejecutivo de FuturaGene, ha declarado: "Nuestros árboles crecen más rápido y más gruesos. Estamos por delante de todos. Hemos demostrado que podemos aumentar los rendimientos y las tasas de crecimiento de los árboles más que cualquier cosa cultivada por el mejoramiento tradicional". ^{[ 40 ]}

Investigadores de la Facultad de Ciencias de la Vida de la Universidad de Manchester modificaron dos genes en los álamos, llamados PXY y CLE, responsables de la tasa de división celular en los troncos. Como resultado, los árboles crecen el doble de rápido de lo normal y, además, son más altos, más anchos y tienen más hojas. ^{[ 41 ]}

Se están llevando a cabo investigaciones con fines ecológicos sobre la modificación genética. Existen programas en marcha que buscan fomentar la resistencia a enfermedades en árboles como el castaño americano ^{[ 42 ]} (véase Tizón del castaño ) y el olmo inglés ^{[ 43 ]} (véase Enfermedad del olmo holandés ) con el propósito de su reintroducción en la naturaleza. Enfermedades específicas han reducido las poblaciones de estas especies emblemáticas hasta el punto de que prácticamente se han extinguido en estado silvestre. La modificación genética se está aplicando simultáneamente con las técnicas de mejoramiento tradicionales en un intento por dotar a estas especies de resistencia a las enfermedades. ^{[ 44 ]}

El eucalipto Bt es una variedad transgénica desarrollada para resistir los ataques de insectos, en particular de lepidópteros defoliadores . ^{[ 45 ]} Estas plagas pueden reducir significativamente la productividad, con pérdidas de hasta un 40 % anual, ^{[ 46 ]} además de comprometer la calidad de la madera y la producción de pulpa . ^{[ 47 ]} La empresa FuturaGene insertó en el eucalipto tres genes de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt). Esta bacteria produce proteínas insecticidas llamadas Cry , que se dirigen específicamente a los intestinos de ciertas orugas. En el caso del eucalipto Bt, se introdujeron los genes Cry1Ab , Cry1Bb y Cry2Aa , lo que garantiza una amplia protección contra los defoliadores. ^{[ 45 ]} El evento Bt 1521K059 fue aprobado por CTNBio en 2023. ^{[ 48 ]}

FuturaGene desarrolló y obtuvo la aprobación en Brasil para el uso comercial de eucalipto genéticamente modificado tolerante al herbicida glifosato . ^{[ 49 ]} Estos eventos GM recibieron el gen cp4-epsps , que expresa una versión de la enzima 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSPS), ^{[ 50 ]} asociada con la síntesis de los aminoácidos esenciales fenilalanina , tirosina y triptófano , ^{[ 51 ]} de la cepa CP4 de la bacteria Agrobacterium tumefaciens , que no es inhibida por el glifosato. ^{[ 50 ] [ 52 ] [ 53 ]}

En 2002, la Administración Estatal Forestal de China aprobó el uso comercial de álamos transgénicos. ^{[ 54 ]} Posteriormente, se plantaron 1,4 millones de álamos transgénicos productores de Bt ( insecticida ) en China. Se plantaron tanto por su madera como en el marco del proyecto chino de la «Muralla Verde» , cuyo objetivo es impedir la desertificación . ^{[ 55 ]} Los informes indican que los álamos transgénicos se han extendido más allá del área de plantación original ^{[ 56 ]} y que se está produciendo la contaminación de los álamos nativos con el gen Bt. ^{[ 57 ]} Existe preocupación por estos acontecimientos, en particular porque la capacidad de producir pesticidas puede conferir una ventaja selectiva positiva al álamo, permitiéndole un alto nivel de invasividad . ^{[ 58 ]}

Living Carbon, una empresa estadounidense de biotecnología fundada en 2019, ha desarrollado álamos híbridos genéticamente modificados con el objetivo de mejorar la captura de carbono. Estos árboles han sido modificados para optimizar la eficiencia fotosintética, lo que les permite capturar más dióxido de carbono (CO₂ ₎ y producir mayor biomasa leñosa que los árboles convencionales. La misión de Living Carbon es aprovechar la tecnología para combatir el cambio climático, al tiempo que promueve la biodiversidad y restaura los ecosistemas degradados. ^{[ 59 ] [ 60 ]}

Los árboles genéticamente modificados de Living Carbon se plantaron por primera vez en un bosque de tierras bajas en Georgia, EE. UU., en febrero de 2023. Los primeros ensayos de campo indicaron que estos árboles lograron un aumento del 53 % en la biomasa aérea en comparación con los grupos de control, lo que les permitió absorber un 27 % más de carbono. ^{[ 60 ]} La empresa genera ingresos mediante la venta de créditos de carbono derivados de estos bosques a particulares y empresas que buscan compensar las emisiones de gases de efecto invernadero. ^{[ 61 ]}

Los defensores del enfoque de Living Carbon resaltan su potencial para contribuir a soluciones climáticas globales, especialmente si se implementa a gran escala. Los árboles modificados están destinados a proyectos de forestación y reforestación en tierras degradadas, donde pueden ayudar a la captura de carbono y la restauración de ecosistemas sin desplazar a las especies nativas. Estos proyectos también buscan mejorar la biodiversidad al tiempo que abordan la degradación ambiental. ^{[ 62 ]}

El despliegue de árboles genéticamente modificados ha sido recibido con escepticismo. Los críticos, incluidos algunos expertos forestales y genéticos, cuestionan si los árboles cumplirán con las expectativas de absorción de carbono fuera de entornos controlados de laboratorio. También se han planteado preocupaciones sobre los posibles riesgos ecológicos, como la propagación no intencionada de rasgos genéticamente modificados a poblaciones de árboles silvestres, lo que podría alterar los ecosistemas nativos. ^{[ 63 ] [ 64 ]} Maddie Hall, cofundadora de Living Carbon, ha abordado estas preocupaciones, enfatizando la urgencia de la acción climática y las limitaciones de esperar a que los procesos evolutivos naturales mejoren la resiliencia de los árboles. Sin embargo, los expertos señalan que lograr el éxito en ensayos de laboratorio o invernadero no garantiza resultados similares en entornos naturales complejos. ^{[ 65 ]}

En 2015, una variedad de eucalipto genéticamente modificada , el evento H421, que proporciona mayor volumen de madera, recibió la aprobación regulatoria en Brasil para su comercialización por parte de la Comisión Técnica Nacional de Bioseguridad (CTNBio), convirtiéndose en el primer eucalipto genéticamente modificado aprobado en el mundo. ^{[ 34 ]} Posteriormente, otras variedades de eucalipto transgénico también fueron aprobadas en el país, incorporando características de resistencia a plagas y tolerancia a herbicidas. ^{[ 66 ]}

FuturaGene desarrolló variedades transgénicas que combinan múltiples rasgos de interés. En 2024, CTNBio aprobó el evento H421 × 955P082 × 1521K059, obtenido mediante el cruce convencional de estas variedades respectivas, que combina mayor productividad, tolerancia al herbicida glifosato y resistencia a insectos. ^{[ 67 ]}

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