Como la modificación genética puede salvar de la extinción al plátano, chocolate, café y otros alimentos

Dentro de los beneficios de los cultivos transgénicos se ha mencionado los socioeconómicos, humanitarios y ambientales, sin embargo, dentro de estos últimos se suele mencionar muy poco su potencial para salvar a variedades de plantas o árboles, tanto nativas como de uso agrícola, que corren peligro de desaparecer – o en el caso productivo, convertirse en un producto casi inaccesible por su pronta escasez ante los efectos del cambio climático o nuevas cepas de patógenos.

Un caso de éxito: La papaya de Hawaii

Para entender la importancia que puede jugar la ingeniería genética en la conservación de plantas agrícolas amenazadas, se debe mencionar la papaya de Hawaii. Durante la década de 1990’s esta fruta enfrentó un grave brote del virus de la mancha anillada (PRSV – Papaya Ringspot Virus) que redujo los rendimientos a menos de la mitad e hizo la producción prácticamente imposible [1].

Antes esta crítica situación, sumado a la inexistencia de métodos de control químicos, científicos de la Universidad de Hawaii y la Universidad de Cornell desarrollaron dos variedades de papaya genéticamente modificada resistentes al virus PRSV (“SundUp” y “Rainbow”). Ambas fueron desarrolladas mediante ARN de interferencia utilizando una proteína de la cápsula del virus – en otras palabras, se “vacunó” a la papaya contra el patógeno y no era necesario usar pesticidas u otros métodos de control. Las variedades transgénicas mostraron una resistencia completa [2].

Ensayo de campo con papaya transgénica (al medio) y papaya convencional (bordes). Imagen: GMO Pundit.

Ambas variedades de papaya transgénica fueron autorizadas comercialmente y se cultivan desde 1998 en la isla, salvando a la industria local de la papaya; de hecho, actualmente más del 90% de la papaya de Hawaii es transgénica. También se cultivan comercialmente variedades de papaya transgénica resistentes al mismo virus en China desde el año 2006.

Aprovecha los últimos plátanos amarillos

Probablemente en muchas ocasiones has consumido el popular plátano de color amarillo, variedad conocida como Cavendish. Sin embargo, esta variedad recién se comenzó a comercializar en los años 1950’s, para reemplazar a la previamente popular variedad “Gros Michel” que hacia mediados del siglo XX sucumbió ante la “Enfermedad de Panamá” causada por el hongo Fusarium oxysporum.

La variedad Cavendish fue su remplazo debido a que presentaba resistencia al mencionado patógeno, sin embargo, una nueva cepa del mismo patógeno (Foc-TR4) está destruyendo el plátano Cavendish en Asia y recientemente en Australia y África. Es sólo una cuestión de tiempo antes de que alguien transporte inadvertidamente este patógeno hacia el continente americano, y en ese caso, el plátano más comercializado se verá comprometido seriamente otra vez [3].

El plátano presenta muchos obstáculos para someterlo a programas de mejoramiento convencional (alta esterilidad y los niveles de números cromosómicos en los cultivares comerciales), por lo cual el enfoque con ingeniería genética tiene un mayor potencial.

Científicos de la Universidad de Tecnología de Queensland, Australia, desarrollaron cultivares transgénicos de plátano Cavendish (utilizando 8 genes provenientes de otras variedades de plátano y un gen derivado del nematodo Caenorhabditis elegans) y este año inician los ensayos de campo autorizados por el gobierno australiano para estudiar la resistencia al hongo.

Izquierda: Planta de plátano que muestra síntomas típicos de marchitez por Fusarium, amarillamiento, necrosis y colapso de las hojas. Derecha: Sección transversal del pseudotallo que muestra grave decoloración vascular. Imagen: PaDIL

Otros patógenos que están afectando en general a diversas variedades de plátano son los hongos de la Sigatoka amarilla (Pseudocercospora musae), mancha foliar emumasae (Pseudocercospora eumusae) y la Sigatoka negra (Pseudocercospora figiensis) [4][5].

La ingeniería genética también puede entregar soluciones a estos patógenos. Por ejemplo, científicos de la Escuela Superior Politécnica del Litoral en Ecuador, desarrollaron cultivares de plátano cisgénico (usaron genes de otras variedades de plátano) resistentes al hongo de la sigatoka negra, que puede afectar entre el 80% y 100% de las plantaciones.

Olvídate del café y el chocolate

Sin duda que ambos alimentos son muy apetecidos en nuestra sociedad, pero quizás debas acostumbrarte a dejarlo, o consumirlo con mucha menos frecuencia. ¿Por qué?, resulta que los cambios climáticos y nuevos patógenos generarán una fuerte escases de ambos productos durante este siglo si no hacemos algo.

Para el cacao (utilizado para la elaboración de chocolate), casi totalidad de los terrenos que hoy están dedicados a su cultivo no serán aptos para ello hacia 2050 y la decadencia empezará ya en 2030, cuando la temperatura media global debería aumentar un grado – Ghana y Costa de Marfil, países que producen la mitad del cacao mundial, no tendrán más terrenos aptos para cultivar esta planta [6]. Para el caso del cacao americano, dos enfermedades están comprometiendo su producción y pueden significar una amenaza global del cultivo [7].

En el caso del café, la especie arábiga (que representa el 70% de la producción mundial del cultivo) podría desaparecer hacia fines de siglo por la reducción severa de sus zonas aptas para producción por acción del cambio climático [8].

Otra amenaza del café es el patógeno de la roya, que se identificó en 1985, pero solo recientemente el clima lo ha convertido en un problema importante en Centroamérica y Sudamérica. El mejoramiento tradicional permitiría cruzar la especie “Arábica” (comercialmente deseable) con la especie “Robusta” que es más resistente, pero eso requiere la duplicación cromosómica de Robusta y un largo periodo de fitomejoramiento.

Efectos de la roya en los granos de café. Imagen: Reuters

El desarrollo de variedades modificadas con ingeniería genética podría ofrecer café y cacao resistente a plagas, enfermedades y al estrés ambiental que traerá el cambio climático, pero todo dependerá de la aceptación de los consumidores.

Naranjas de Florida

Las naranjas de Florida, famosas por su delicioso jugo, podrían pasar a la historia pronto debido a una bacteria que desde 2005 está diezmando los cultivos de cítricos en el Estado de Florida, Estados Unidos.

La bacteria en cuestión es la Candidatus liberibacter asiaticus transmitida en los cultivos por un insecto, el psílido asiático de los cítricos, y causante del enverdecimiento o Huanglongbing (HLB). Una vez que un árbol está infectado, no existe ningún control efectivo ni cura para la enfermedad, la cual reduce la cantidad y calidad de frutas cítricas y, finalmente, deja inútiles los árboles infectados. Un árbol infectado produce una fruta que no es apta para su venta como fruta fresca o para jugo.

Naranja normal y naranja afectada por el enverdecimiento.

Debido a que no hay variedades de cítricos resistentes a HBL, el enfoque de mejoramiento con ingeniería genética es imprescindible. Científicos de la Universidad de Texas reportaron que la incorporación de dos genes de la espinaca en árboles de cítricos mejoró la resistencia a la enfermedad en ensayos en invernadero [9]; posteriormente la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) otorgó su aprobación de seguridad a esta variedad transgénica en 2015 [10]. Por otro lado, la Universidad de Florida desarrolló árboles de cítricos genéticamente modificados resistentes, no sólo al enverdecimiento, sino también a otras enfermedades como el cancro y la mancha negra [11].

Reviviendo al imponente castaño americano

A fines del siglo XIX, los castaños representaban un tercio de los árboles de madera dura en los bosques del este de Estados Unidos, y eran valorados por su madera y por la gran cantidad de frutos secos altos en contenido graso y ricos en proteínas para uso alimentario. Sin embargo, el hongo del tizón que llegó en castaños japoneses importados provocó una plaga que prácticamente acabó con la especie en 1920, eliminando más de cuatro mil millones de árboles.

Para tratar de revivir los bosques de este popular árbol nativo de Estados Unidos, hay esfuerzos con mejoramiento convencional, mediante cruce con castaños chinos resistentes al hongo, sin embargo, se requiere más de 6 generaciones (cada una con un largo periodo de maduración) e inevitablemente el árbol final no será 100% castaño americano en producción de madera y calidad del fruto.

Para evitar estos obstáculos, investigadores de la Universidad Estatal de Nueva York desarrollaron una variedad transgénica del castaño americano inmune a los efectos del hongo, el cual mata a los árboles mediante la producción de ácido oxálico impidiendo que el sistema circulatorio de transporte de agua y nutrientes entre a las raíces y las hojas

Se utilizó lo que se conoce como el gen OxO de trigo y se implantó en el castaño. El gen OxO hace que las células puedan producir una enzima llamada oxalato oxidasa, que metaboliza el ácido y reduce el daño. Los árboles transgénicos producidos por este método tienen una resistencia al tizón igual o superior a la de los castaños chinos [12].

Video en vivo con infección del tizón usando plántulas de castaño americano convencional (Ellis 1), castaño chino (Qing), y castaño americano transgénico (Darling 215 y 311).

Actualmente, un centenar de árboles transgénicos han sido plantados en un “huerto semillero” de una hectárea en el Estado de Nueva York, donde se monitorean mientras crecen lo suficiente como para producir polen. Cuando eso suceda, el polen se utilizará para fertilizar las flores de “árboles madre” silvestres a fin ayudar a rescatar la diversidad genética sobreviviente. Para esto será necesario la aprobación de las autoridades reguladoras de Estados Unidos.

Aceptación del público

Los enfoques modernos de mejoramiento con ingeniería genética pueden ser herramientas muy útiles para proteger la conservación de cultivos agrícolas, así como plantas y árboles nativos. Esta puede aportar algún gen útil sin interrumpir la base genética original, y muchas veces puede mover genes desde una variedad silvestre (o menos deseable productivamente) de la misma especie, hacia una variedad de interés comercial o de conservación. Y en otras ocasiones puede significar mover uno o varios genes desde otra planta u organismo cuando no hay opciones de la misma especie disponible.

Aparte de los marcos regulatorios según cada país, todo dependerá si los consumidores aceptarán esta técnica segura a fin de salvaguardar la continuidad de alimentos importantes, y permitir a los agricultores tener nuevas herramientas para una agricultura más productiva y sustentable.

Fuentes:

1.- Tripathi, S.; Suzuki, J. N. Y.; Ferreira, S. A.; Gonsalves, D. (2008). “Papaya ringspot virus-P: Characteristics, pathogenicity, sequence variability and control”. Molecular Plant Pathology, 9 (3): 269–280.

2.- Ferreira, S. A.; Pitz, K. Y.; Manshardt, R.; Zee, F.; Fitch, M.; Gonsalves, D. (2002). “Virus Coat Protein Transgenic Papaya Provides Practical Control of Papaya ringspot virus in Hawaii”. Plant Disease, 86 (2): 101.

3.- University of Florida, 2015. UF/IFAS Researcher: Americas May be Hit by Catastrophic Banana Disease. URL: http://news.ifas.ufl.edu/2015/06/ufifas-researcher-americas-may-be-hit-by-catastrophic-banana-disease/

4.- Kema et al. (2016). Combating a Global Threat to a Clonal Crop: Banana Black Sigatoka Pathogen Pseudocercospora fijiensis (Synonym Mycosphaerella fijiensis) Genomes Reveal Clues for Disease Control. PLOS Genetics, 12 (8): e1005876

5.- Ti-Cheng Chang, Anthony Salvucci, Pedro W. Crous, Ioannis Stergiopoulos. Comparative Genomics of the Sigatoka Disease Complex on Banana Suggests a Link between Parallel Evolutionary Changes in Pseudocercospora fijiensis and Pseudocercospora eumusae and Increased Virulence on the Banana Host. PLOS Genetics, 2016; 12 (8): e1005904

6.- CIAT, 2011. Predicting the Impact of Climate Change on the Cocoa Growing Regions in Ghana and Cote d’Ivoire. URL: http://www.eenews.net/assets/2011/10/03/document_cw_01.pdf

7.- Phillips-Mora W, Wilkinson MJ, 2007. Frosty pod of cacao: a disease with a limited geographic range but unlimited potential for damage. Phytopathology, 97, 1644–7.

8.- Davis AP, Gole TW, Baena S, Moat J (2012) The Impact of Climate Change on Indigenous Arabica Coffee (Coffea arabica): Predicting Future Trends and Identifying Priorities. PLoS ONE 7(11): e47981.

9.- Agrilife Today, Texas A&M, 2012. Spinach genes may stop deadly citrus disease. URL: http://today.agrilife.org/2012/03/26/transgenic-citrus-trees/

10.- GeneticsExperts, 2015. EPA green lights spinach genes for genetically engineered orange trees. URL: http://geneticexperts.org/epa-exemption-for-transgenic-orange-trees-with-spinach-genes-to-combat-citrus-greening/

11.- UF News, 2015. UF creates trees with enhanced resistance to greening. URL: http://news.ufl.edu/articles/2015/11/uf-creates-trees-with-enhanced-resistance-to-greening.php

12.- Powell, et al. (2013). A threshold level of oxalate oxidase transgene expression reduces Cryphonectria parasitica-induced necrosis in a transgenic American chestnut (Castanea dentata) leaf bioassay. Transgenic Research. 22: 973–982.