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Edición genética para convertir frutos silvestres en alimentos populares

Con la ayuda de la técnica de edición genética conocida como CRISPR, los investigadores han encontrado una manera de llevar al tomatillo (Physalis pruinosa) desde un estado semi silvestre a uno cuasi domesticado en cuestión de años. Crédito: Sebastian Soyk

Al combinar la genómica y la edición genética, un grupo de investigadores han descubierto cómo domesticar o mejorar rápidamente una planta conocida como alquejenje  o tomatillo (groundcherry en inglés), una especie de cereza silvestre perteneciente al mismo género que la uvilla o aguaymanto y pariente lejano del tomate. Esta técnica podría permitir que muchos “cultivos huérfanos” (semi-domesticados, de poca vida útil y/o bajo rendimiento) se vuelvan populares en el campo y en tu mesa.

¿Frutillas, arándanos, moras, frambuesas y… tomatillos? Una fruta poco conocida del tamaño de una canica podría convertirse en la próxima gran cosecha de la agricultura.

Para preparar  el tomatillo (Physalis pruinosa) para su uso en agricultura convencional, el investigador del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), Zachary Lippman, junto a Joyce Van Eck del Instituto Boyce Thompson (BTI) y sus colegas combinaron la genómica y la edición genética para mejorar rápidamente las características como el tamaño de la fruta, la forma de la planta y la producción de flor.

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Sus resultados muestran que es posible tomar una planta que es prácticamente silvestre y acercarla a su domesticación (o mejoramiento genético) en cuestión de años. El equipo publicó su trabajo (un atajo sobre las técnicas de mejoramiento tradicional) ayer 1 de octubre de 2018 en la revista Nature Plants.

“Creo firmemente que con el enfoque correcto, el tomatillo podría convertirse en una cosecha importante de bayas”, dice Lippman, científico de plantas del laboratorio Cold Spring Harbor. Algunos científicos podrían considerar la idea como un alcance, agrega. “Pero creo que ahora estamos en un lugar donde la tecnología nos permite llegar”.

Nuevos gustos

Para los productores, los nuevos cultivos significan una oportunidad de diversificarse y ofrecer más opciones a los consumidores. La siguiente gran baya ha eludido a los productores de alimentos durante años, dice Lippman. Las bayas silvestres son candidatos atractivos porque son tolerantes a la sequía y tienen un sabor tentador. Tienes que probar la fruta para comprender completamente su complejidad, dice Lippman, quien la describe como tropical pero agria, a veces con toques de vainilla.

Los tomatillos son nativos de América Central y del Sur y pertenecen a un grupo de plantas conocidas como cultivos huérfanos. Se cultivan como cultivos de pequeña escala, regionalmente o para subsistencia. Los cultivos huérfanos rara vez se utilizan en una agricultura convencional debido a limitaciones tales como la poca vida útil o baja productividad.

La mejora de estas plantas para la producción a gran escala a través del fitomejoramiento es una gran inversión de tiempo y dinero, dice Lippman. Puede llevar de una década a miles de años domesticar un cultivo silvestre de la naturaleza. Los investigadores y cultivadores necesitan descubrir la genética de la planta, las adaptaciones y cómo cultivarla.

Es por eso que pocos cultivos huérfanos se tornan en nombres familiares. La quinua, el grano esponjoso y rico en proteínas que ahora es conocido en los supermercados, ha aumentado a través de los campos, pero otros cultivos huérfanos como el maní, el cereal teff y el poroto caupí siguen siendo relativamente desconocidos fuera de sus regiones de origen.

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Es posible que algunos consumidores ya estén familiarizados con el tomatillo o alquejenje, como su pariente, el aguaymanto (o uvilla), frutas naranjas que están cubiertas por finas hojas de papel. De vez en cuando aparecen en los mercados de agricultores de los Estados Unidos donde “se venden como pan caliente”, dice Lippman. (Martha Stewart tiene una receta que sugiere rociarlos con aceite de oliva). Pero los tomatillos no son fáciles de cultivar. Ahora, Lippman cree que las características que él y Van Eck han introducido pueden posicionar a la fruta para su producción a gran escala.

Un enfoque poco convencional

El trabajo de los investigadores establece cómo la edición del genoma puede dar a los cultivos huérfanos como el tomatillo una ventaja agrícola. Los científicos actualmente utilizan las técnicas de edición del genoma para desarrollar características deseables en cultivos convencionales como el maíz, la soya y muchos otros. Pero hasta ahora, nadie había usado la técnica para reforzar rasgos deseables en cultivos huérfanos.

Para lograr llevar el tomatillo a los estantes de las tiendas, Lippman y Van Eck debían abordar algunas de las deficiencias de la planta. Los investigadores querían hacer que su forma de maleza fuera más compacta, sus frutos más grandes y sus flores más prolíficas. Utilizaron un enfoque de tres frentes para abordar el problema: el equipo secuenció una muestra del genoma del tomatillo, descubrió cómo usar la herramienta de edición de genoma CRISPR en la planta e identificó los genes subyacentes a las características indeseables del tomatillo.

Tras descifrar el genoma del tomatillo y buscar los genes que dan a los tomates domésticos algunas de sus características, el equipo cortó un gen llamado SELF-PRUNING 5G con la técnica CRISPR/Cas9 generando una mutación que provocó que las plantas dejaran de producir brotes y hojas y, en cambio, produjeran más flores y frutos. Las plantas alteradas rindieron un 50% más de fruta en cada brote que los tomatillos silvestres. Cortar un segundo gen, CLV1, hizo que la fruta creciera un 24% más pesada.

Los mejoradores podrían hacer mutaciones en los mismos genes irradiando semillas o tratándolos con productos químicos para inducir mutaciones, pero llevaría décadas, dice Lippman. La edición de genes aceleró el proceso, comprimiendo el tiempo a solo un par de años. Las bayas aún no están completamente domesticadas, todavía dejan caer la fruta al suelo, pero los investigadores planean hacer otras modificaciones.

Al cortar un gen e inducir una mutación causó que los tomatillos produjeran una sección extra de semillas en la fruta (visible como líneas de color verde oscuro en las bayas). Las bayas editadas por CRISPR (a la derecha) eran más grandes y más pesadas con tres secciones, en lugar de dos en la fruta silvestre no modificada (izquierda).

Ese trabajo genético se basó en estudios previos que Lippman y otros ya hechos en tomates. Saber qué genes controlan ciertas características del tomate permite a los investigadores encontrar y manipular esos mismos genes en el tomatillo remotamente relacionado.

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Posteriormente, Lippman quiere perfeccionar rasgos del tomatillo adicionales a los ya han comenzado a mejorar y manipular, cómo el color de la fruta y su sabor. Señala que aún será necesario cierto mejoramiento genético tradicional para perfeccionar al tomatillo como un cultivo principal. Y no puede decir exactamente cuándo llegará la fruta al mercado. Liberar una nueva variedad primero requerirá navegar en los derechos de propiedad intelectual de CRISPR.

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Lippman espera que el trabajo de su equipo inspire a los investigadores a examinar otros cultivos huérfanos con parientes bien estudiados y considere cómo esos cultivos también tienen potencial para una rápida domesticación y mejoramiento.

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