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Desarrollan yuca saludable libre de cianuro mediante edición genética con CRISPR

Científicos del Innovative Genomics Institute (IGI) están utilizando CRISPR para el desarrollo de variedades de yuca libre de cianuro, al eliminar un precursor de este compuesto tóxico que esta presente de forma natural en la yuca. El cinauro, aparte de producir daño cognitivo y fallo masivo de órganos, genera un gran gasto de energía y tiempo en las mujeres que procesan y lo extraen del cultivo, y generan aguas residuales contaminadas.

Innovative Genomics Institute / 14 de julio de 2020.- Michael Gómez creció comiendo yuca con su familia colombiana. Ahora está editando sus genes. “Sabía que era una” yuca “cuando crecía. Fue una gran parte de nuestra dieta. Cuando tuve la oportunidad de trabajar en un cultivo que consumiría regularmente con la familia, pensé que era una oportunidad increíble”, dice Gómez, un postdoctorado en el Laboratorio Staskawicz en el Innovative Genomics Institute (IGI).

La yuca tiene muchos nombres: yuca, mandioca, muhogo, tapioca. El almidón de las raíces tuberosas de la yuca hace las perlas masticables en el té de boba, las gotas en el pudín de tapioca, y se encuentra en una amplia variedad de productos sin gluten. A nivel mundial, es uno de los cultivos de raíces más importantes.

Aproximadamente mil millones de personas en todo el mundo dependen de la yuca como fuente de calorías, incluido alrededor del 40% de los africanos. La yuca no es realmente un alimento básico en los Estados Unidos, pero en muchas partes del mundo, particularmente en los trópicos, es un cultivo increíblemente importante”, dice Jessica Lyons, investigadora principal de este proyecto de edición del genoma de la yuca en IGI.

La yuca es importante, pero también viene con un problema incorporado que inspiró al equipo de IGI a trabajar en ella: el cianuro. Las raíces de yuca producen naturalmente el precursor del cianuro. Con el tiempo, consumir cianuro puede tener efectos que van desde problemas cognitivos sutiles hasta konzo, una enfermedad grave caracterizada por una parálisis repentina e irreversible de las piernas.

El procesamiento adecuado puede eliminar el cianuro de la yuca, pero muchas personas comen yuca insuficientemente procesada. Este es un problema particularmente en partes del África subsahariana que han experimentado sequías, hambrunas e inestabilidad. Los efectos de la toxicidad son peores en lugares donde las personas no tienen fácil acceso a las proteínas en sus dietas, lo que ayuda a desintoxicar el cianuro y mitiga sus efectos.

Más allá de los impactos en la salud, el procesamiento necesario para eliminar el cianuro de la yuca es una carga que recae principalmente en las mujeres. El procesamiento industrial consume mucha energía y produce aguas residuales con cianuro.

“Si podemos evitar la producción de cianuro al inicio, podría hacer que el procesamiento sea mucho más rápido y fácil para las familias y principalmente para las mujeres que hacen el trabajo”, dice Lyons.

Edición del genoma en la yuca

Para hacer realidad una yuca libre de cianuro, Lyons, Gomez y el equipo de investigadores del IGI están utilizando la edición genómica con CRISPR para bloquear la producción de cianuro.

“Primero aplicamos CRISPR para diseñar la resistencia a una enfermedad problemática en África Oriental y Central llamada enfermedad de la raya parda de la yuca, en colaboración con el Centro de Ciencia de Plantas Danforth en St. Louis, Missouri”, dice Gómez. “Utilizamos CRISPR para apuntar a dos genes específicos y mostramos una reducción en la gravedad y la incidencia de los síntomas”.

Pasar al cianuro fue el siguiente paso lógico para el equipo y los colaboradores de IGI en el Centro Danforth. La ruta biosintética del cianuro en la yuca ya se conocía bien, lo que proporcionó una hoja de ruta para la edición del genoma. Además, otros investigadores demostraron que era posible interferir con esta vía utilizando una técnica conocida como interferencia de ARN (RNAi) y reducir de manera considerable los niveles de cianuro.

La edición del genoma es más limpia que el ARNi. Proporciona una eliminación completa y hace un cambio en el genoma que es estable y heredable“, dice Lyons.

El proceso de utilizar la edición genómica con CRISPR para diseñar plantas de yuca que ya no producen cianuro. Figura modificada de Gómez y Lin et al. 2018 y Advanced Analytical.

Las técnicas de mejoramiento convencional podrían, en teoría, eliminar el cianuro, aunque todavía tiene que suceder en más de 7000 años de domesticación. Un desafío para mejorar características no deseadas de la yuca es que generalmente se cultiva a partir de esquejes de tallo, produciendo clones de la planta madre. El enfoque convencional implica el cruce de plantas con características deseables (y no deseables) y el crecimiento de la descendencia de la semilla.

“El mejoramiento de la yuca lleva mucho tiempo, y las plantas no siempre florecen al mismo tiempo. Cuando haces un cruce, es como tirar todos los rasgos, tanto buenos como malos, al aire y no puedes controlar lo que obtienes en la descendencia. CRISPR es mucho, mucho más rápido que el mejoramiento convencional, y es preciso”, dice Lyons.

¿Qué sigue para la yuca?

Cuando el equipo de IGI discute su trabajo con la yuca, a menudo se les hace una pregunta clave: ¿sirve el cianuro en la yuca para algún propósito?

“Puede desempeñar un papel en la lucha contra herbívoros, disuadiendo a algunos insectos y animales. Sin embargo, muchas plagas han evolucionado para tolerar esta toxina y algunas incluso se han sentido atraídas por ella. ¿Qué tan importante es para la resistencia a las plagas? Al eliminar esa ruta, ahora tenemos una manera de estudiar científicamente el papel que juega el cianuro”, dice Gómez.

Todavía pasará algún tiempo antes de que una variedad de yuca sin cianuro esté disponible para los agricultores. Primero, se necesitarán estudios de campo con organizaciones asociadas en África, y la investigación no se detiene en una sola variedad.

“Los agricultores en diferentes partes del mundo pueden optar por cultivar una variedad sobre otra debido al sabor, la madurez temprana, los altos rendimientos y más. Nos gustaría preservar esa diversidad “, dice Lyons. “Lo maravilloso de la edición del genoma es que podemos desarrollar el método y luego aplicarlo a otras variedades. Estamos creando la plataforma y luego podemos expandirnos a otras variedades que los agricultores prefieran “.

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