Desarrollan yuca biotecnológica “cerosa” para usos industriales

Utilizando las famosas tijeras de edición genética conocidas como CRISPR-Cas9, un grupo de biotecnólogos de plantas de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH Zurich) han podido mejorar el cultivo de la yuca. La nueva variedad editada genéticamente tiene almidón libre de amilosa (o conocido como almidón “ceroso”) que es preferido por la industria y consumidores.

La yuca es uno de los cultivos de almidón mas importantes del mundo. Las raíces de almacenamiento alimentan a más de 500 millones de personas y también se usan en muchos procesos industriales importantes, por ejemplo en la producción de papel o como aditivo alimentario. A pesar de que las plantas de yuca son resistentes y pueden sobrevivir incluso en condiciones de sequía, se requiere mucho tiempo para cruzar y mejorar características útiles y nuevas con las diferentes variedades preferidas por los agricultores. Es por eso que el científico de ETH Simon Bull y su equipo de investigadores optaron por adoptar un nuevo enfoque para introducir nuevos rasgos en la yuca. Los equipos de investigación del Plant Biochemistry and Plant Biotechnology en asociación con Hervé Vanderschuren, un ex líder del grupo de yuca en el ETH y ahora en la Universidad de Lieja, utilizaron las famosas tijeras de edición genética con CRISPR-Cas9 para realizar cambios en el genoma de la planta. Su estudio acaba de ser publicado en la revista Science Advances.

Utilizaron la herramienta de edición genética para cambiar dos genes de la yuca, de modo que la planta produzca almidón modificado. El almidón está compuesto de amilosa (aproximadamente 15%) y amilopectina (85%). Este nuevo almidón modificado tiene poco o nada de amilosa, y tiene una gran demanda en el mercado global. Para lograr esto, los investigadores insertaron un bloque de varios genes externos en las plantas de yuca. Este bloque incluía los genes de la proteína Cas9 y de la molécula de ARN guía que el sistema CRISPR-Cas9 necesita para cortar el material genético en el punto deseado. También contenía un gen de la planta Arabidopsis para acelerar la floración.

 

La “tijera de genes” silencia genes

Los investigadores hicieron que el sistema Cas9 insertado cortara los genes GBSS y PTST de la planta de yuca en la etapa embriogénica, cambiando así la secuencia del código genético de la planta. Ambos genes están involucrados en la producción de amilosa. Si son defectuosos, la planta de yuca ya no puede producirla.

Bull y su equipo de investigación cultivaron varias líneas de plantas particularmente prometedoras en un invernadero. Los investigadores luego las estudiaron para determinar el contenido de amilosa de sus raíces de almacenamiento. Se encontró que algunas de las líneas no produjeron amilosa en absoluto: el almidón en las raíces de esta yuca modificada contenía solo amilopectina.

Estas raíces de yuca “cerosa” (libre de amilosa) se unen a una lista de otras variedades de cultivos de importancia mundial, como el maíz y la papa, que tienen características similares.

 

El cruce elimina ADN externo

Para eliminar el material genético externo que habían introducido en la yuca, los científicos de la planta cruzaron dos plantas individuales de una línea de yuca transgénica libre de amilosa. La yuca lleva dos copias de cada uno de sus cromosomas; el ADN externo se había insertado en solo uno de dos cromosomas idénticos en estos individuos. Sobre esa base, uno de cada cuatro de la progenie de este cruce estaría libre de ADN extraño.

“Sin flores, no hubiéramos podido realizar el cruce para eliminar el material extraño”, dice Bull. Sin embargo, las plantas conservaron la capacidad de producir solo almidón exento de amilosa. Bull explica: “Esto significa que en la primera generación de progenie, el rasgo que queríamos permanecía pero el ADN extraño podía sacarse por cruce”. La parte más complicada fue hacer florecer la yuca y producir semillas. Esta planta rara vez florece en la naturaleza, y casi nunca en un ambiente de invernadero. La yuca generalmente se propaga no a través de la reproducción sexual, sino a través de esquejes de tallos, que son genéticamente idénticos.

 

Un método que ahorra años de fitomejoramiento

El método que Bull y sus colegas han desarrollado acelera considerablemente el cultivo de yuca. “La característica deseada,  que el almidón de yuca solo debe comprender amilopectina y sin amilosa, se ha logrado utilizando técnicas de mejoramiento convencional”, dice Bull, “pero tomó miles de plantas y varios años, en lugar de unas pocas plantas producidas en meses como nuestra solución.”

En muchos países del Sur Global, y en particular en los países africanos, la yuca es una fuente importante de carbohidratos. Las raíces de la planta almacenan grandes cantidades de almidón que sirve como fuente vital de calorías. Las raíces también se procesan para los mercados locales que proporcionan ingresos a los pequeños agricultores.

La industria está particularmente interesada en el almidón de yuca libre de amilosa, la eliminación de amilosa generalmente requiere más métodos de procesamiento y consumo de energía para la purificación del almidón. Los consumidores también pueden preferir el almidón ceroso sin amilosa. “Es por eso que esta nueva variedad de mandioca debe ser muy atractiva tanto para los consumidores como para la industria”, dice Bull.