Investigadores de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (ESALQ-USP) y de la Universidad Federal de Viçosa (UFV), en Brasil, demostraron por primera vez que la bixina o polvo de achiote, un pigmento carotenoide extraído de las semillas del árbol de achiote o annatto (Bixa orellana), no se produce sólo en las semillas sino también en otros órganos, y que el proceso se intensifica en la fase adulta de la planta.
por Julia Moióli, FAPESP
El estudio, publicado en el Journal of Experimental Botany , también describe modificaciones genéticas en las especies que pueden optimizar la producción del pigmento, que se utiliza ampliamente en las industrias de alimentos y bebidas como colorante natural, y en protectores solares, así como otros medicamentos y cosméticos.
La demanda de este pigmento ha aumentado en los últimos años, ya que cada vez más consumidores buscan productos con ingredientes naturales. Según datos publicados en la Revista Brasileira de Gestão e Desenvolvimento Regional, Brasil es el mayor productor mundial de este pigmento, con el estado de São Paulo a la cabeza.
«Cuanto más conozcamos las características anatómicas y fisiológicas de las especies nativas de Brasil, especialmente aquellas de importancia económica, como el achiote, y mejor comprendamos las vías genéticas implicadas en su desarrollo y las sustancias que producen, más eficientemente podremos gestionarlas, lo cual es esencial en la era del cambio climático», declaró a Agência FAPESP Fábio Tebaldi Silveira Nogueira, último autor del artículo. Es investigador del Laboratorio de Genética Molecular de Desarrollo Vegetal de la ESALQ-USP.
En el estudio, investigadores del grupo de Nogueira y del Laboratorio de Cultivo de Tejidos Vegetales de la UFV, liderado por Wagner Campos Otoni, analizaron la producción de pigmentos durante el desarrollo de la planta, con foco en la transición de fase juvenil a adulta, también conocida como cambio de fase vegetativa.
Esto es importante porque el polvo de achiote utilizado en la industria de alimentos y bebidas se extrae de las semillas del árbol y, por lo tanto, siempre se ha asumido que los rendimientos son mayores durante la fase adulta.
«Realizamos pruebas en el laboratorio para evaluar plantas en diferentes etapas de desarrollo y descubrimos que la producción de polvo de achiote aumenta en el cambio de fase y también en las hojas», dijo Nogueira.
Análisis genético
Los investigadores se propusieron entonces investigar las vías genéticas y fisiológicas que intervienen en los cambios en la producción del pigmento durante el desarrollo de las hojas, centrándose en la vía regulada por el microARN 156, conocido por ser responsable del cambio de fase de juvenil a adulto en varias otras plantas.
Los investigadores descubrieron que una disminución en la producción de microARN 156 al final de la fase juvenil coincidía con un aumento en la producción del pigmento. El siguiente paso para validar esta información en el árbol de achiote consistió en modificar genéticamente las plantas para sobreexpresar el microARN 156. El análisis anatómico, proteómico y estadístico confirmó el hallazgo: a mayor producción de microARN 156, más características juveniles se observaron en las plantas, que tardaron más en pasar a la fase adulta.
«Las hojas que permanecen más tiempo en estado juvenil tienen una forma diferente, con menos canales para liberar el pigmento», explicó Nogueira.
En cuanto a los aspectos moleculares, observamos que varias enzimas implicadas en la producción de pigmentos se suprimieron en la fase juvenil. Sin embargo, nos llamó especialmente la atención la mayor presencia de ácido abscísico [ABA], una hormona relacionada con el estrés: dado que el ABA y el polvo de achiote comparten vías metabólicas similares, es como si la planta transfiriera parte del carbono que utilizaría para producir polvo de achiote a esta otra línea de producción.
«Si es así, el proceso puede explicarse como debido a la protección natural que brinda la hormona contra el estrés abiótico, como la sequía y las temperaturas extremas».
Los investigadores también descubrieron que las plantas modificadas genéticamente producían no solo menos polvo de achiote durante la fase juvenil, sino también menos cantidad de otros metabolitos, como los terpenos, que desempeñan un papel fundamental en la polinización y tienen numerosos usos medicinales. Este hallazgo indica el momento óptimo para la extracción.
En el estudio también participaron investigadores de la Escuela Superior de Ingeniería de Lorena (EEL-USP), de la Universidad Estadual del Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF), de la Universidad Federal de Paraíba (UFPA) y de la Universidad Estadual de Santa Cruz (UESC).
Más información: Kleiton Lima de Godoy Machado et al., Dinámica de la biosíntesis del pigmento de achiote (bixina) dependiente de la edad de la planta en Bixa orellana, Journal of Experimental Botany (2023). DOI: 10.1093/jxb/erad458
