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Yuca con almidón mejorado


Utilizando las famosas tijeras del gen CRISPR-Cas9, los biotecnólogos de plantas de ETH Zurich han podido mejorar la yuca. La nueva variedad tiene almidón libre de amilosa o ‘ceroso’, que es el preferido por la industria.


por Peter Rüegg, ETH Zurich


La yuca es uno de los cultivos de almidón más importantes del mundo. Las raíces de almacenamiento alimentan a más de 500 millones de personas, y también se utilizan en muchos procesos industriales importantes, por ejemplo, en la producción de papel o como aditivo alimentario. Aunque las plantas de yuca son resistentes y pueden sobrevivir incluso en condiciones de sequía, lleva mucho tiempo criar nuevos rasgos útiles en 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 de Plant Biochemistry y Plant Biotechnology en asociación con Hervé Vanderschuren, ex líder del grupo de la mandioca en ETH y ahora en la Universidad de Lieja, utilizaron las famosas tijeras del gen CRISPR-Cas9 para realizar cambios en el genoma de la planta de cultivo.

Utilizaron la herramienta de edición de genes para cambiar dos genes de yuca para que la planta produzca almidón modificado. El almidón está compuesto de amilosa (aproximadamente 15 por ciento) y amilopectina (85 por ciento). Este nuevo almidón modificado tiene poca o ninguna amilosa, y tiene una gran demanda en el mercado global. Para lograr esto, los investigadores insertaron un bloque de varios genes extraños en las plantas de yuca. Este bloque incluía los genes para la proteína Cas9 y para 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 otra planta, el berro de thale Arabidopsis, para acelerar la floración.

Tijeras de genes «silencio» genes

Los investigadores hicieron que las tijeras del gen Cas9 cortaran 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. Luego, los investigadores los estudiaron para determinar el contenido de amilosa de sus raíces de almacenamiento. Se encontró que algunas de las líneas no producían amilosa en absoluto: el almidón en las raíces de esta yuca modificada contenía solo amilopectina.

Estas raíces de yuca ‘cerosas’ (sin amilosa) se unen a una lista de otras variedades de cultivos de importancia mundial, como el maíz y la papa, que tienen rasgos similares.

El cruce elimina el ADN extraño.

Para eliminar el material genético extraño que habían introducido en la yuca, los científicos de plantas 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 extraño se había insertado en solo uno de los dos cromosomas idénticos en estos individuos. Sobre esa base, uno de cada cuatro descendientes de este cruce estaría libre de ADN extraño.

«Sin flores, no hubiéramos podido realizar la cruz para eliminar el material extraño», dice Bull. Sin embargo, las plantas conservaron la capacidad de producir solo almidón sin amilosa. Bull explica: «Esto significa que en la primera generación de progenie, el rasgo que queríamos permanecía, pero el ADN extraño podía tacharse por completo». La parte difícil fue conseguir que la yuca floreciera y produjera 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 tallo, que son genéticamente idénticos.

Yuca con almidón mejorado
Yuca en el campo. Crédito: H. Vanderschuren / ULiège

El método ahorra años de reproducción

El método que Bull y sus colegas han desarrollado acelera considerablemente el cultivo de yuca. «El rasgo deseado, a saber, que el almidón de yuca debe comprender solo amilopectina y no amilosa, se ha logrado utilizando técnicas de mejoramiento convencionales», dice Bull, «pero tomó miles de plantas y varios años, en lugar de unas pocas plantas producidas en meses. 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 sin amilosa, la eliminación de la amilosa generalmente requiere más procesamiento y métodos que consuman energía para la purificación del almidón. Los consumidores también pueden preferir el almidón ceroso sin amilosa. «Es por eso que esta nueva variedad de yuca debería ser muy atractiva tanto para los consumidores como para la industria», dice Bull.


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