Los investigadores de IGI están utilizando CRISPR para alterar el cultivo básico de la yuca, haciéndolo más seguro y más fácil de comer.
Michael Gomez creció comiendo mandioca con su familia colombiana. Ahora está editando su los genes.
“Lo conocía como 'yuca' mientras 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 Gomez, un postdoctorado en el Staskawicz Lab en IGI.
La yuca tiene muchos nombres: yuca, mandioca, muhogo, tapioca. El almidón de las raíces tuberosas de la yuca produce 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 por ciento de los africanos. La yuca no es realmente un alimento básico en los EE. UU., 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 mandioca en IGI.
La yuca es importante, pero también viene con un problema incorporado que inspiró al equipo de IGI a trabajar en él: el cianuro. Las raíces de yuca producen naturalmente el precursor del cianuro. Con el tiempo, el consumo de 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.
Un procesamiento adecuado puede eliminar el cianuro de la yuca, pero muchas personas consumen 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 proteína 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 sobre las mujeres. El procesamiento industrial consume mucha energía y produce aguas residuales con cianuro.
“Si podemos prevenir la producción de cianuro desde un principio, podría hacer que el procesamiento sea mucho más rápido y más fácil para las familias y principalmente las mujeres que hacen el trabajo”, dice Lyons.
Edición del genoma en mandioca
Para hacer realidad la yuca sin cianuro, Lyons, Gomez y el equipo de investigadores del IGI están utilizando CRISPR edición del genoma basado en 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 veta marrón de la yuca, en colaboración con el Danforth Plant Science Center en St. Louis, Missouri”, dice Gómez. "Usamos CRISPR para apuntar a dos genes específicos y mostramos una reducción en la gravedad y la incidencia de los síntomas".
"Cuando haces una cruz, es como lanzar todos los rasgos, tanto buenos como malos, al aire y no puedes controlar lo que obtienes ... CRISPR es mucho, mucho más rápido que el mejoramiento convencional, y es preciso".
Pasar al cianuro fue el siguiente paso lógico para el equipo de IGI y los colaboradores en el Danforth Center. La vía biosintética del cianuro en la yuca ya se conocía bien, lo que proporcionó una hoja de ruta para genoma, edición. Además, otros investigadores demostraron que era posible interferir con esta vía utilizando una técnica conocida como moléculas de ARN interferencia (RNAi) y reducir de forma apreciable los niveles de cianuro.
“La edición del genoma es más limpia que la RNAi. Proporciona un derribo completo y hace un cambio en el genoma que es estable y heredable ”, dice Lyons.
Las técnicas de reproducción convencionales podrían, en teoría, eliminar el cianuro, aunque aún no ha sucedido en más de 7000 años de domesticación. Un desafío para la obtención de rasgos no deseados a partir de la yuca es que generalmente se cultiva a partir de esquejes de tallo, lo que produce clones de la planta madre. El enfoque convencional implica el cruzamiento de plantas con características deseables y el crecimiento de la descendencia a partir de semillas.
“El mejoramiento de la yuca lleva mucho tiempo y las plantas no siempre florecen al mismo tiempo. Cuando haces una cruz, es como lanzar todos los rasgos, tanto buenos como malos, al aire y no puedes controlar lo que obtienes en la descendencia. CRISPR es mucho más rápido que el mejoramiento convencional y es preciso ”, dice Lyons.
¿Qué sigue para la mandioca?
Cuando el equipo de IGI discute su trabajo con la yuca, a menudo se les hace una pregunta clave: ¿El cianuro en la yuca tiene un propósito?
“Puede desempeñar un papel en la lucha contra la herbivoría, disuadiendo a algunos insectos y animales. Sin embargo, muchas plagas han evolucionado para tolerar esta toxina y algunas incluso se sienten atraídas por ella. ¿Qué importancia tiene para la resistencia a las plagas? Al eliminar la vía, ahora tenemos una manera de estudiar científicamente el papel que juega el cianuro ”, dice Gómez.
Todavía pasará algún tiempo antes de que los agricultores dispongan de una variedad de yuca sin cianuro. Primero, se necesitarán estudios de campo con organizaciones asociadas en África, y la investigación no se detiene en una sola variedad.
“Los agricultores de 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 hermoso 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 prefieran los agricultores ".
Gracias a CropLife Internacional y Asociación Estadounidense de Comercio de Semillas por perfilar esta investigación en el video de arriba.
