Yuca (Manihot esculenta Crantz), también conocida como yuca, mandioca y tapioca, es un alimento básico para más de 800 millones de personas en todo el mundo. Este cultivo de raíces con almidón es una fuente importante de calorías para aproximadamente el 40% de los africanos y un cultivo excelente para la seguridad alimentaria debido a su tolerancia a la sequía y los suelos marginales. Sin embargo, un desafío importante es la presencia de glucósidos cianogénicos tóxicos en la yuca, que deben eliminarse mediante un procesamiento posterior a la cosecha que requiere mucho tiempo. El consumo excesivo del cianuro liberado, en combinación con dietas pobres en proteínas, puede tener una serie de efectos que van desde problemas cognitivos sutiles hasta konzo, una enfermedad caracterizada por una parálisis repentina e irreversible de las piernas. Esta grave enfermedad de la pobreza ha afectado a cientos de miles de personas.

Estamos trabajando para reducir los niveles de glucósidos cianogénicos tóxicos en la yuca utilizando CRISPR-Cas9 edición. Estamos aplicando Agrobacteriumentrega mediada, que ya ha sido demostrada en cultivares específicos de yuca. Paralelamente, estamos desarrollando y aplicando métodos de entrega CRISPR-Cas9 sin transgén, lo que evitaría obstáculos regulatorios prolongados. Es importante destacar que los pequeños agricultores cultivan varios cultivares de yuca según las características deseadas, como el sabor y el rendimiento. Si bien no es práctico aplicar los métodos lentos del mejoramiento convencional a un conjunto tan diverso de cultivares, edición del genoma basado en CRISPR en principio, se puede aplicar directamente a cualquier cultivo de yuca, sin alterar otros rasgos preferidos.

Estamos eliminando, individualmente y en combinación, el los genes CYP79D1 y CYP79D2, que catalizan la síntesis de los principales cianógenos en la yuca. Los knockouts de estos genes nos permiten abordar cuestiones pendientes, incluido el mecanismo por el cual las plantas estresadas por la sequía regulan positivamente la producción de cianógeno en hojas y raíces, y la relación entre cianógenos y síntesis de proteínasis. Estamos evaluando el impacto de la CYP79D knockouts al examinar los niveles de cianógeno y el crecimiento de las plantas editadas, incluidas sus raíces tuberosas. También analizaremos los transcriptomas de plantas editadas con RNAseq para detectar perturbaciones de redes reguladoras de genes.

La aplicación de métodos de edición CRISPR-Cas9 sin transgenes a la yuca será un hito en la amplia aplicación del mejoramiento de precisión a los cultivares preferidos por los agricultores. Nuestro objetivo es (1) desarrollar estos métodos y (2) demostrar que se pueden utilizar para modificar e investigar un rasgo crítico, la producción de glucósidos cianogénicos, en este importante cultivo de seguridad alimentaria.

Preimpresión bioRxiv: La eliminación de CYP9D79 y CYP1D79 mediada por CRISPR-Cas2 en la yuca atenúa la producción de cianógeno tóxico

Escuche la Podcast de cortes de CRISPR o mire el video a continuación para obtener más información sobre su investigación.