Científicos indios han desarrollado la primera mostaza de bajo picor que es resistente a plagas y enfermedades. Se desarrolló mediante edición de genes con CRISPR reduciendo el nivel de glucosinolatos en las semillas, mejorando así su palatabilidad para consumidores y animales, pero aumentando la misma molécula en las hojas por su rol de defensa contra enfermedades y plagas. La mostaza tiene una mayor extracción de aceite que la soja, y este avance se suma a otros desarrollos biotecnológicos locales que buscan reducir la importación de aceites vegetales.
Las semillas oleaginosas no solo producen aceite para cocinar y freír. También la torta residual después de la extracción del aceite de las semillas, es un ingrediente rico en proteínas que se utiliza para alimentación de ganado, aves de corral y peces.
El cultivo oleaginoso cultivada en el país más importante de la India es la mostaza (Brassica juncea). Su participación en la producción de aceites vegetales del país se ha estimado en un 42,6% (más que el 19,2% de la soja) y en la de harina en un 30,3% (junto al 38,9% de la soja), según datos del año comercial del Departamento de Agricultura de EE.UU. hasta septiembre de 2023.
Sin embargo, las semillas de mostaza tienen altos niveles de glucosinolatos, un grupo de compuestos que contienen azufre y nitrógeno que contribuyen al picor característico de su aceite y harina. Si bien eso limita la aceptabilidad del aceite entre los consumidores, especialmente aquellos que prefieren un medio de cocción que tenga un sabor y un olor menos fuerte, el problema es aún mayor con la comida. La harina de mostaza es desagradable para las aves de corral y los cerdos, y debe mezclarse con pasto forrajero y agua para dar al ganado y los búfalos. Además de reducir su consumo de alimento, también se sabe que los glucosinolatos altos causan bocio (hinchazón del cuello) y anomalías en los órganos internos del ganado.
Mejoramiento de la mostaza con calidad al nivel de la canola
En las últimas dos décadas, se ha dedicado mucho esfuerzo, incluso por parte de científicos del Centro de Manipulación Genética de Plantas de Cultivo (CGMCP) de la Universidad de Delhi y el Consejo Indio de Investigación Agrícola, al mejoramiento de líneas de mostaza de la llamada calidad tipo Canola.
Las semillas secas de mostaza normal (Brassica juncea) cultivadas en India contienen 120-130 partes por millón (ppm o mg/kg) de glucosinolatos. Esto es en comparación con los niveles inferiores a 30 ppm en las semillas de canola. Al reducir el contenido de glucosinolatos a la misma concentración de peso seco de la semilla, los científicos han producido líneas de mostaza cuyo aceite y harina se ajustan al estándar de de calidad de la canola (Brassica napus) en términos de acritud.
Sin embargo, no se ha llevado a cabo el cultivo a gran escala de estas líneas de mostaza con bajo contenido de glucosinolatos con calidad de canola, una de las principales razones es su vulnerabilidad a las plagas y enfermedades. Los mismos glucosinolatos que limitan la palatabilidad de la harina y la explotación de su verdadero potencial proteico también son arsenales clave de los cultivos de la familia Brassicaceae, desde mostaza y canola hasta repollo, coliflor y brócoli, contra plagas invasoras, patógenos y termitas.
“Mientras que la reducción de los niveles de glucosinolatos en las semillas es deseable para el aceite y la harina, una reducción concomitante en toda la planta debilita sus defensas. La protección proporcionada por los glucosinolatos a la planta no debe verse comprometida”, dijo Naveen Chandra Bisht, científico principal del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Vegetal (NIPGR) del Departamento de Biotecnología (DBT).
Un gran avance con edición de genes
Ahí es donde entra en juego el papel de la nueva investigación en mejoramiento genético.
Los glucosinolatos se sintetizan en las hojas y las paredes de las vainas de las plantas de mostaza. Su translocación y acumulación en las semillas ocurre por la acción de los genes transportadores de glucosinolatos o GTR. Hay 12 genes de este tipo en dos clases distintas de GTR1 y GTR2 con seis copias cada uno.
Lo que Bisht y sus colegas investigadores han hecho es «editar» 10 de los 12 genes GTR en ‘Varuna’, una variedad de mostaza india de alto rendimiento. Para esto, utilizaron CRISPR/Cas9, una herramienta de edición de genes que implementa una enzima, que actúa como una «tijera molecular» para cortar el ADN en ubicaciones específicas específicas del gen, y luego deja que el proceso de reparación natural del ADN se haga cargo.
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“Usamos la edición CRISPR/Cas9 para crear mutaciones y cambiar el nucleoide o la secuencia básica del ADN en los 10 genes GTR objetivo. Al hacer esto, sus proteínas codificadas, responsables del transporte de los glucosinolatos a las semillas, se volvieron no funcionales”, explicó Bisht.
Las semillas de la variedad de mostaza Varuna editada con genes específicos resultantes tenían un contenido de glucosinolatos muy por debajo del umbral de calidad de canola de 30 ppm. Al mismo tiempo, las otras partes de la planta, especialmente las hojas y las paredes de las vainas que encierran las semillas, tenían una acumulación de glucosinolatos significativamente mayor.
Las líneas editadas en los genes GTR (con altos niveles de glucosinolatos en hojas y bajo en semillas) se probaron para determinar su resistencia contra el patógeno fúngico virulento Sclerotinia sclerotiorum y la plaga de insectos Spodoptera litura. Las líneas editadas mostraron una respuesta de defensa contra estos a la par o mejor que la de la mostaza de tipo convencional. La mayor concentración de glucosinolatos en las hojas y las paredes de las vainas, debido a su transporte deficiente a las semillas, claramente tuvo un papel.
Los científicos de NIPGR, el laboratorio principal, y CGMCP han publicado los resultados de su investigación, el resultado de un proyecto financiado por DBT, en la revista Plant Biotechnology Journal.
Transgénicos versus Edición del Genoma
Bisht enfatizó que las nuevas líneas de mostaza editadas en los genes GTR están libres de transgenes o no están modificadas genéticamente (GM). No contienen genes foráneos como los de la bacteria Bacillus thuringiensis en el algodón Bt o Bar-Barnase-Barstar (aislado de otras bacterias del suelo) en la mostaza transgénica (DMH-11) creada por científicos del CGMCP dirigidos por el ex vicerrector de la Universidad de Delhi, Deepak. Pental.
Las líneas de mostaza con altos niveles de glucosinolatos en hojas y bajo en semillas, desarrolladas por Bisht y otros científicos son genéticamente editadas, a diferencia de las plantas transgénicas. Mientras que la enzima Cas9, derivada de la bacteria Streptococcus pyogenes, se usó para cortar el ADN de los genes objetivo en las plantas de primera generación, esta proteína se segrega en las generaciones posteriores. Las líneas editadas finales no contienen proteína Cas9 y no tienen ningún transgén.
Los cultivos transgénicos están actualmente sujetos a estrictas regulaciones de «liberación ambiental» en la India, no solo para el cultivo comercial sino también para ensayos de campo y producción de semillas. Dicha liberación depende de la autorización de un Comité de Evaluación de Ingeniería Genética (GEAC) especial del Ministerio de Medio Ambiente, Bosques y Cambio Climático (MoEFCC). La «luz verde» del GEAC en sí misma no es vinculante para el Gobierno de la Unión, que da el visto bueno final.
El 30 de marzo de 2022, un memorando de la oficina del MoEFCC eximió a las plantas editadas genéticamente «libres de ADN exógeno introducido» del requisito de aprobación de GEAC para ensayos de campo abierto que conduzcan a la liberación comercial. Tal autorización ahora es necesaria solo a nivel de un Comité Institucional de Bioseguridad (IBSC), compuesto por científicos de las instituciones involucradas en el desarrollo de cultivos editados y del DBT.
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“Hemos preparado el documento para enviarlo al IBSC y esperamos realizar pruebas de campo abierto de la nueva línea de mostaza transgénica en la próxima temporada de siembra de rabi (octubre-noviembre)”, dijo Bisht a The Indian Express.
¿Por qué es importante este trabajo?
India es un gran importador de aceites comestibles. Estas importaciones se valoraron en USD $20,84 mil millones (Rs 167,270 millones de rupias) durante el año fiscal que finalizó en marzo de 2023, mientras satisfacían más del 60% del requisito de consumo del país.
Dada la enorme salida de divisas derivada de las importaciones, existe una necesidad imperiosa de impulsar la producción nacional de semillas oleaginosas mediante el mejoramiento especializado para mejorar el rendimiento de los cultivos, la resistencia a plagas y enfermedades y la calidad del producto.
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La mostaza y la soja son los cultivos de semillas oleaginosas más cultivados en la India, y se plantan anualmente en una superficie de 9 millones y 12,5 millones de hectáreas, respectivamente. Su mayor contenido promedio de aceite extraíble (38% versus 18% de la soja) hace que la mostaza sea el cultivo de “semillas oleaginosas” más grande, al mismo tiempo que es una fuente tanto de grasa para los humanos como de proteínas para los animales.
La mostaza híbrida transgénica y las nuevas líneas editadas con altos niveles de glucosinolatos en hojas y bajo en semillas, son importantes avances en el fitomejoramiento (de científicos indios) que pueden contribuir en cierta medida a reducir la dependencia de los aceites vegetales importados.