Investigadores de Japón y China identificaron una mutación puntual en el gen OsNramp5 que disminuyó en 48% la concentración de cadmio en los granos de arroz, sin reducir el rendimiento ni alterar los niveles de micronutrientes esenciales como hierro, manganeso y zinc.
ChileBio / 17 de juliol, 2026.- El cambio de un solo aminoácido en una proteína encargada de transportar minerales permitió reducir casi a la mitad la acumulación de cadmio en los granos de arroz, sin perjudicar el rendimiento de las plantas ni su contenido de nutrientes esenciales.
El avance fue conseguido por investigadores de la Universidad de Okayama, en Japón, en colaboración con científicos del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia China de Ciencias. El estudio fue publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences —PNAS— y presenta una potencial herramienta para desarrollar variedades de arroz con menor contenido de este metal pesado.
El desafío de reducir el cadmio sin debilitar la planta
El cadmio es un metal pesado tóxico y carcinógeno que puede acumularse en los suelos agrícolas como consecuencia de diferentes actividades humanas. Desde allí puede ser absorbido por las plantas e ingresar a la cadena alimentaria.
El arroz representa un desafío especialmente importante, ya que absorbe más cadmio que otros cereales de gran consumo y constituye una de las principales fuentes alimentarias de exposición a este metal para poblaciones que dependen de él como alimento básico.
Reducir esa acumulación, sin embargo, no es sencillo. El cadmio utiliza algunas de las mismas rutas que la planta necesita para incorporar minerales esenciales. Por esta razón, bloquear por completo los transportadores involucrados también puede disminuir la absorción de nutrientes, afectar el crecimiento de la planta y reducir la producción de grano.
Uno de estos transportadores es OsNramp5, una proteína que participa en la absorción de manganeso desde el suelo, pero que también permite el ingreso de cadmio a las raíces del arroz.
Eliminar o inactivar totalmente el gen OsNramp5 puede disminuir la incorporación de cadmio. El problema es que también reduce la disponibilidad de manganeso, un elemento esencial para el desarrollo de la planta, lo que puede provocar pérdidas de rendimiento.
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Más de 1.600 líneas editadas
Para encontrar una solución más selectiva, el equipo encabezado por Sheng Huang y Jian Feng Ma, del Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de la Universidad de Okayama, utilizó herramientas de edición de bases sobre el gen OsNramp5.
En lugar de desactivar completamente el gen, los investigadores generaron diferentes modificaciones puntuales y evaluaron más de 1.600 líneas de arroz editadas. El objetivo era identificar variantes del transportador capaces de reducir el cadmio sin interferir con la nutrición mineral ni con el desempeño agronómico de las plantas.
La variante más prometedora contenía una sustitución en la posición 441 de la proteína OsNramp5. En ese punto, el aminoácido isoleucina fue reemplazado por treonina, una modificación denominada I441T.
Aunque se trata de un cambio extremadamente pequeño dentro de la proteína, sus efectos sobre el movimiento del cadmio fueron significativos.
El zinc ayuda a frenar el movimiento del cadmio
Los análisis permitieron descubrir que OsNramp5 no solo transporta manganeso y cadmio, sino también zinc. La mutación I441T aumentó la preferencia del transportador por este último mineral.
Como consecuencia, se acumuló una mayor cantidad de zinc en las células de las raíces. Los autores proponen que este aumento produjo una competencia con el cadmio y dificultó su liberación hacia el xilema, el tejido vascular encargado de transportar agua y minerales desde las raíces hacia las partes aéreas de la planta.
De esta manera, la modificación no impidió completamente que el cadmio ingresara a las raíces. En cambio, redujo selectivamente su traslado desde las raíces hacia los tallos, las hojas y, finalmente, los granos.
Los investigadores también comprobaron que la mutación no alteró la expresión del gen, la abundancia de la proteína ni su localización dentro de las células. Tampoco produjo cambios detectables en la capacidad del transportador para movilizar manganeso.
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Un 48% menos de cadmio en el grano
Después de identificar la mutación, el equipo realizó estudios fisiológicos, ensayos de transporte en levaduras y pruebas de campo en suelos contaminados con cadmio.
En el ensayo de campo, la concentración de cadmio en el arroz integral —es decir, en el grano descascarado— disminuyó en 48%. Los valores pasaron aproximadamente de 0,14 miligramos por kilogramo en las plantas no editadas a 0,07 miligramos por kilogramo en las plantas portadoras de la mutación I441T.
Al mismo tiempo, los investigadores no detectaron una disminución del rendimiento de grano ni modificaciones significativas en las concentraciones de micronutrientes esenciales, incluyendo hierro, manganeso y zinc.
Este punto es especialmente relevante: el resultado no se obtuvo eliminando la función del transportador, sino ajustando su selectividad mediante una modificación puntual.
Más de dos décadas investigando el cadmio en el arroz
Jian Feng Ma, profesor de la Universidad de Okayama y uno de los investigadores responsables del estudio, destacó que el hallazgo es el resultado de una extensa trayectoria estudiando los mecanismos que controlan la acumulación de cadmio.
“Llevamos más de 20 años trabajando en la acumulación de cadmio en el arroz y hemos identificado varios genes clave involucrados en este proceso. Debido a que OsNramp5 también transporta metales esenciales, nuestro objetivo fue modificar su selectividad por los metales en lugar de eliminar su función, lo que nos condujo a esta exitosa mutación puntual”, explicó Ma.
El investigador también resaltó el potencial de esta variante como herramienta para el mejoramiento de cultivos:
“Esta mutación proporciona una estrategia eficaz para reducir la acumulación de cadmio en los granos de arroz sin comprometer el rendimiento ni la nutrición mineral esencial, y ofrece un enfoque prometedor para producir arroz más seguro para los consumidores”, concluyó Ma.
Una herramienta para el mejoramiento de variedades
La variante I441T podría utilizarse como recurso genético para desarrollar cultivares de arroz con menor acumulación de cadmio, especialmente para zonas cuyos suelos presentan niveles leves o moderados de contaminación.
Frente a estrategias como la modificación del manejo del agua, la aplicación de enmiendas al suelo o la eliminación completa del gen OsNramp5, una edición puntual podría conservar la productividad y la nutrición mineral de la planta mientras limita el traslado del contaminante hacia el grano.
El trabajo también muestra cómo la edición genética de precisión puede utilizarse no solo para activar o desactivar genes, sino para ajustar propiedades específicas de las proteínas vegetales, como su capacidad para distinguir entre diferentes minerales.