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El trabajo de detective genómico ha acercado a los investigadores al secreto de cómo y por qué la arveja produce su notoria toxina, allanando el camino para que este cultivo antiguo y resistente al clima se convierta en un alimento del futuro.
Utilizando una secuencia del genoma recientemente disponible de la arveja ( Lathyrus sativus L. ), una colaboración de investigación dirigida por el Centro John Innes ha identificado pasos bioquímicos clave que conducen a la producción de la neurotoxina ? -L-ODAP (ODAP).
La Dra. Anne Edwards, del Centro John Innes, una de las autoras de la investigación, comenta: “La secuencia genómica de la arveja y los conocimientos bioquímicos que se obtienen como resultado suponen un gran avance en nuestra comprensión. Ofrece la oportunidad de desarrollar variedades con menos ODAP que se adaptan a las condiciones locales”.
La disponibilidad de la secuencia del genoma significa que los investigadores pueden utilizar la edición de genes y métodos de reproducción modernos para desarrollar variedades de guisantes con contenido bajo o nulo de ODAP. Esto significa que la arveja podría estar preparada para hacer una contribución importante a un sistema alimentario más diversificado y resiliente al clima en el futuro.
Ya se están realizando ensayos en invernadero en el Centro John Innes y ensayos de campo realizados por el Centro Internacional de Investigación Agrícola en las Zonas Secas ICARDA en el Líbano y Marruecos, y el Instituto Etíope de Investigación Agrícola para probar el rendimiento de líneas de arveja con bajo contenido de ODAP cruzadas con variedades locales.
La investigación que apareció recientemente en Nature Communications proporciona pistas sobre la intrigante cuestión científica de cómo y por qué la arveja produce su toxina.
¿Qué es el guisante?
La herbívora es un cultivo que se cultiva en muchas regiones del mundo y que tiene un alto contenido de proteínas y es resistente a la sequía y las inundaciones. Se ha utilizado durante siglos como cultivo seguro, que sobrevive cuando otros cultivos fracasan y es seguro para el consumo como parte de una dieta equilibrada.
Sin embargo, su cultivo generalizado se ha visto obstaculizado debido a una toxina contenida en el guisante, que puede , en personas desnutridas , causar la enfermedad neurolatirismo, una condición que causa parálisis irreversible.
La herbívora forma parte de un grupo de “cultivos huérfanos” , especies autóctonas que desempeñan un papel clave en la nutrición y los medios de vida locales, pero que reciben poca atención por parte de los mejoradores e investigadores.
Comprender cómo el guisante produce ?-L-ODAP
Utilizando el ensamblaje del genoma recientemente disponible, el equipo ha rastreado dos enzimas que interactúan para catalizar los últimos pasos de la biosíntesis de ODAP.
Una de estas enzimas participa en muchas especies de plantas en la eliminación del oxalato, una molécula que regula la fotosíntesis y es producida por hongos como parte de una estrategia de ataque.
En la arveja, esta vía enzimática se ha reutilizado , lo que lleva a la producción de ODAP, que proporciona una ruta alternativa para eliminar el oxalato.
Una teoría es que la toxina se produce como una especie de sumidero molecular para almacenar el exceso de moléculas utilizadas por la planta para su defensa o los productos de procesos esenciales como la fotosíntesis.
El posible papel que desempeña esta vía en la defensa de la planta significa que interrumpir el proceso puede tener consecuencias indeseables para la planta, algo que el equipo investigador debe tener en cuenta a la hora de utilizar enfoques como la edición genética.
«Conocemos las enzimas que conducen a ODAP, pero no sabemos los efectos metabólicos exactos de alterar las diferentes enzimas de diferentes maneras», explica el autor, el Dr. Peter Emmrich, del Instituto Norwich para el Desarrollo Sostenible.
“La vía que conduce a ODAP es importante para el metabolismo de otros aminoácidos como la cisteína y la metionina, esenciales para la salud de la planta. Debería ser posible tener una planta que exista sin ODAP; Sin embargo, no conocemos todas las formas en que la vía ayuda a la planta a lidiar con su entorno. Por lo tanto, el resultado ideal puede ser tener un guisante con menos ODAP pero más metionina”.
Anteriormente, el alto nivel de secuencias repetidas en el genoma de la arveja significaba que era difícil identificar secuencias genéticas que codifican las enzimas detrás de la producción de toxinas.
Esta nueva secuencia del genoma significa que la hoja de ruta se ha vuelto más clara y estamos más cerca de agregar la arveja a la lista de cultivos climáticamente inteligentes del mañana.
«A medida que nos preparamos para un futuro de mayor cambio climático, vamos a necesitar cultivos que puedan hacer frente a sequías, inundaciones o inundaciones de agua salada», dijo el Dr. Edwards. «La arveja puede sobrevivir a esas condiciones mejores que otras legumbres, por lo que ahora, con los recursos genéticos que tenemos, existe la oportunidad de desarrollar variedades con bajo contenido de ODAP que tengan rasgos agronómicos adaptados a las condiciones locales en todo el mundo» .
«Pero para que las variedades con bajo ODAP beneficien a las personas, tienen que ser accesibles para los agricultores y ser considerados beneficiosas por ellos», añadió el Dr. Emmrich, «Es por eso que ahora estamos trabajando con investigadores de ciencias sociales en la UEA (Universidad de East Anglia) para comprender las preferencias de los agricultores y los sistemas de semillas locales, y llegar a los mejoradores de todo el mundo para ayudarlos a utilizar los recursos que estamos desarrollando”.
Guisante: el huérfano que se unirá a la familia de cultivos
La arveja, una de las plantas cultivadas más antiguas que se conocen, se cultiva actualmente como cultivo seguro en Etiopía, Eritrea, India, Bangladesh y Nepal.
Su resiliencia tanto a la sequía como a las inundaciones lo convierte en un cultivo prometedor para garantizar la seguridad alimentaria en un clima cambiante. Consumido como parte de una dieta equilibrada, es seguro.
Sin embargo, hasta ahora su asociación con la enfermedad neurolatirismo, condición que provoca parálisis irreversible, ha limitado el cultivo del cultivo.
Causada por la toxina ? -L-ODAP, esta afección solo tiene efecto cuando se consumen guisantes con exclusión de otros alimentos, como en tiempos de hambruna y escasez, a menudo cuando otros cultivos han fracasado.
No existen modelos confiables de consumo humano seguro para la enfermedad porque no es éticamente posible probar los efectos.
La primera descripción de la enfermedad fue realizada por el médico griego Hipócrates, mientras que la planta está inmortalizada en el grabado del artista español Goya Gracias á la almorta (Gracias al guisante), que representa a una víctima de neurolatirismo durante el asedio de Madrid por Napoleón.
