Generación de un arroz apto para diabéticos mediante la edición genómica de enzimas ramificadoras de

El almidón resistente es un tipo de almidón que no es digerido y absorbido en el estómago o intestino delgado, y que pasa directamente al intestino grueso disminuyendo el índice glicémico, el cual representa el aumento en el nivel de glucosa en sangre después de la ingesta de carbohidratos, y está relacionado con el desarrollo de resistencia a insulina en personas saludables y diabéticas. Por lo tanto, el consumir alimentos con alto almidón resistente y bajo índice glicémico podría reducir la incidencia y mitigar la severidad de la diabetes tipo II.

Una buena fuente de almidón resistente son los cereales altos en amilosa y bajos en amilopectina, esto es debido a que en los alimentos cocinados las moléculas de amilosa se re-asocian rápidamente al enfriarse, formando estructuras tipo gel resistentes a la digestión, mientras que la re-asociación de moléculas de amilopectina es más lenta y los complejos formados son de fácil digestión. Para incrementar el contenido de amilosa en un alimento mediante modificaciones genéticas se pueden optar por dos vías, ya sea sobre-expresar un gen codificante para la enzima almidón sintasa unida al gránulo (GBSS) o bien suprimir algunos de los genes involucrados en la síntesis de amilopectina como las enzimas ramificadoras de almidón (SBE).

Una de las opciones disponibles actualmente para realizar dicha modificación genética, es el sistema de edición genómica CRISPR/Cas9, el cual consiste en el uso de una proteína Cas9 con actividad nucleasa capaz de producir rupturas dobles en sitios específicos del ADN, mediante la ayuda de un fragmento de ARN guía con secuencia complementaria. Después de la ruptura del ADN, la célula utiliza sus mecanismos de reparación para unir la doble hebra, pero frecuentemente introduce pequeñas inserciones o deleciones de nucleótidos, pudiendo generar mutaciones tipo ‘knockout’ que inactiven la función de la proteína para la que codifica dicho gen.

En la presente investigación, científicos de China, USA y Bélgica (Sun et al., 2017) han empleado el sistema de edición genómica CRISPR/Cas9 para realizar una mutagénesis dirigida de los genes SBEII y SBEI, con el objetivo de disminuir el contenido de amilopectina y aumentar el de amilosa en el endospermo de granos de arroz.

La estrategia experimental que siguieron fue transformar callos de arroz cv. Kitaake mediante Agrobacterium tumefaciens conteniendo un vector de expresión con: gen de Cas9, ARN guía con secuencias específicas para SBEII y SBEI, y gen de resistencia a higromicina para la selección de los callos. Las plantas transformadas fueron analizadas mediante secuenciación de fragmentos para buscar mutaciones en los genes SBEII y SBEI. Las plantas con mutaciones (T0) fueron auto-polinizadas para obtener la generación T1 y se volvieron a analizar mediante secuenciación para buscar líneas homocigotas para cada mutación, y que además hubieran segregado los transgenes empleados para su edición y selección en la generación T0.

Los resultados de la investigación mostraron que fue posible obtener plantas con mutaciones en SBEII y SBEI, y libres de transgenes en una generación (T1). Las mutaciones consistieron de indels (inserciones/deleciones) de 1 a 40 bases, las cuales se presentaron en forma heterocigota (1 alelo mutado, 1 normal), homocigota (ambos alelos con la misma mutación) o bi-alélica (ambos alelos con mutaciones distintas). Posteriormente, se analizaron las propiedades del almidón en granos de arroz de plantas T1 homocigotas para cada mutación, y se observó que las mutantes de SBEI no mostraron diferencias en el contenido de amilosa respecto a las plantas silvestres (no modificadas), pero las mutantes de SBEII sí mostraron un incremento significativo en el contenido de amilosa (25% más) y de almidón resistente (9.8% más), alterando la estructura y propiedades nutricionales del almidón. Generando así, un arroz más apto para su consumo por personas con padecimientos crónicos relacionados con la alimentación (obesidad, diabetes, etc.).

-ACM

Fuente: http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2017.00298/abstract