Pais: Brasil

Fecha: 10 de Agosto del 2021

La técnica ayudará a producir mandioca con almidón ceroso a gran escala por Embrapa, Brasil

    Embrapa y sus socios desarrollado tres métodos para la selección temprana de clones de yuca con almidón ( ceroso ceroso ).

    El objetivo es producir a gran escala en Brasil una variedad de yuca con este tipo especial de almidón.

    El almidón ceroso reduce la pérdida de agua después del producto terminado, lo que agrega calidad y extiende la vida útil de los alimentos congelados.

    La investigación es parte del programa de mejora genética de la yuca de Embrapa.

    Los análisis genómicos y foliares mostraron buenos resultados en la diferenciación genes céreos y de no céreos y generaron artículos científicos.

    Ciat, Colombia, fue el principal responsable de identificar el gen ceroso . La asociación tiene la intención de incorporar esta característica a una variedad nacional.

Los estudios de Embrapa y sus socios desarrollaron tres metodologías para la selección temprana de clones de yuca con almidón ceroso (o ceroso ). Estos trabajos son parte de los esfuerzos de la Compañía para obtener una variedad de yuca con este tipo especial de almidón que se puede producir a gran escala en Brasil. El almidón de yuca se compone básicamente de dos tipos de polisacáridos: amilosa y amilopectina. Normalmente, las variedades comerciales tienen entre 19% y 27% de amilosa en la composición de almidón. almidón El céreo tiene como máximo un 5% de amilosa, característica de gran interés principalmente para la industria alimentaria, debido a la menor retrogradación del almidón (pérdida de agua después de enfriar el producto terminado). Por lo tanto, la yuca cérea debería traer beneficios asociados con una mejor calidad y vida útil de los productos derivados de la industrialización de alimentos refrigerados y congelados que tienen almidón céreo en su composición.

Estos trabajos, publicados recientemente en revistas internacionales, surgieron de la necesidad de acelerar el proceso de desarrollo de clones cerosos del programa de mejora genética de yuca de Embrapa. El principal objetivo es optimizar el proceso de selección de clones con esta característica de interés, llevando a campo solo aquellos con almidón céreo .

“Las metodologías aportan amplias ventajas a los métodos tradicionales de evaluación del almidón ceroso en yuca, que, aunque precisos, se llevan a cabo tardíamente”, señala el agrónomo Eder Jorge Oliveira , investigador de Embrapa Cassava e Fruticultura (BA), autor de los trabajos juntos con un equipo de estudiantes de la Universidad Federal de Recôncavo da Bahia ( UFRB encabezado ), por Cátia Dias do Carmo , autora principal de los estudios, que forman parte de su tesis doctoral, dirigida por Oliveira. Hernán Ceballos, obtentor del Programa de Yuca del Centro Internacional de Agricultura Tropical ( Ciat ), en Colombia, es coautor de dos de los trabajos.

Oliveira enumera los impactos potenciales de estas metodologías: reducción del área requerida para la siembra de clones en al menos un 75%, posibilidad de cruces ya en la etapa de plántula (antes de las etapas de campo), optimización de los costos del programa de mejoramiento genético, garantía de trazabilidad de futuros cultivares con almidón ceroso para la protección de los derechos de propiedad intelectual y, finalmente, la optimización del tiempo necesario para el desarrollo de cultivares de yuca con almidón ceroso .

Carmo evalúa los resultados obtenidos. “Representan avances importantes en la identificación temprana de genotipos con almidón céreo en yuca. Es gratificante para nosotros, que trabajamos con las ciencias agrícolas, tener la oportunidad de desarrollar tecnologías, métodos, con aplicabilidad directa. Es una doble aportación: tienes artículos científicos con la función de difundir y contribuir al conocimiento sobre una determinada materia y métodos con potencial uso dentro de los programas de mejora ”, añade el autor.

El problema: pruebas precisas pero que requieren mucho tiempo

Convencionalmente, la evaluación del fenotipo ceroso se realiza en el momento de la cosecha de la planta utilizando la prueba de yodo de la raíz. Con base en esta prueba, es posible separar visualmente coloreando las raíces si son o no cerosas . Aunque esta metodología es precisa, lleva mucho tiempo, ya que el ciclo del cultivo es, en promedio, de un año.

El investigador explica que cuando se cruza de una fuente cerosa a una no cerosa , todas las semillas derivadas de ese cruce tienen el fenotipo no ceroso . Tienen el alelo del almidón céreo (variación genética específica que determinará cómo se expresará un rasgo determinado en el individuo), pero no se expresa porque la herencia de la resistencia es homocigótica recesiva.

“Con esto, es posible autofertilizarse o realizar un nuevo ciclo de cruzamiento entre plantas F1 para generar semillas que tengan segregación por almidón ceroso. Esta segunda generación conduce a una segregación esperada de tres a uno, siendo tres partes con fenotipos no cerosos , por lo tanto no deseados, y solo una parte, el 25%, con fenotipos cerosos . Después de los cruces, aún es necesario plantar las semillas en un invernadero, obtener las plantas y trasplantarlas al campo para la evaluación del fenotipo convencional solo al final del ciclo de cultivo. Básicamente, evaluamos si son cerosos o no cerosos en el momento de la cosecha, cuando hacemos la prueba de yodo, que lleva mucho tiempo ”, explica Oliveira.

Análisis molecular: alta precisión en la selección de genotipos

Dos de las metodologías se basan en el análisis molecular, con altísima exactitud (precisión). El primer estudio de Mapeo Asociativo para almidón ceroso en yuca , publicado en la revista Euphytica , especializada en fitomejoramiento, fue evaluar estudios de asociación del genoma para detectar variantes relacionadas con almidón ceroso e identificar genes alternativos o regiones genómicas responsables del rasgo. Se analizaron un total de 351 accesiones pertenecientes al Banco de Germoplasma Activo de Yuca de Embrapa Cassava e Fruticultura, junto con 31 híbridos de almidón ceroso de cruces con la fuente AM206-5 (primer genotipo de yuca cerosa natural descubierto por Ciat).

El primer paso, entonces, fue desarrollar una metodología para localizar el gen. “Es un análisis que no necesariamente va directo al gen. Busca una ubicación en el cromosoma que pueda estar asociada con el fenotipo. Dependiendo de la cantidad de marcadores distribuidos por el genoma, es posible detectar, con mayor o menor facilidad, los genes de interés. Esa es la estrategia. Hemos identificado una región en el cromosoma 2 que diferencia muy claramente lo ceroso de lo no ceroso , y relativamente cerca de este locus de control para este rasgo, tenemos el gen [GBSS1] que condiciona este fenotipo ceroso en otras especies. Por tanto, esta versión de este gen también existe en la yuca ”, dice la investigadora. Oliveira dice que esta metodología fue la precursora del siguiente trabajo más refinado sobre el marcado de genes.

En el segundo estudio, titulado Identificación y validación de mutaciones puntuales asociadas al fenotipo ceroso en yuca , publicado en BMC Plant Biology , se identificaron una serie de mutaciones puntuales que muestran la diferencia entre los dos tipos de clones. “Tomamos un grupo de genotipos cerosos y no cerosos [89 en total], secuenciamos el gen GBSS1 de estos clones y lo alineamos con secuencias de ADN depositadas en la base de datos del Centro Nacional de Información Biotecnológica ( NCBI ), una base de datos global que reúne datos de la secuenciación del genoma. Así, descubrimos regiones comunes a clones cerosos y no cerosos y, sobre todo, regiones diferentes, varias mutaciones que muestran diferencias entre clones cerosos y no cerosos ”, describe la investigadora.

Una vez hecho esto, Oliveira informa que se diseñaron cebadores (indicadores iniciales) para intentar amplificar estas regiones y comprobar si existía la posibilidad de separar molecularmente los clones con una determinada mutación de otros. Por lo tanto, se identificó una mutación específica y se diseñó una serie de marcadores para ver si había una manera de separar los fenotipos céreos y no céreos . Se llegó a un tipo de marcador para este tipo de análisis, llamado KASP ( Kompetitive Allele Specific PCR ).

“La estrategia KASP nos permite diferenciar muy claramente estas dos situaciones, con una gran ventaja: además de identificar ese 25% de clones que ya son cerosos , pudimos seleccionar clones que son heterocigotos [cuyos alelos para un rasgo dado son diferente]. Si, por casualidad, queremos seguir adelante con uno de los clones heterocigotos para una mayor autofecundación, también podemos separar a estos individuos. Esto aporta una gran ventaja metodológica al programa de mejoramiento, ya que también separa lo heterocigoto, es decir, con al menos un alelo ceroso , y también puede pasar a un segundo ciclo de cruzamiento ”, dice.

Oliveira señala que cualquier programa de mejoramiento que utilice este marcador separará con mucha precisión (98%) estos tipos de genotipos. Y agrega que existe la perspectiva futura de incluir una serie de otras características que ya están disponibles para genotipar en esta plataforma. “Una especie de chip para todos los rasgos para que, en la fase de plántula , podamos segregar a todos aquellos individuos que identificamos con mayor potencial para convertirse en variedad”.

Análisis de hojas: menor costo con buenos resultados

La tercera metodología, descrita en el artículo Identificación de genotipos de yuca con almidón ceroso mediante espectroscopia de infrarrojo cercano , publicado en Crop Science , ya no implica el análisis genómico, sino el análisis de hojas, utilizando espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS), método que utiliza la interacción entre materia y radiación electromagnética, y se puede realizar poco después de la germinación de la semilla, aún en un invernadero.

Según el investigador, cualquier compuesto orgánico que absorba energía de forma diferencial en este rango NIRS puede utilizarse en la construcción de modelos de clasificación fenotípica. “El almidón se compone básicamente de amilosa y amilopectina. En el caso del almidón común, tiene un rango de 19% a 27% de amilosa. El resto es amilopectina. En cera, tienes prácticamente un 100% de amilopectina y un 0% de amilosa. Por lo tanto, existe una diferencia muy clara entre el almidón producido por los clones cerosos en comparación con los clones no cerosos , y esta variación se puede capturar fácilmente mediante NIRS ”.

Oliveira explica que la síntesis de almidón tiene lugar en las hojas. Luego se transporta a las raíces. Por lo tanto, es posible capturar esta forma de almidón ya en la hoja. A continuación, las muestras se estandarizaron y se utilizaron para la lectura NIRS. El trabajo consistió en intentar crear un modelo para clasificar si el material es ceroso o no ceroso . Según el investigador, se utilizaron cinco modelos diferentes y se eligieron los dos que mostraron mayor eficiencia, con precisión de clasificación superior al 84%. "Esto significa que tendré razón al decir cuáles son cerosos o no cerosos en el 84% de las muestras leídas con el NIRS, simplemente analizando las hojas, temprano, mientras todavía están en el invernadero".

La principal ventaja de esta estrategia en relación al análisis genómico, según Oliveira, es el costo reducido. Como señala, prácticamente solo es necesario cosechar la hoja, macerar, preparar, tomar las lecturas y las predicciones. Mientras que en el análisis genómico existe un gasto con reactivos, mantenimiento de equipos y costo de servicio, si el material se envía para genotipado en otra región del país o incluso al exterior. "A pesar de tener menos precisión que el análisis KASP, el análisis NIR tiene esta gran ventaja", señala.

Oportunidades para la yuca cerosa

Ciat hizo un avance importante, que identificó el gen de la yuca responsable del almidón ceroso. Embrapa fue la única institución brasileña que recibió este material y ahora busca incorporar la producción de almidón ceroso en una variedad nacional. Las perspectivas para el uso de almidón ceroso de yuca son prometedoras, ya que tiene propiedades diferentes al maíz ceroso , alcanzando nuevos nichos de mercado y permitiendo la creación de productos con especificidades únicas.

El investigador de Ciat, Hernán Ceballos, dice que existe una conexión interesante entre la yuca y el maíz con respecto a la mutación de la cera. Según él, fue en el maíz donde se identificó por primera vez el almidón ceroso en China, pero no se exploró durante décadas después de su descubrimiento. Durante la Segunda Guerra Mundial, el almidón de yuca de Tailandia ya no se pudo importar a los Estados Unidos. Ceballos destaca que las aplicaciones y usos específicos de cada tipo de almidón son tan importantes que los científicos estadounidenses comenzaron a buscar una alternativa para reemplazar el almidón de yuca, que ya no se podía importar.

Luego se descubrió que el maíz ceroso comparte muchas de las propiedades del almidón de yuca nativo de tipo silvestre. Así surgió la industria del maíz ceroso, que todavía es importante hoy en los países donde no se puede cultivar yuca. “Esta historia ilustra la importancia y el impacto que los diferentes tipos de almidón tienen en las propiedades funcionales y, en última instancia, en los usos industriales. A medida que se identificó la mutación de la cera, surgieron características importantes, y aún se están descubriendo, que la hacen muy útil para usos específicos. El almidón ceroso de yuca será particularmente útil para los mercados brasileños ”, agrega Ceballos.

También menciona la importancia de la asociación Ciat / Embrapa. “Ambas instituciones se beneficiaron mucho del intercambio de germoplasma, experiencias e ideas. Soñamos juntos y trabajamos duro para hacer realidad esos sueños. Brasil es un país clave en la producción de yuca y líder en la mecanización de prácticas culturales. Ciat aprendió mucho de Embrapa con respecto a la mecanización y producción industrial de almidón de yuca. De hecho, fue en una fábrica de almidón de yuca brasileña donde, por primera vez, surgió la idea de buscar yuca cérea ”, dice.

Traducido del portugués.

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