Obtienen cereales resistentes a la sequía y con bajo contenido en gluten

Un equipo de investigación del Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC de Córdoba y la Universidad de Cartago (Túnez) ha obtenido un tipo de trigo con más tolerancia a la sequía y bajo contenido en gliadina, una de las proteínas del gluten. El trabajo demuestra la estabilidad de los ajustes genéticos y su potencial para ser utilizados en cultivos más resistentes.

El estudio aborda un desafío global relacionado con la salud y la agricultura en torno al trigo, un cereal que proporciona energía y nutrientes, pero en el que sus proteínas, especialmente las gliadinas, son las responsables de enfermedades como la celiaquía y otras patologías asociadas al gluten, como alergias y sensibilidad no celíaca al trigo. La única solución para estos enfermos es una dieta estricta exenta de este compuesto.

El equipo ha demostrado la estabilidad de los ajustes genéticos y su potencial para ser utilizados en cultivos más resistentes.

Para contrarrestar este problema, los investigadores han utilizado herramientas biotecnológicas para reducir el contenido de gliadina en el trigo, creando líneas de cultivo con bajo contenido de gluten. Además, en el artículo ‘Assessing drought stress response in low-gliadin wheat developed via RNAi and CRISPR/Cas’ de la revista Plant Stress, evalúan cómo estas modificaciones afectan a la respuesta de las plantas ante el estrés hídrico, un desafío creciente debido al cambio climático.

El objetivo es reconocer qué genes son los que intervienen en el desarrollo de la planta con estas condiciones de sequía. “Este estudio ha comparado las respuestas de genotipos obtenidos con técnicas avanzadas de mejora genética frente a variedades convencionales de trigo en las mismas situaciones. Los resultados apuntan hacia la obtención de cultivos más resistentes al estrés hídrico, sin comprometer la calidad del grano o la seguridad alimentaria para los afectados por enfermedades relacionadas con el gluten”, indica a la Fundación Descubre la investigadora del IAS-CSIC Miriam Marín, autora del artículo.

Biotecnología libre de gluten

Las herramientas en las que los investigadores han basado sus ensayos se conocen como ARN de interferencia y CRISPR/Cas.

El ARN de interferencia (ARNi) es una técnica que se utiliza para ‘apagar’ o reducir la actividad de un gen específico. Es decir, no se trata de cambiar ningún gen, sino de bloquear su acción, impidiendo que se exprese o produzca una proteína. “Sería como usar un interruptor que apaga una luz, el gen, pero sin tocar el cable de electricidad, el ADN. En el caso del trigo, el ARNi se utiliza para reducir la producción de gliadina, una proteína del gluten que causa problemas en personas con celiaquía o sensibilidad al gluten”, añade la investigadora.

Configuración experimental en invernadero para el estudio molecular y proteómico bajo estrés hídrico de cuatro genotipos de trigo duro y cuatro de trigo panificable.

Por su parte, CRISPR/Cas9 se utiliza para hacer cambios permanentes en el genoma, como por ejemplo, eliminar los genes responsables de producir gliadinas, creando una nueva variedad de trigo con bajo contenido de gluten.

Estrés hídrico

Los investigadores iniciaron sus ensayos con distintas variedades de trigo, incluidas las obtenidas con estas herramientas. Bajo estrés hídrico, se activaron genes que ayudan a las plantas a protegerse y adaptarse. Entre ellos, CAT y GPX, antioxidantes que eliminan los radicales libres y protegen las células del daño, P5CR, que participa en la producción de prolina, un aminoácido que ayuda a retener agua y estabilizar proteínas, y GolS1, involucrado en la síntesis de azúcares solubles que funcionan como reservas de energía y protectores frente al estrés.

Las plantas modificadas con ARN de interferencia o CRISPR/Cas mostraron cambios más equilibrados en estos genes, evitando respuestas extremas y ayudando a mantener mejor el crecimiento, la fertilidad y la estructura de las hojas. “Esto indica que ajustar la actividad de ciertos genes puede preparar a las plantas para resistir la sequía de forma más efectiva”, señala Marín.

En paralelo, evaluaron el contenido de gliadinas. Mientras que en las plantas normales aumentaba con la sequía, el cambio era más controlado en las modificadas, manteniendo niveles muy bajos incluso bajo estrés.

Las herramientas en las que los investigadores han basado sus ensayos se conocen como ARN de interferencia y CRISPR/Cas. Imagen de Batatolis Panagiotis en Pixabay.

El equipo plantea investigar más a fondo los mecanismos que conectan la regulación de las proteínas con la activación de la respuesta a la sequía, así como evaluar estas líneas en condiciones de campo para confirmar su rendimiento, calidad del grano y comportamiento frente a diferentes tipos de cambio ambiental.

Este estudio ha sido financiado por el proyecto ‘ Herramientas genómicas y fenómicas para mejorar la tolerancia a la sequía en el trigo’ del programa Qualifica de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, el programa ‘Conexión TRIGO’ del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y los proyectos ‘Estrategias CRISPR/CAS para sustituir los péptidos inmunogénicos presentes en los genes de gliadina de trigo por versiones no inmunogénicas preservando la calidad’ y ‘Variedades autóctonas de trigo españolas: una fuente saludable de variabilidad genética para luchar contra las intolerancias al trigo y su respuesta al cambio climático’ del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.

Reportaje en iDescubre: Espigas que desafían al cambio climático y al gluten