El trabajo de detective genómico ha acercado a los investigadores al secreto de cómo y por qué los guisantes producen su notoria toxina, allanando el camino para que este cultivo antiguo y resistente al clima se convierta en un alimento del futuro.
Usando una secuencia genómica recientemente disponible de almorta (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 β-L-ODAP (ODAP).
La Dra. Anne Edwards del Centro John Innes, una de las autoras de la investigación, dice: «La secuencia genómica de los guisantes y los conocimientos bioquímicos que se producen como resultado brindan un gran avance en nuestra comprensión. Ofrecen 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 modernos de mejoramiento para desarrollar variedades de almortas con un contenido bajo o nulo de ODAP. Esto significa que los guisantes de pasto podrían estar preparados para hacer una contribución importante a un sistema alimentario más diversificado y resistente al clima en el futuro.
Las pruebas de invernadero en el Centro John Innes y las pruebas de campo realizadas por el Centro Internacional para la Investigación Agrícola en las Áreas Áridas ICARDA en el Líbano y Marruecos, y el Instituto Etíope para la Investigación Agrícola ya están en marcha para probar el rendimiento de las líneas de guisantes de hierba con bajo ODAP cruzadas con variedades locales.
La investigación titulada «Los análisis genómicos y bioquímicos revelan una clave de metabolón para la biosíntesis de ß -L-ODAP», en Nature Communications, proporciona pistas sobre la intrigante pregunta científica de cómo y por qué la almorta produce su toxina.
¿Qué es el guisante de hierba?
El guisante de hierba es un cultivo que crece en muchas regiones del mundo que es rico en proteínas y resistente a la sequía y las inundaciones. Se ha utilizado durante siglos como cultivo seguro, que sobrevive cuando fallan otros cultivos y es seguro para comer 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 provoca una parálisis irreversible.
Los guisantes se encuentran entre un grupo de «cultivos huérfanos», especies autóctonas que desempeñan un papel clave en la nutrición y los medios de subsistencia locales, pero que reciben poca atención por parte de los mejoradores e investigadores.
Usando 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 se encuentra en muchas especies de plantas involucrada en la eliminación de oxalato, una molécula que regula la fotosíntesis, y es producida por hongos como parte de una estrategia de ataque.
En los guisantes, esta ruta 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 la defensa o los productos de procesos esenciales como la fotosíntesis.
El posible papel que juega esta vía en la defensa de la planta significa que interrumpir el proceso puede tener consecuencias indeseables para la planta, algo que el equipo de investigación debe tener en cuenta al utilizar enfoques como la edición de genes.
«Conocemos las enzimas que conducen a ODAP, pero no conocemos 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 El camino ayuda a la planta a lidiar con su entorno. Entonces, el resultado ideal puede ser que tenga un guisante con menos ODAP pero más metionina».
Anteriormente, el alto nivel de secuencias repetidas en el genoma de los guisantes significaba que era difícil identificar las 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 almortas a la lista de cultivos climáticamente inteligentes del mañana.
«Mientras 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. «Los guisantes pueden sobrevivir en esas condiciones mejor que otras legumbres, por lo que ahora, con los recursos genéticos que tenemos, existe la oportunidad de desarrollar variedades de bajo ODAP que tengan características agronómicas adaptadas a las condiciones locales de todo el mundo».
«Pero para que las variedades de bajo ODAP beneficien a las personas, deben ser accesibles para los agricultores y deben ser vistas como beneficiosas por ellos», agregó 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 hacer uso de los recursos que estamos desarrollando».
Almorta: el huérfano que está listo para unirse al redil familiar de cultivos
Una de las plantas cultivadas más antiguas que se conocen, la almorta se cultiva hoy en día como un 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. Comido como parte de una dieta equilibrada, es seguro.
Sin embargo, hasta ahora su asociación con la enfermedad neurolatirismo, condición que causa parálisis irreversible, ha limitado el cultivo del cultivo.
Causada por la toxina β-L-ODAP, esta condición solo tiene efecto cuando se consumen guisantes con exclusión de otros alimentos, como en épocas de hambruna y escasez, a menudo cuando otros cultivos han fallado.
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 aguafuerte Gracias á la almorta (Gracias a la almorta) del artista español Goya, que representa a una víctima de neurolatirismo durante el asedio de Madrid por parte de Napoleón.
Más información: Anne Edwards et al, Genómica y análisis bioquímicos revelan una clave de metabolón para la biosíntesis de β-L-ODAP en Lathyrus sativus, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36503-2
