Investigadores de Hiroshima desactivaron el gen F3H, redujeron las antocianinas y elevaron unas seis veces la concentración de este flavonoide en las hojas
Redactor: Javier Morales O.
Editor: Karem Díaz S.
Investigadores de la Universidad de Hiroshima, en Japón, utilizaron edición genética para convertir plantas de perilla roja en ejemplares de hojas verdes y modificar simultáneamente su composición química. La intervención sobre un único gen redujo los pigmentos responsables del color rojo y aumentó la acumulación de luteolina y ácido rosmarínico, compuestos de interés para las industrias alimentaria y farmacéutica.
El estudio, publicado en Frontiers in Plant Science, se centró en el gen F3H, que codifica la enzima flavanona 3-hidroxilasa. Esta proteína ocupa un punto estratégico dentro de la ruta de producción de flavonoides y participa en la formación de antocianinas.
Al interrumpir el funcionamiento del gen mediante CRISPR-Cas9, los científicos desviaron el metabolismo de la planta. Las líneas editadas perdieron la mayor parte de su pigmentación roja, adquirieron una apariencia similar a la perilla verde convencional y registraron alrededor de seis veces más luteolina que las plantas originales no editadas.
La perilla combina valor culinario y diversidad química
La perilla, Perilla frutescens, es una planta anual de la familia de la menta cultivada ampliamente en Asia oriental. Se conoce como shiso en Japón, kkaennip en Corea y tía tô en Vietnam. Sus variedades se diferencian, entre otros rasgos, por la coloración de las hojas y los usos comerciales asociados.
En Japón, la perilla roja se utiliza para aportar color y sabor a las ciruelas encurtidas, además de procesarse como condimento seco. La variedad verde suele comercializarse como una hortaliza de hoja fresca apreciada por su aroma, sabor y apariencia.
La especie contiene más de 400 compuestos bioactivos identificados, entre ellos antocianinas, luteolina, ácido rosmarínico y perillaldehído. Estudios previos han relacionado estas moléculas con actividades antioxidantes, antiinflamatorias o antibacterianas, pero esos antecedentes no significan que consumir las plantas editadas prevenga o trate enfermedades.
La posibilidad de modificar rutas metabólicas específicas conecta este trabajo con otras líneas de biofortificación de cultivos mediante CRISPR. En ambos casos, la meta científica consiste en aumentar componentes de interés desde la propia planta sin depender exclusivamente de fortificación posterior al cultivo.
F3H funciona como una bifurcación metabólica
La flavanona 3-hidroxilasa cataliza la conversión de naringenina en dihidrokaempferol, uno de los pasos de la ruta que conduce a la síntesis de antocianinas. Estos pigmentos son responsables de tonalidades rojas, violetas y azules en numerosos tejidos vegetales.
El equipo trabajó con la variedad roja Hoko-3 y diseñó el sistema CRISPR-Cas9 para producir mutaciones en F3H. La pérdida de actividad de la enzima limitó el flujo de compuestos hacia la rama de las antocianinas, provocando una disminución marcada de la pigmentación.
El cambio fue visible en las hojas. Las plantas editadas pasaron de rojo a verde y resultaron muy similares en apariencia a la variedad comercial Ooba Ao-shiso, empleada por los investigadores como referencia fenotípica. Algunas líneas con mutaciones específicas conservaron una tenue tonalidad púrpura alrededor de las venas.
El ensayo demuestra cómo la edición precisa del ADN vegetal puede modificar una característica comercial reconocible actuando sobre un punto concreto del metabolismo, en lugar de recurrir únicamente a sucesivos cruzamientos y selecciones.
La luteolina aumentó alrededor de seis veces
La pérdida del color rojo fue solo la manifestación externa del cambio. Los análisis químicos revelaron una reorganización más amplia del perfil de metabolitos: las antocianinas disminuyeron considerablemente, mientras que aumentaron compuestos pertenecientes a otras ramas de la ruta de los flavonoides.
La variación más destacada correspondió a la luteolina. Las líneas editadas acumularon aproximadamente seis veces más que la perilla roja original. La luteolina es un flavonoide estudiado por su actividad antioxidante y antiinflamatoria en diferentes modelos experimentales, aunque su mayor concentración en una planta no demuestra por sí sola un beneficio clínico para las personas.
Los investigadores también detectaron niveles más elevados de ácido rosmarínico. En determinados análisis, las líneas editadas alcanzaron concentraciones comparables o superiores a las de la variedad comercial de perilla verde utilizada como referencia.
Los autores advierten que la comparación directa con esa variedad tiene limitaciones porque posee un fondo genético diferente. Por esta razón, no puede atribuirse toda diferencia observada entre ambos materiales únicamente a la edición de F3H.
El análisis confirmó una reprogramación de varias rutas
Además de cuantificar los compuestos de las hojas, el equipo examinó la expresión genética mediante secuenciación de ARN. Los resultados mostraron cambios en genes vinculados con las rutas de los fenilpropanoides y los flavonoides, consistentes con los perfiles químicos registrados.
La interrupción de F3H bloqueó una bifurcación importante, pero la respuesta no se limitó al paso inmediato controlado por esa enzima. También se modificó la actividad de componentes situados antes y después dentro de la red metabólica.
Este efecto ayuda a explicar por qué la intervención redujo las antocianinas y aumentó simultáneamente la luteolina y el ácido rosmarínico. También muestra que editar un solo gen metabólico puede desencadenar respuestas compensatorias que deben medirse antes de seleccionar una nueva variedad.
La necesidad de analizar consecuencias amplias es especialmente relevante en cultivos poliploides. La perilla estudiada es alotetraploide y posee 40 cromosomas, una arquitectura genética más compleja que la de especies diploides. Las herramientas actuales buscan aumentar la precisión y eficiencia en este tipo de plantas; entre ellas figura una plataforma experimental para insertar ADN vegetal en sitios definidos.
Las líneas finales no conservaron el ADN introducido
Durante la primera etapa, los científicos utilizaron una construcción genética que contenía el sistema necesario para realizar la edición. Posteriormente, reprodujeron las plantas y seleccionaron descendientes que conservaban las mutaciones en F3H, pero ya no presentaban secuencias detectables del ADN transferido.
Estas líneas estables, denominadas segregantes nulos libres de T-DNA, permitieron estudiar el efecto de la edición sin mantener el vector utilizado durante el procedimiento. El resultado demuestra que es técnicamente posible obtener perilla con mutaciones heredables y sin ADN foráneo detectable del sistema de transformación.
Esta característica puede influir en la evaluación regulatoria, pero no determina automáticamente la clasificación jurídica en todos los países. Los requisitos aplicables dependen de la tecnología utilizada, la modificación obtenida y la legislación de cada mercado. La diferenciación regulatoria entre categorías de plantas editadas ilustra cómo un mismo desarrollo puede recibir tratamientos distintos según su complejidad.
Una estrategia para cultivos funcionales de mayor valor
La investigación plantea una ruta para desarrollar plantas cuyo valor comercial no dependa únicamente del rendimiento o la apariencia, sino también de un perfil químico diseñado para determinados usos. En la perilla, el color de las hojas, la concentración de flavonoides y el destino culinario se encuentran estrechamente relacionados.
Antes de trasladar el material a la producción será necesario evaluar estabilidad durante varias generaciones, rendimiento de hojas, aroma, sabor, comportamiento agronómico y respuesta a diferentes condiciones ambientales. También deberán estudiarse la inocuidad, el procesamiento y la aceptación comercial.
La modificación tampoco debe interpretarse como una mejora absoluta. La disminución de antocianinas elimina pigmentos que poseen su propio interés comercial y funcional. La utilidad de la planta editada dependerá, por tanto, del producto que se quiera obtener y del mercado al que se dirija.
El equipo prevé utilizar las líneas desarrolladas para investigar cómo se regula la amplia diversidad química de la perilla. Ese conocimiento podría respaldar programas de mejoramiento destinados a alimentos funcionales o materias primas vegetales con concentraciones definidas de compuestos específicos.
Fuentes referenciales:
Phys.org – Edición genética del metabolismo de la perilla roja
Frontiers in Plant Science – Interrupción del gen F3H mediante CRISPR-Cas9
