Un equipo de investigadores chinos ha utilizado la edición genética dirigida para crear arroz que produce coenzima Q10 (CoQ 10), un compuesto vital para la salud humana.
Dirigidos por el profesor Chen Xiaoya del Centro de Excelencia en Ciencias Moleculares de Plantas/Centro de Investigación Chenshan de Shanghai, Academia China de Ciencias (CAS) y el profesor Gao Caixia del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo, Academia China de Ciencias (CAS), los investigadores utilizaron la edición genética dirigida para modificar solo cinco aminoácidos de la enzima del arroz CoQ1, creando nuevas variedades de arroz capaces de sintetizar CoQ10. El estudio fue publicado en la revista Cell.
La CoQ 10 es importante para la salud humana, especialmente para proteger el corazón. Es un componente importante de la cadena de transporte de electrones mitocondrial y actúa como antioxidante liposoluble. Diferentes especies sintetizan CoQ con diferentes longitudes de cadena lateral.
Los humanos sintetizan CoQ 10, que tiene una cadena lateral de 10 unidades de isopreno (C50), mientras que cereales como el arroz y el trigo, así como algunas verduras y frutas, sintetizan principalmente CoQ 9, que contiene nueve unidades de isopreno (C45).
El desarrollo de cultivos productores de CoQ 10 para aumentar sustancialmente el contenido de CoQ 10 de los alimentos de origen vegetal representa un enfoque rentable y respetuoso con el medio ambiente para la fortificación de alimentos que ofrece enormes beneficios potenciales.
El mecanismo molecular subyacente al cambio en la longitud de la cadena lateral de CoQ no estaba claro anteriormente. De las diversas colecciones de plantas del Jardín Botánico Chenshan de Shanghái, Centro de Excelencia en Ciencias Moleculares de Plantas de la CAS, el equipo de investigación obtuvo 134 especímenes de plantas de 67 familias, incluidos musgos, licopodios, helechos, gimnospermas y angiospermas.
Los investigadores determinaron los patrones de distribución de los tipos de CoQ en estas especies y descubrieron que la CoQ 10 es un rasgo ancestral de las plantas con flores, y la mayoría de las plantas aún sintetizan CoQ 10. Sin embargo, las gramíneas, las margaritas y las cucurbitáceas producen principalmente CoQ 9.
“Basándonos en un estudio exhaustivo de la distribución de CoQ 9 y CoQ 10 en plantas terrestres y la variación asociada de la secuencia de CoQ1, identificamos cambios clave de aminoácidos en la base del bolsillo catalítico de CoQ1 que ocurrieron de forma independiente en múltiples linajes de angiospermas y dieron como resultado repetidamente la producción de CoQ 9. Guiados por este conocimiento, utilizamos la edición genética para modificar los genes CoQ1 nativos del arroz y el trigo para producir CoQ 10, allanando el camino para el desarrollo de fuentes dietéticas adicionales de CoQ 10”, explican los autores.
Al analizar las trayectorias evolutivas y las variaciones naturales de las enzimas Coq1 en más de 1.000 especies de plantas terrestres y utilizar el aprendizaje automático, los investigadores finalmente identificaron cinco regiones de aminoácidos que determinan la longitud de la cadena.
Generación de líneas de arroz CoQ10 mediante edición genómica. Autor gráfico: Xu Jingjing.
Después de la edición de objetivos, las plantas de arroz en este estudio sintetizaron principalmente CoQ 10, con hasta 5 μg/g por grano de arroz. Esto demuestra que la edición genética se ha convertido en una tecnología eficaz y segura para el mejoramiento de cultivos.
El desarrollo exitoso del arroz con CoQ 10 ampliará en gran medida las fuentes alimentarias de CoQ 10. También es un ejemplo del uso de big data e inteligencia artificial en el mejoramiento de cultivos.
Fuente: Academia China de Ciencias. Autor: Zhang Nannan.
