Desarrollo de líneas de cacao (Theobroma cacao L.) editadas genéticamente que limiten la acumulación de cadmio en sus tejidos : FASE-I
Fecha
2020
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Editor
Universidad EAFIT
Resumen
Cocoa (Theobroma cacao) is the primary source of raw material for chocolate production and its
derivatives. In current decades, high concentrations of cadmium have been found in cocoa-based products,
which has been recognized by several organizations as a threat to human health, food security, and the
future of the cocoa industry. Therefore, advances in agronomic and genetic methods that reduce this heavy
metal in plants are necessary. In the present study, an in silico metadata analysis was carried out to identify
genes involved in cadmium absorption to propose them as a target for genetic improvement through
modern precision biotechnology techniques as genetic editing. We found 26 proteins, 88% of them
reported in Arabidopsis thaliana, and 38% in Oryza sativa, which belong to 8 protein families. The
remaining members of each family were included for analysis. Thus, expression data obtained from the
Genevestigator software were evaluated for 44 genes of A. thaliana and 37 of O. sativa, and it was found
that the TcNRAMP5 gene of T. cacao, "orthologs" of OsNRAMP5 of O. sativa, is closely related to the
root absorption process of Cd. Consequently, it was postulated as a gene target for genetic editing to
decrease Cd concentration in cocoa plants. A genetic editing methodology based on CRISPR/Cas9 system
was structured using Agrobacterium tumefaciens mediated genetic transformation and protoplast
transfection. Furthermore, this research structured a methodology for the establishment and generation of
in vitro plants through indirect somatic embryogenesis and protoplast isolation, as a fundamental basis of
the proposed modern biotechnological platform, which leads to the improvement of genetic accuracy in
cocoa.
Descripción
El cacao (Theobroma cacao) es la fuente de materia prima para la elaboración de chocolate y derivados. En las
últimas décadas se han encontrado altas concentraciones de cadmio en productos a base de cacao, lo cual se ha visto
por distintas organizaciones como una amenaza a la salud humana, la seguridad alimentaria y el futuro de la
industria cacaotera. Por tal motivo, es necesario el desarrollo de metodologías en manejo agronómico e ingeniería
genética que conduzcan a la reducción de los niveles de este metal pesado en plantas. En el presente estudio se
realizó un análisis de metadatos in silico que permitiera la identificación de genes implicados en el proceso de
absorción de cadmio para postularlos como objeto de mejoramiento genético mediante técnicas de biotecnología
moderna de precisión, como la edición genética. Se encontraron 26 proteínas, 88% reportadas en Arabidopsis
thaliana y 38% en Oryza sativa, las cuales pertenecían a 8 familias proteicas. Los miembros restantes de cada
familia fueron tenidos en cuenta para los análisis. Así, se evaluaron datos de expresión obtenidos del software
Genevestigator® para 44 genes de A. thaliana y 37 de O. sativa, de los cuales se encontró que, el gen TcNRAMP5
de T. cacao, “ortólogo” de OsNRAMP5 de O. sativa, está estrechamente relacionado al proceso de absorción
radicular de Cd, y en consecuencia, se postuló como gen objeto de edición genética en búsqueda de disminuir la
concentración de Cd en plantas de cacao. Asimismo, se estructuró una metodología de edición genética basada en
el sistema CRISPR/Cas9 mediante transformación genética mediada por Agrobacterium tumefaciens y transfección
de protoplastos. Además, con esta investigación se estructuró una metodología para establecimiento y generación
de plantas in vitro mediante embriogénesis somática indirecta y el aislamiento de protoplastos, base fundamental
de la plataforma biotecnológica moderna propuesta, que conlleva al mejoramiento genético de precisión en cacao.
Palabras clave
CRISPR/Cas9, Edición genética, Metales pesados, Mejoramiento nutricional, Biotecnología molecular, Cadmio