Nieves-Cordones (Cebas-CSIC): "La mayor ventaja de las plantas sin la proteína SlHAK5 sería poder cultivar tomates en zonas donde ahora la agricultura está limitada por la radioactividad"

Un estudio liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha permitido la identificación de un gen de tomate que está implicado en la acumulación de cesio, un elemento asociado a catastrofes nucleares como fueron la de Fukushima o Chernóbil. Además, este gen juega un papel clave en la formación de los frutos de tomate sin semillas. Un avance que supone un gran interés industrial, ya que las semillas suponen una molestia en la elaboración de salsas, por ejemplo. Para conocer más de cerca este proyecto hemos hablado con el investigador Manuel Nieves-Cordones, que nos ha concedido una entrevista en nuestra sección 'En nombre propio'...

El Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (CSIC) ha logrado, gracias a la indución de una mutación en un gen de tomate, que las plantas y frutos no acumulen cesio. ¿Cómo y cuándo nació este proyecto?

Parte de este trabajo está inspirado en los resultados previos que obtuve durante mi post-doc en Francia en arroz  y en el trabajo que formaba parte de la Tesis de Reyes Ródenas en el CEBAS. La hipótesis era que una proteína especializada en el transporte de potasio, SlHAK5, constituía una vía importante de entrada de cesio a través de la raíz en las plantas de tomate. Por tanto, anulando la función de SlHAK5 se podría reducir la acumulación de cesio en la planta de tomate. Quiero destacar la aportación a este proyecto del estudiante de doctorado del CEBAS Alberto Lara y del investigador Francisco Rubio. 

¿Cómo ha sido el proceso de investigación y sus fases? ¿Qué papel juega este gen?

La forma más eficaz de anular la función de SlHAK5 es inactivar el gen mediante el sistema CRISPR-Cas (el Nobel de Química 2020 se lo han concedido a las investigadoras que lo rediseñaron).

Este sistema ayuda a la aparición de mutaciones en el sitio deseado dentro de un gen de interés. Con una alta probabilidad se pueden seleccionar plantas con mutaciones que conllevan la inactivación de un gen, en nuestro caso era SlHAK5. Una vez se obtuvieron las plantas sin la función SlHAK5, las ensayamos en el CEBAS y comprobamos que acumularon menos cesio que las plantas que tenían SlHAK5 activo. Esto se debe a que las plantas sin SlHAK5 no absorben el cesio por la raíz y así se evita que éste llegue a otros órganos de la planta. Cabe destacar que la concentración de cesio en el fruto de las plantas sin la función SlHAK5 fue 22 veces inferior a la que presentaron las plantas con la función SlHAK5. 

La función de SlHAK5 es transportar potasio desde el suelo al interior de la raíz cuando el potasio es escaso en el medio (concentración externa inferior a 50 µM). Curiosamente, SlHAK5 tiene una capacidad similar de transportar potasio y cesio. En los entornos contaminados por cesio radioactivo (Chernóbil y Fukushima, por ejemplo) la concentración de cesio en el suelo es inferior a 50 µM por lo que entra en el rango de concentraciones donde SlHAK5 es importante. Así, mientras la concentración de potasio no sea escasa, la falta de SlHAK5 no penaliza la nutrición de potasio de la planta de tomate pero sí se frena casi por completo la entrada de cesio.

¿Cuál es la función del potasio en la producción de tomate? ¿Cómo afecta la deficiencia del mismo en las plantas?

El potasio es el principal catión en las plantas. Tiene un rol especial como nutriente debido a su alta movilidad, su carga positiva y su poder osmótico que le confieren un papel protector frente a diferentes estreses ambientales y ayuda a procesos fisiológicos como la fotosíntesis. Además, debido a estas características, el potasio juega un papel importante en la acumulación de agua y solutos en el fruto. Por tanto, un suministro de potasio adecuado es necesario tanto para obtener un alto rendimiento como una buena calidad de los tomates.

¿Qué supone la absorción de cesio en las plantas y nuestra salud? ¿Hasta qué punto supone un reto su producción de cultivos bajos en cesio para los agricultores?

El problema para la salud surge de la ingesta de alimentos con radioactividad (por ejemplo, si contienen cesio radioactivo). Esto puede ocurrir si se han cultivado plantas en entornos contaminados con cesio radioactivo (como en algunas áreas próximas a Fukushima o Chernóbil). Las plantas tienen facilidad para acumular cesio a partir del suelo (en tomate se debe al transportador SlHAK5 principalmente) y distribuirlo a todos los órganos de la planta. Actualmente los controles sanitarios evitan que alimentos con peligro para la salud se puedan comercializar. Aun así, en Japón existe un gran interés por cultivos con una baja capacidad de acumular cesio ya que tienen una mejor aceptación. En zonas donde la agricultura está limitada por la contaminación del cesio radioactivo en el suelo (en Japón, por ejemplo), el cultivo de plantas sin la función de SlHAK5 sería una alternativa razonable para producir tomates.

¿Qué beneficios aporta este proyecto respecto a la calidad de los cultivos y su vida útil? ¿Y a la salud de los consumidores?

Queda pendiente evaluar qué mejoras aporta el uso de estas plantas en un entorno contaminado con cesio radioactivo. El objetivo es reducir al máximo el contenido en cesio radioactivo en el alimento. La mayor ventaja de las plantas sin SlHAK5 sería poder cultivar tomates en zonas donde ahora la agricultura está limitada. Además, en zonas donde hay niveles bajos de contaminación (y se permite la agricultura), se podrían obtener tomates con niveles de cesio radioactivo más bajos que con las variedades actuales.

Por otra parte, existe una gran demanda en la industria agroalimentaria de frutos carnosos bajos en semillas. El CSIC también ha logrado, gracias a esta investigación, obtener plantas capaces de producir tomates sin semillas o con muy baja cantidad de las mismas. ¿Cuándo se dieron cuenta de que era posible este logro?

Fue un hallazgo inesperado. Teníamos pistas sobre la función de SlHAK5 a nivel del transporte de potasio y cesio, pero no esperábamos que al inactivar SlHAK5, las plantas dejasen de tener semillas en el fruto. Parece que la falta de semillas se debe a que SlHAK5 es importante para la viabilidad del polen. Así, una planta que carece de SlHAK5 tiene un polen poco viable y no puede fecundar los óvulos. Si no hay fecundación, las plantas de tomate desarrollan frutos igualmente y estos carecen de semillas.

No obstante, existen variedades naturales de tomate que son partenocárpicas, es decir, producen frutos sin semilla. ¿Qué diferencias existen entre otros frutos y los resultados de esta investigación? ¿Existen problemas asociados a la fisiología de estas hortalizas?

Muchas variedades naturales partenocárpicas presentan otras alteraciones en su fisiología que pueden limitar su productividad. En cambio, la falta de función de SlHAK5 no conlleva ningún problema para la planta salvo que crezca durante mucho tiempo a concentraciones de potasio muy bajas (inferiores a 50 µM).

¿Cuáles son las principales aplicaciones de esta investigación?

La producción de frutos partenocárpicos es de interés para la industria agroalimentaria dedicada a la obtención de salsas ya que las semillas suponen un obstáculo en el procesado del fruto. Además, algunos frutos partenocárpicos presentan mejor sabor y mayor vida media que frutos con semillas, por lo que estos aspectos también pueden ser de interés.

¿Se puede llevar a cabo para cualquier variedad de tomate, incluidas aquellas variedades que son utilizadas en la obtención de salsas?

La ventaja del sistema CRISPR-Cas (el que hemos utilizado para inactivar SlHAK5) es que se puede aplicar sobre cualquier planta. Por tanto, se podría inactivar fácilmente SlHAK5 en cualquier variedad de tomate.

¿Qué ventajas económicas supone para los productores de tomate la obtención de frutos sin semillas o con muy baja cantidad de las mismas?

Ahora mismo no conozco cifras, pero el hecho que no tengan que separar las semillas del resto del tomate es un paso del proceso que se ahorran en la elaboración de salsas y por tanto debe repercutir en menos costes.

Por último, desde el CSIC se encuentran en la búsqueda de empresas interesadas en la licencia de la patente para el desarrollo y la comercialización de estos frutos. ¿En qué fase se encuentra esta oferta?

Ahora mismo estamos distribuyendo información a empresas que puedan interesadas. La patente se depositó hace muy poco tiempo.

EN NOMBRE PROPIO

Libro o Película...El origen de las especies (Charles Darwin)

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Animal...Perro

Afición...Leer

Deseo...Fin de la pandemia

Día de la semana...sábado

Estación...Verano

Comida...Arroz y marisco

Refrán…Más sabe el diablo por viejo que por diablo