Usando la genética para mantener el cadmio fuera del arroz.
La duplicación de un gen transportador reduce la acumulación de cadmio tóxico en el arroz sin dañar la calidad o el rendimiento, según los investigadores.
El arroz es un alimento básico para casi la mitad de la población mundial. Sin embargo, en comparación con otros cereales como la cebada y el trigo, absorbe más cadmio del suelo. Según los informes, el arroz representa entre el 40% y el 65% de nuestro consumo dietético total del cadmio, un metal pesado tóxico. Las personas que consumen arroz contaminado con cadmio enfrentan un peligro significativo para su salud, ya que el consumo excesivo de cadmio está relacionado con afecciones como la enfermedad de Itai-itai.
Se han realizado esfuerzos anteriores para reducir la cantidad de cadmio en el arroz mediante la importación de suelo limpio, la gestión del agua y la combinación de suelo contaminado con biocarbón y cal. Estas técnicas, sin embargo, requieren mucho tiempo y dinero. Para abordar esto, los científicos han utilizado el cruzamiento para cultivar arroz que acumula menos cadmio.
En Pokkali, debido a la duplicación de OsNramp5, las raíces absorben más Mn y Cd en las células de la raíz en comparación con otras variedades de arroz (por ejemplo, Koshihikari). La mayor parte del Cd captado a través de OsNramp5 es secuestrado en vacuolas por OsHMA3, mientras que la mayor parte del Mn se transloca a los brotes a través de OsMTP9. Una mayor concentración de Mn en las células de la raíz compite con el Cd por un transportador de eflujo no identificado, lo que da como resultado una menor carga de Cd en el xilema y, posteriormente, en los brotes y granos. La flecha punteada muestra una carga de Cd disminuida por Mn alto. Los colores cian y violeta indican Mn y Cd, respectivamente. Crédito:Jian Feng Ma, Universidad de Okayama
“Hemos estado trabajando en los mecanismos de acumulación de cadmio en el arroz y la cebada durante mucho tiempo y hemos identificado varios genes clave involucrados en su acumulación”, dice el profesor Jian Feng Ma, afiliado al Instituto de Ciencias y Recursos Vegetales de Okayama. Universidad, Japón. Recientemente, el profesor Ma publicó recientemente un artículo en la revista Nature Food detallando los mecanismos genéticos que intervienen en este proceso.
El profesor Ma y los miembros de su equipo de investigación examinaron 132 accesiones de arroz y descubrieron que el gen OsNramp5, cuando se duplicaba en tándem, disminuía la acumulación de cadmio en Pokkali, un tipo de arroz cultivado durante tres mil años en Kerala, India. OsNramp5 codifica una proteína transportadora de cadmio y manganeso en el arroz, según una investigación anterior. Cuando el mismo gen se duplica en tándem, aumenta la absorción de ambos minerales en las células de la raíz. Como resultado, el manganeso y el cadmio compiten en las células por la translocación a los brotes, lo que a su vez inhibe la acumulación de cadmio en estas regiones.
Los investigadores descubrieron que la duplicación en tándem de OsNramp5 está presente de forma natural en solo una de las 132 accesiones de arroz, Pokkali, que puede crecer en suelo costero salado.
Los investigadores también descubrieron que el nivel de expresión espacial de OsNramp5 era aproximadamente dos veces mayor en las raíces de Pokkali que en Koshihikari.
Como Pokkali almacena niveles extremadamente bajos de cadmio en sus brotes, los científicos introgresaron (un término para la transferencia de información genética entre especies) en el gen OsNramp5 duplicado en Koshihikari, una variedad de arroz que es muy popular en Japón pero que acumula niveles relativamente altos de cadmio. Al explicar cómo la reproducción dirigida puede ayudar a los humanos, el profesor Ma dice:“Identificamos un gen responsable de la acumulación diferencial de cadmio en el grano de arroz en función de las variaciones naturales en la acumulación de cadmio. Luego, aplicamos este gen para generar con éxito cultivares de arroz con baja acumulación de cadmio en el grano”.
El equipo encontró que el cultivar Koshihikari con el gen duplicado acumuló cantidades significativamente más bajas de cadmio sin comprometer la calidad o el rendimiento del grano.
Al contar los beneficios de una variedad de arroz con baja acumulación de cadmio, el profesor Ma explica:“El cadmio es un metal pesado tóxico y amenaza nuestra salud a lo largo de la cadena alimentaria. Nuestro estudio proporcionó un material útil para el mejoramiento de variedades de arroz con baja acumulación de cadmio, lo que contribuye a producir alimentos seguros y saludables. Esperamos que este gen sea ampliamente utilizado en el mejoramiento de diferentes cultivares de arroz con baja acumulación de cadmio. Esto nos protegerá del envenenamiento por cadmio”.
Referencia:“La duplicación de un gen transportador de manganeso/cadmio reduce la acumulación de cadmio en el grano de arroz” por En Yu, Wenguang Wang, Naoki Yamaji, Shuichi Fukuoka, Jing Che, Daisei Ueno, Tsuyu Ando, Fenglin Deng, Kiyosumi Hori, Masahiro Yano, Ren Fang Shen y Jian Feng Ma, 18 de agosto de 2022, Comida natural .
DOI:10.1038/s43016-022-00569-w
El estudio fue financiado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
