Herbert Angel Delgado Salazar; Sandro Jhonatan Condori Pacsi; Maria Rosario Elsa Valderrama Valencia; Virginia Muñoz Mico; Jesús Mauricio Portilla Coaguila; Emylen Bhuton Peqqeña Charca; Heike Inge Ada Sederoff .

Objetivo

Obtener una nueva variedad de Lupinus sp con bajo contenido de alcaloides y una nueva variedad de Chenopodium sp con bajo contenido de saponinas en sus semillas a través de la edición genética con CRISPR/CAS

Resumen:

En Arequipa se encuentran dos especies de vegetales nativas de gran valor económico, que en nuestra localidad poca importancia se le da, sin embargo, a nivel internacional lupinos presenta alto impacto por su elevado contenido de proteínas y Chenopodium por su riqueza en el contenido de aminoácidos rico en azufre, estos dos productos presentan grandes propiedades nutricionales. Estas plantas presentan la capacidad de crecer en lugares con poco abono, tal es así que Lupinus es un género que desarrolla simbiosis con bacterias fijadoras de nitrógeno y dentro de un plan de rotación de cultivos se puede cultivar especies del género Chenopodium para el aprovechamiento de los nutrientes. Sin embargo, plantas del género Lupinus y Chenopodium presentan sustancias antinutricionales como los alcaloides y saponinas respectivamente, considerados como elementos antinutricionales, así mismo aún existe poca información sobre las ruta de acumulación de estos productos en las semillas. En la actualidad existen técnicas que permiten apagar genes de forma directa y específica, las repeticiones palindrómicas cortas agrupadas espaciadas regularmente o por sus siglas en inglés CRISPR/CAS (Clustered regulary Interspaced short palindromic repeats), es una técnica moderna de edición de genes con alta especificidad, esta técnica nos permitirá identificar los genes implicados en la biosíntesis y transporte de alcaloides y saponinas, la edición de estos genes permitirá disminuir la concentración de estas sustancias antinutricionales. El producto final de la investigación será obtener dos nuevas variedades nativas de Lupinus y Chenopodium con semillas de alta concentración de proteínas y baja concentración de alcaloides y saponinas. Para conseguir este objetivo, tomaremos muestras de semilla de Lupinus y Chenopodium de la región de Arequipa, y cuantificamos la concentración de proteínas totales alcaloides y saponinas de Lupinus y Chenopodium respectivamente. El análisis bioinformático de los mapas genómicos de Lupinus Angustifolium y Chenopodium quinoa nos permitirá identificar las secuencias de los genes implicados en la síntesis temprana de los alcaloides y saponinas, así como sus transportadores asociados para poder sintetizar primer´s conservados y estos serán utilizados en nuestras variedades nativas, para amplificar dichos genes, los productos genéticos obtenidos serán secuenciados y a partir de ellos sintetizan los RNA guías para realizar el constructo con el sistema CRISPR, con estos constructos se realizará las ediciones de Lupinus y Chenopodium, y se seleccionarán aquellas líneas segregantes con baja cantidad de alcaloides y saponinas y con elevadas concentraciones de proteínas, libres del transgen.

Palabras clave

Lupinus, Chenopodium, CRISPR, Alcaloides, saponinas , proteínas , UNSA, Arequipa

Problema central

La región de Arequipa, es una zona que alberga especies adaptadas a sus condiciones climáticas características, a la actualidad dentro de los recursos naturales nativos utilizados son los de interés medicinal, sin embargo hasta el momento no se han explotado los recursos con contenido de proteínas. Dentro de los recursos naturales silvestres de la región se encuentra el género Lupinus que se caracteriza por el alto contenido de proteína en sus semillas, y la capacidad de generar una asociación simbiótica con bacterias fijadoras de nitrógeno, sin embargo; se ha encontrado que el género Lupinus presenta alcaloides, que desde el punto de vista de sanidad vegetal estos son vías de defensa frente al ataque de patógenos, y desde el punto de vista de los nutricionistas son sustancias antinutricionales tanto para el hombre como animales, así mismo, se ha encontrado que los alcaloides incrementan su producción a medida que incrementa la concentración de proteínas en las semillas (Por publicar). Aún no se ha conseguido una disminución de la cantidad de alcaloides y la FAO (2006), ha determinado que el nivel mínimo de alcaloides deben de estar por debajo de 0.02%. No hay referencia actualizada que haya determinado si estos alcaloides son sintetizados en las semillas o son transportados hacia las semillas. Otro género de importancia es el Quenopodium Los estudios realizados por Ward, S (2000) indican que la concentración de saponina tiene efectos de dominancia, componente importante de la varianza genética y que debido a la naturaleza alotetraploide de la quinua, también puede ocurrir heterocigosidad en los loci que controlan el contenido de saponina. Dada la respuesta limitada a la selección, existe un uso potencial por los agricultores de quinua de usar otros métodos alternativos para reducir los niveles de saponina en el grano.

Hipótesis planteada

Dado que los mecanismos genéticos de la producción de alcaloides y saponinas esta controlado por caracteres cuantitativos con efectos de dominancia, y obtener nuevas variedades es muy largo y costoso. El contar con técnicas que permita apagar genes de forma directa y especifica, se podrá obtener variedades de lupinus y chenopodium con bajo nivel de alcaloides y saponinas respectivamente en menor tiempo.

Resultados esperados

Con el financiamiento otorgado se tendrá:
- 02 Estudiantes o egresados UNSA titulados/graduados como Licenciados en Biología con la opción de publicación de artículos en revistas indizadas en bases Scopus o Web of Science
- 03 artículos científicos aceptados para publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web of Science con filiación a la UNSA.
- 02 ponencias realizadas nacionalmente.
- 01 Ponencia Internacional.
- 02 Certificados de obtentor vegetal registrados ante INDECOPI (con titularidad de la UNSA y autoría de los investigadores) / Solicitudes de Propiedad Intelectual

Así también, como resultado de la investigación se espera tener:
- Una nueva variedad de Lupinus sp. con bajo contenido de alcaloides y una nueva variedad de Chenopodium sp. con bajo contenido de saponinas.
- Un banco de germoplasma de especies vegetales UNSA – Arequipa.
- 03 Docentes UNSA con publicación en revistas indizadas en la base Scopus o Web of science, con opción a calificar o mantenerse como REGINA y su correspondiente designación como docente investigador (por Consejo Universitario).

Impactos esperados

Impacto tecnológico: La región de Arequipa contará con un centro especializado en tecnologias de alta perfomance, para generar mejoramiento genético de las especies de lupinus y chenopodium.
Impacto social: La comunidad agrícola de Arequipa contará con dos nuevas variedades que podrá agrupar a un sector de agricultores y generar empleo.
Impacto económico: Estas dos variedades se constituirán en productos que generen riqueza basados en una producción mas activa puesto que, contará con productos que sean amigables con la salud, debido a que se han disminuido sus factores antinutricionales.
Impactos ambientales: La rotación entre las dos nuevas variedades de lupinus y chenopodium disminuiría el uso de fertilizantes artificiales.