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Palabras clave
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Lupinus mutabilis, alcaloides quinolizidínicos (QA), variabilidad genética, expresión genética, marcadores SNP, RT-qPCR , mejoramiento genético
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Justificación del proyecto
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Los vacíos de información sobre los mecanismos genéticos que regulan la producción de alcaloides quinolizidínicos (QA) convierten a Lupinus mutabilis en un modelo bioquímico aún por descifrar. Esclarecer estos procesos es primordial para aprovechar el alto potencial agroindustrial de esta especie, cuyo uso sigue sin ser plenamente explotado debido a la presencia de estos compuestos en sus semillas.
En L. mutabilis (conocido como tarwi, tauri o chocho), los alcaloides predominantes son la lupanina (77,2% del total) y la esparteína (9,9%) (Carvajal-Larenas et al., 2015; Cortés-Avendaño et al., 2020). Esta especie se distingue por tener la mayor concentración de QA entre los principales altramuces cultivados a nivel mundial, alcanzando hasta 2,8 g por cada 100 g de peso seco (Hatzold et al., 1983; Santos et al., 1997; Carvajal-Larenas et al., 2015).
La alta presencia de estos metabolitos secundarios representa un desafío significativo, ya que su toxicidad y sabor amargo generan efectos adversos para la salud. Se ha reportado que su consumo directo puede provocar enfermedades hepáticas y bloqueo neuromuscular, con riesgo de intoxicaciones graves en adultos e incluso efectos letales en niños (Camacho et al., 1991; Aguilera & Trier, 1978). En animales, los QA afectan la palatabilidad del alimento, reduciendo su ingesta y, en consecuencia, disminuyendo el rendimiento zootécnico (Van Barneveld, 1999). Aunque algunas evidencias sugieren que el microbioma ruminal puede metabolizar parcialmente estos alcaloides en compuestos no tóxicos, existe preocupación sobre la posible transferencia de residuos alcaloides a productos derivados, como la carne y la leche, lo que podría comprometer la seguridad alimentaria (Koester et al., 2020; Schrenk et al., 2019).
La acumulación de QA en las semillas de L. mutabilis es una de las principales limitaciones para su consumo y comercialización. Su toxicidad y amargor restringen su uso sin un proceso previo de desamargado, lo que incrementa los costos de procesamiento y dificulta su industrialización. Por ello, resulta fundamental continuar con investigaciones dirigidas a reducir la acumulación de estos compuestos, lo que permitiría mejorar la competitividad del L. mutabilis en el mercado y potenciar su viabilidad como recurso agroindustrial (Mears & Mabry, 1971; Gross et al., 1988; Carvajal-Larenas et al., 2015).
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Hipótesis del proyecto
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Dado que se ha demostrado que la expresión de genes clave, como la lisina/ornitina descarboxilasa y el transportador 1 de permeasa de purina, involucrados en la biosíntesis y transporte de alcaloides quinolizidínicos (QA), varía entre accesiones dulces y amargas de Lupinus angustifolius, particularmente durante la maduración de la semilla, y que el factor de transcripción RAP2-7 ha sido identificado como un regulador positivo de esta vía metabólica en L. angustifolius (Czepiel et al., 2021; Wainaina et al., 2024). Entonces, es posible encontrar variabilidad genética en las accesiones de Lupinus mutabilis para estos genes, además el perfil de expresión genética podría explicar los niveles de concentración de alcaloides quinolizidínicos en la formación de una línea dulce y amarga.
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Resultados esperados del proyecto
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- Tesis de pregrado para optar al Título Profesional de Biólogo
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Impactos esperados
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TECNOLOGICO: La caracterización molecular y genética de genes clave, como la descarboxilasa de lisina/ornitina resulta primordial, el transportador 1 de permeasa de purina y el factor de transcripción RAP2 – 7 permitirá ampliar el conocimiento sobre la producción, transporte y regulación de alcaloides quinolizidínicos en Lupinus mutabilis. Estos hallazgos son fundamentales para los esfuerzos de mejoramiento genético que facilitarían la optimización del balance de alcaloides en diferentes órganos de la planta, promoviendo el desarrollo de variedades con perfiles fenotípicos "dulces”. El determinar los mecanismos moleculares en la formación de alcaloides permitirá desarrollar planes de mejora genética con mayor acierto y obtener líneas dulces en menos tiempo.
SOCIAL: Desarrollar este proyecto dará insumos a la comunidad de científicos para implementar programas de mejora de doble propósito (nutrición y farmacéutica), los cuales beneficiaran a la comunidad agrícola, debido a que además estas plantas cumplen un ciclo de nutrición en las áreas agrícolas por su asociación con bacterias nitrificantes.
AMBIENTAL: Mantener variedades con hojas de alto contenido de alcaloides fortalecerá la defensa química sustancial contra herbívoros y patógenos, reduciendo la necesidad de agroquímicos. Y la asociación con microorganismos nitrificantes (Rhizobium) mejorarán los suelos agrícolas y realizar rotaciones de cultivo sin el uso de agroquímicos
artificiales.
ECONÓMICO: Desde el ámbito económico, el desarrollo de una variedad agridulce de Lupinus mutabilis representaría una excelente oportunidad para ampliar su consumo y comercialización. En la actualidad, su alto contenido de alcaloides en sus semillas exige un proceso previo de desamargado para su uso alimentario, lo que incrementa los costos de producción y limita su industrialización.
El mejoramiento genético de esta especie facilitaría su aprovechamiento, reduciendo costos y promoviendo el desarrollo de bioproductos de alto valor. Los alcaloides quinolizidínicos presentes en esta leguminosa tienen aplicaciones farmacológicas prometedoras, abriendo posibilidades para la producción de nuevos fármacos. Además, su elevado valor nutricional lo posiciona como una alternativa competitiva frente a la soya en la industria alimentaria y de suplementos, con potencial para generar un impacto positivo en los mercados locales e internacionales. Esta innovación no solo beneficiaría a la industria, sino que también fortalecería la agroindustria local, generando empleo y dinamizando la economía regional a través de la integración de pequeños productores en cadenas de valor más competitivas.
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