La papaya transgénica «SunUp» se desarrolló en la década de 1990 y fue ampliamente publicitada debido a su capacidad para resistir el virus de la mancha anular de la papaya. Aunque los investigadores del grupo Ming identificaron la secuencia genómica de SunUp en 2008, no estaba claro dónde estaban las inserciones transgénicas y qué efecto tenían. Ahora, un nuevo estudio ha identificado estos cambios y cómo influyen en las plantas transgénicas.
Las frutas de papaya son una rica fuente de potasio, magnesio y vitaminas A y C, lo que impulsa un aumento constante en su producción mundial. La papaya se originó y fue domesticada en el sur de México y América Central, y ahora se cultiva en regiones tropicales y subtropicales de todo el mundo. La papaya silvestre tiene pequeños frutos con semillas con muy poca pulpa comestible, mientras que la versión domesticada puede pesar más de cinco libras. Sin embargo, había un problema importante: la papaya era susceptible al virus de la mancha anular de la papaya, lo que generaba plantas atrofiadas que no producían frutos maduros y no había resistencia en el código genético de la papaya.
Para contrarrestar este problema, los investigadores desarrollaron la papaya transgénica SunUp, utilizando una técnica llamada transformación mediada por bombardeo de partículas. Las partículas de oro se cubrieron con el gen de la proteína de la cubierta del virus y se inyectaron en las células de la papaya no transgénica «Sunset» con una pistola de genes. Por lo tanto, SunUp contenía secuencias de genes del virus y estaba protegido de la infección mediante el silenciamiento de genes mediado por ARN.
«Nos tomó 8 años leer cada nucleótido de ADN en las inserciones y reordenamientos, y repetimos la secuenciación utilizando diferentes tecnologías para comprender la naturaleza de estas inserciones transgénicas», dijo Ray Ming (GEGC), profesor de biología vegetal. «La inserción fue tan compleja que, aunque secuenciamos el genoma en 2008, no sabíamos dónde estaban ubicadas las secuencias transgénicas».
En estudios anteriores, los investigadores utilizaron la tecnología de secuenciación de ADN de Sanger que lee tramos cortos de ADN, de 500 a 600 bases, lo que dificulta ubicar con precisión las secuencias transgénicas en el borrador del genoma. En el estudio actual, utilizaron tecnologías de secuenciación de Pacific Biosciences y Oxford Nanopore para leer tramos muy largos de ADN. «Estas son las últimas técnicas disponibles y nos permitieron leer entre 50 y 200 mil pares de bases a la vez», dijo Ming.
El grupo descubrió que SunUp tenía una inserción de 1,6 millones de pares de bases, que consistía en fragmentos de ADN no solo de la pistola de genes, sino también de secuencias de ADN nuclear que se originaban en los cloroplastos y las mitocondrias. «Había 74 fragmentos en la inserción: 42 eran fragmentos de cloroplastos nucleares, 13 eran fragmentos mitocondriales nucleares, 10 eran del genoma del cloroplasto y 3 eran del genoma mitocondrial», dijo Ming. «El bombardeo de partículas rompió el ADN de doble cadena e insertó los 74 fragmentos en una ubicación en el cromosoma 5 del genoma».
Sorprendentemente, aunque hay una inserción tan grande, la manipulación transgénica no provocó ningún cambio en la expresión génica. «Observamos cada secuencia de genes y no hay impacto en la función del genoma. Cuando comparamos SunUp y Sunset, solo tienen 20 genes que se expresan de manera diferencial, que se deben a reordenamientos mediados por transposones y no a la manipulación genética realizada por transformación mediada por el bombardeo de partículas», dijo Ming. Los reordenamientos mediados por transposones ocurren naturalmente y conducen a cambios graduales con el tiempo, lo que se espera ya que SunUp y Sunset han estado creciendo y divergiendo durante 30 años.
Los investigadores van a observar otras líneas transgénicas de papaya para ver si tienen reordenamientos similares. «Esperábamos muchos más sitios de inserción y reordenamientos y nos sorprendió que solo hubiera dos. Además de la inserción de 1,6 Mb causada por los 74 fragmentos, hubo una eliminación de 591 Kb en el cromosoma 5 que se movió a la inserción de 1,6 Mb. Todavía no entendemos por qué había fragmentos nucleares de mitocondrias y cloroplastos que flanqueaban los tres fragmentos transgénicos y por qué se insertaron todos en el mismo lugar. Examinaremos otras líneas transgénicas para ver si hay algún mecanismo subyacente en común», dijo Ming. .
«Dado que la papaya transgénica tiene una resistencia tan fuerte al virus de la mancha anular de la papaya y, por lo tanto, salvó a la industria de la papaya hawaiana, fue el ejemplo perfecto de los cultivos transgénicos. La papaya transgénica fue aprobada por varios países que rechazaron otros cultivos similares», dijo Ming. «Este trabajo fortalecerá el mensaje de que incluso después de tres décadas, aún podemos consumir papaya transgénica de manera segura y no hay efectos negativos en el genoma de la papaya ni en los consumidores».
El trabajo fue apoyado por el Premio del Programa de Investigación del Genoma Vegetal de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Fujian y el Fondo de Innovación Científica y Tecnológica de la Universidad de Agricultura y Silvicultura de Fujian.
