La prueba de PCR para Okinawa mozuku podría aumentar los rendimientos y conducir a cepas tolerantes al clima

Una simple prueba de PCR podría usarse para mejorar el cultivo de algas marrones comestibles, Okinawa mozuku, e incluso ayudar a los intentos de generar cepas tolerantes al calor, informaron científicos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST). La prueba PCR, descrita en un nuevo estudio publicado el 9 de junio de 2022 en Investigación sicológicadetecta nueve genes que revelan la etapa del ciclo de vida del alga mozuku, así como su sexo.

El mozuku de Okinawa (Cladosiphon okamuranus) es un superalimento de algas muy querido en Japón, que los agricultores han cultivado a lo largo de la costa de Okinawa desde la década de 1980. En el otoño, los agricultores cultivan germen de mozuku, o «semillas», en tanques, para inducir sus brotes. Luego, los agricultores las transfieren al océano en redes para que crezcan hasta que se cosechen en primavera. Cada año se recogen entre 15 000 y 20 000 toneladas de mozuku, lo que aporta más de 2 000 millones de yenes a la economía local.

Sin embargo, los agricultores de mozuku se enfrentan actualmente a tres problemas importantes durante el proceso de cultivo. En primer lugar, algunas de las semillas de mozuku no brotan. En segundo lugar, a medida que el mozuku crece en el océano, a veces se desprende de las redes y es arrastrado por las corrientes y las mareas. Finalmente, las algas marinas son particularmente susceptibles al calor, ya que el aumento de la temperatura del océano impide su crecimiento.

«En 2010, el rendimiento cayó a menos de la mitad del nivel de un año típico, lo que se cree que se debe a un invierno inusualmente cálido», dijo el Dr. Koki Nishitsuji, científico del personal de la Unidad de Genómica Marina de OIST, dirigida por el profesor Noriyuki. Satoh. «A medida que se produzca el cambio climático, la frecuencia de inviernos más cálidos podría aumentar, por lo que se necesitan nuevas cepas resistentes al calor».

Una de las formas más efectivas de diseñar rasgos como la tolerancia al calor es a través del cruzamiento, que es cuando los individuos de dos cepas diferentes se cruzan para crear una nueva cepa mixta. Sin embargo, los científicos han tenido problemas para cruzar algas debido a las dificultades para distinguir las células germinales masculinas de las células germinales femeninas.

«En otros organismos, como el óvulo y el esperma de los mamíferos, existen diferencias visibles», explicó el Dr. Nishitsuji. «Pero para las algas, los gérmenes no se pueden identificar a simple vista, solo por su ADN».

En los últimos años, el equipo de investigación de la Unidad de Genómica Marina decodificó el genoma de las cuatro cepas diferentes S-, K-, O- y C-de Okinawa mozuku, y la especie relacionada Nemacystus decipiens, conocida como ito-mozuku en Japonés.

Ahora, al hacer uso de esta gran cantidad de información genómica, el equipo pudo identificar nueve genes clave que determinan el sexo. Cuando los científicos realizaron pruebas de PCR en los germinados de mozuku, cinco de estos genes solo se detectaron en machos, mientras que los otros cuatro solo se encontraron en hembras.

«Ahora que podemos identificar el sexo, hemos comenzado a cruzar la cepa O con la cepa S y la cepa K, para ver si esto da como resultado una cepa más tolerante al calor», dijo el Dr. Nishitsuji. También estamos trabajando en la identificación de genes que puedan actuar como marcadores para las diferentes cepas, de modo que podamos confirmar completamente que los cruces fueron exitosos».

Además de introducir resistencia al calor en las cepas recientemente desarrolladas, el cruce también puede ayudar a los investigadores a abordar el problema de que el mozuku sea arrastrado hacia el mar, al desarrollar cepas de mozuku que se adhieran más firmemente a las redes.

Aunque se desarrolló principalmente para ayudar en el cruzamiento, los agricultores de mozuku también pueden usar la prueba PCR durante la etapa de cultivo de «siembra», permitiéndoles identificar en qué etapa del ciclo de vida se encuentran los germinados.

El ciclo de vida de mozuku es complicado y único, en comparación con los animales y las plantas terrestres. Los seres humanos (y la mayoría de los demás animales) son diploides, lo que significa que las células de nuestro cuerpo contienen dos juegos de ADN: uno de nuestra madre y otro de nuestro padre. Nuestras células germinales (óvulos y espermatozoides) son haploides, lo que significa que solo tienen un conjunto de ADN. En la fertilización, el óvulo haploide y el espermatozoide se combinan para formar un embrión diploide.

Sin embargo, en mozuku, los germinados ocurren en dos etapas diferentes del ciclo de vida, como haploides y diploides. Pero solo los germinados diploides brotan y se convierten en el mozuku maduro y comestible que los agricultores quieren cultivar. Si el tanque está contaminado con plántulas haploides, se produce menos brotación y, en última instancia, se cosecha una menor producción de mozuku.

«Los germinados diploides tienen el mismo aspecto que los germinados haploides masculinos y femeninos, por lo que es una forma común en que los agricultores pierden rendimiento», dijo el Dr. Nishitsuji. «Pero ahora, nuestra prueba de PCR se puede usar desde el principio para verificar si son diploides, ya que estos germenes contendrán los nueve genes masculinos y femeninos».

En otoño, el equipo colaborará con el Centro de Tecnología Marina y Pesquera de la Prefectura de Okinawa en Itoman y la Cooperativa Pesquera de Onna, utilizando las pruebas PCR para intentar mejorar su rendimiento final.

Es importante destacar que los genes marcadores determinantes del sexo identificados en este estudio probablemente sean similares para otras algas pardas, como Undaria pinnatifida (wakame en japonés) y Saccharina japonica (kombu), que también son cultivos económicamente importantes.