Un equipo de investigadores de la Universidad de Costa Rica (UCR), la Universidad Nacional de Costa Rica (UNA) y el Centro Nacional de Alta Tecnología (CeNAT) entre el 2018 y 2019 estudiaron la distribución actual y futura de la diversidad genética de Psidium friedrichsthalianum Ndz (cas) en Costa Rica. Para este trabajo se enfocaron en el uso de modelos de cambio climático y su relación con la diversidad genética y la producción de polifenoles para la industria farmacéutica y cosmética.
¿De qué se trató el estudio?
La especie Psidium friedrichsthalianum, conocido comúnmente en Costa Rica como cas, es un tipo de árbol frutal de aparente origen costarricense que, antes de este estudio, no contaba con mediciones de su diversidad genética ni análisis de la composición química de sus frutos, los cuales tienen alto contenido polifenólico y una excelente capacidad antioxidante.
El equipo investigativo optó por definir como objetivo general la distribución de la diversidad genética de cultivos de cas en el país, esto mediante modelos de cambio climático MaxEnt y su relación con la producción de polifenoles de las distintas poblaciones. Es decir, les interesaba entender cómo la distribución del cas repercute en la cantidad de polifenoles que producen los diferentes cultivos y tipos de cas, esto para así ayudar al sector farmacéutico y de cosméticos en la selección de los cultivos más apropiados para sus productos.
Adicionalmente, plantearon los siguientes objetivos específicos:
Objetivo 1. Describir la distribución geográfica de cas en Costa Rica y crear modelos de distribución basados en variables climáticas.
Objetivo 2. Caracterizar diversidad genética intrapoblacional e interpoblacional de cinco zonas de cultivo de cas utilizando SNPs.
Objetivo 3. Caracterizar veinte individuos de cada una de las cinco poblaciones de fruta de cas cultivadas en nuestro país, en cuanto a su potencial nutracéutico.
Objetivo 4. Establecer relaciones genéticas entre individuos para inferir componentes de variación genética para el rasgo cuantitativo de producción de polifenoles.
Objetivo 5. Establecer una colección in vitro de material clonal de cas.
Proceso y resultados del estudio
Anteriormente se comentó que los frutos de cas tienen un alto contenido polifenólico, esto significa que, por su composición química, posee propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, conservantes y entre otras, que resultan de gran utilidad en la industria farmacéutica y cosmética. Sin embargo, aunque se conocía de estas funciones, antes del proyecto se desconocía sobre mediciones de la diversidad genética de esta especie y de la composición química de sus frutos, ya que posteriormente ellos se encargaron de abordar ambas temáticas.
Tanto para caracterizar la diversidad y la estructura genética como la distribución futura en modelos de cambio climático de los cultivos de cas en Costa Rica, los investigadores emplearon la técnica ddRADseq, la cual permite detectar variación genética (SNPs), analizar estructura genética, reconstruir relaciones evolutivas e identificar adaptaciones genéticas. Además, cuantificaron el contenido polifenólico de frutos provenientes de diferentes cultivares en el país.
De acuerdo con el reporte final, se obtuvieron 4 519 SNPs y una heterocigosidad (diversidad genética) total de He = 0.352 ± 0.003; sin diferencia entre poblaciones. Esto significa que se obtuvo una gran cantidad de información genética para analizar, y sus resultados indican que esta especie tiene alta diversidad genética distribuida a lo largo del país, sin que algunas regiones cuenten con más o menos diversidad. Además, encontraron que las variedades poseen un alto nivel nutricional aunque no encontraron propiedades antibacteriales.
Asimismo, observaron un exceso de heterocigotas en todas las plantaciones, esto es posible porque provengan de individuos altamente heterocigotos. Según sus resultados, es probable que las poblaciones de cas se estructuren significativamente (Fst=0.220; p<0.05), por diferencias en elevación y barreras naturales; pero no por distancia (IBD). Los modelos climáticos de MaxEnt sugieren que las zonas bajas son las más afectadas por diferentes escenarios de cambio climático, lo cual puede afectar el cultivo futuro de esta fruta en esas zonas.
En los resultados también se demostró que las poblaciones de cas presentan un contenido polifenólico promedio de 29.7 mg ácido gálico/g de muestra seca; un valor muy superior a los reportados para otras bayas, como por ejemplo los arándanos.
La población de Batán, en Guápiles, tiene el menor contenido polifenólico y Tacacori el más alto, sin embargo, estas diferencias no son significativas. El grupo de investigación no encontró una relación entre la variación genética y la variación en la producción de polifenoles entre poblaciones. Lo cual sugiere que posiblemente tenga algún componente ambiental importante.
Los investigadores también obtuvieron información respecto al potencial nutracéutico del cas y su consistente actividad antioxidante en las distintas áreas donde se muestreó. Finalmente, los investigadores consideraron que la información que se generó en esta investigación podría ser de importancia para el resguardo de germoplasma con alta diversidad genética en zonas de cultivo vulnerables a cambio climático, como las zonas bajas del país, para establecer bancos de germoplasma y programas de mejoramiento genético.
¿Qué información académica se generó?
- Genome size and chromosome number of Psidium friedrichsthalianum Ndz (“Costa Rican Guava”) in six populations of Costa Rica. Disponible para leer en inglés
- Caracterización de diversidad genética en poblaciones cultivadas de cas (psidium friedrichsthalianum (O. Berg) Nied) utilizando descriptores citogenéticos y moleculares para fines de mejoramiento genético. Disponible para leer en español
¿Quiénes estuvieron involucrados?
Equipo investigador: Eric Fuchs Castillo (UCR), José Ángel Rodríguez Corrales (UNA), Mónica Rojas Gómez (CeNAT), Gerardo Rodríguez Rodríguez (UNA), Max Chavarría Vargas (UCR), Emanuel Araya Valverde (CENIBiot), Laura Sánchez Calvo (CENIBiot) y Víctor Álvarez Valverde (UNA).
Equipo asistente: Cristofer Orozco Ortíz (CeNAT), Gustavo Solano Gutiérrez (UNA), David Tenorio Quesada (UNA), Andrea Avendaño Vargas (UNA), Andrés Montoya Ruíz (UNA), Jose Pablo Barrantes Rojas (sin especificar), Lidia Maria Benitez González (sin especificar), Willy Fabián Mora Escobar (sin especificar), Victor Manuel Morales Castro (UNA) y Ana Beatríz Picado Hidalgo (sin especificar).
Glosario
Alimento nutracéutico: Sustancias químicas o biológicas activas que, si se encuentran en alimento o se agregan a él, presume un efecto favorable sobre la salud. Los alimentos nutracéuticos previenen las enfermedades crónico degenerativas que son los infartos, embolias, hipertensión, diabetes, cánceres hormonodependientes (glándulas mamarias, próstata, tiroides, etc) (Perez, 2006).
Capacidad antioxidante: Es la capacidad de una sustancia de retardar o prevenir la oxidación de otras moléculas y contrarrestan los radicales libres, los cuales afectan a los seres humanos en posibles enfermedades (Benítez-Estrada et al., 2020, párr. 3).
Diversidad genética: Es el número total de características genéticas dentro de cada especie. Esta diversidad se reduce cuando hay “cuellos de botella”, es decir, cuando una población disminuye sustancialmente y quedan pocos individuos. A mayor diversidad genética, las especies tienen mayores probabilidades de sobrevivir a cambios en el ambiente. Las especies con poca diversidad genética tienen mayor riesgo frente a esos cambios (CONABIO, 2020).
Germoplasma: Es cualquier parte de las plantas de los bosques, selvas y semidesierto que puede generar otra nueva planta, puede ser a través de semillas, estacas, rebrotes, puntas, hijuelos, entre otros (CONAFOR, 2015).
Modelos de cambio climático: Son una simulación por computadora del sistema climático terrestre, que incluye la atmósfera, el océano, la tierra y el hielo. Se encargan de calcular diversas propiedades del clima, como la temperatura atmosférica, la presión, el viento y la humedad (National Centre for Atmospheric Science, s.f., párr. 1-2).
Polifenoles: Son compuestos con una estructura molecular caracterizada por uno o varios anillos fenólicos, se originan principalmente en las plantas (como en uvas, moras, aceite de oliva, té verde, etcétera), pues los sintetizan en gran cantidad. Su naturaleza fisicoquímica permite que cumpla diversas funciones metabólicas celulares de óxido-reducción, además posee propiedades antioxidantes que resultan beneficiosas en el consumo (Quiñones, Miguel y Aleixandre, 2012 , párr. 5-7).
Técnica ddRADseq: Es una técnica que consiste en combinar la representación genómica reducida mediante digestión con dos enzimas de restricción y la secuenciación de nueva generación (NGS) para obtener miles de marcadores (SNP, SSR e InDels) y genotipificar muestras simultáneamente (Aguirre et al., 2023, párr. 1).
Fuentes consultadas
Aguirre N., Filippi C., Vera P., Puebla A., Zaina G., Lia V., Marcucci S., Paniego N. Double Digest Restriction-Site Associated DNA Sequencing (ddRADseq) Technology. Methods Mol Biol. 2023;2638:37-57. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36781634/
Alcántar, V., Benítez, A., González, G., Puga, R, Quintero, A. & Villanueva, J. (2020). Determinación de la capacidad antioxidante total de alimentos y plasma humano por foto quimioluminiscencia: Correlación con ensayos fluorométricos (ORAC) y espectrofotométricos (FRAP). TIP. Revista especializada en ciencias químico-biológicas, 23, e20200244. Epub 05 de marzo de 2021.https://doi.org/10.22201/fesz.23958723e.2020.0.244
CONABIO (17 de enero 2020). Diversidad Genética. Biodiversidad Mexicana. Recuperado
el 31 de Julio de 2024 de https://www.biodiversidad.gob.mx/genes/divgenetica
CONAFOR (29 de diciembre de 2015). Germoplasma Forestal. Gobierno de México.
Recuperado el 31 de Julio de 2024 de https://www.gob.mx/conafor/documentos/germoplasma-forestal-27707
National Centre for Atmospheric Science (s.f.). What is a climate model? https://ncas.ac.uk/learn/what-is-a-climate-model/
Pérez Leonard, H., (2006). Nutracéuticos: componente emergente para el beneficio de la salud. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, XL(3), 20-28.
Quiñones, M., Miguel, M., Aleixandre, A.. (2012). Los polifenoles, compuestos de origen natural con efectos saludables sobre el sistema cardiovascular. Nutrición Hospitalaria, 27(1), 76-89. Recuperado en 31 de julio de 2024, de http://scielo.isciii.es/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0212-16112012000100009&lng=es&tlng=es.
Elaboración de artículo
Gina Alfaro y Alejandra Zarate