Especialistas del CONICET descifraron el genoma de la yerba mate

Especialistas del CONICET lideraron un proyecto internacional que descifró el genoma de la yerba mate Ilex paraguariensis, un cultivo del cual Argentina es el primer productor y que se comercializa para la elaboración de mate, la tercera infusión con cafeína más consumida en el mundo, y otras aplicaciones. El avance se describe en la revista científica eLife.

“El mapa del genoma de la yerba mate Ilex paraguariensis constituye una herramienta que será útil para el mejoramiento genético de esa planta y su aprovechamiento en la industria alimentaria, farmacéutica y biotecnológica”, afirma Adrián Turjanski, director del trabajo e investigador del CONICET en el Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (IQUIBICEN, CONICET-UBA). Y agrega: “También servirá para desarrollar variedades más resistentes a climas y suelos diferentes”.

Federico Vignale, primer autor del estudio, participó del proyecto desde sus inicios como becario doctoral del CONICET bajo la supervisión de Turjanski. “Este proyecto, que marcó un antes y un después en mi carrera científica, tuvo como objetivo secuenciar (‘leer’) el genoma (‘ADN’) de la planta de yerba mate (Ilex paraguariensis) para comprender, entre otras cosas, cómo produce la cafeína, uno de sus componentes más importantes. A pesar de lo que muchos creen, el mate contiene cafeína, no ‘mateína’. De hecho, la molécula de ‘mateína’ no existe”.

Cuando los autores del estudio comenzaron el proyecto, ya se había secuenciado el genoma de un gran número de plantas agrícolas como el té (Camellia sinensis) y el café (Coffea canephora y Coffea arabica), pero de la planta de yerba mate no se conocía su ADN y tampoco se sabía cómo producía la cafeína.

“Comprender cómo la planta sintetiza la cafeína resulta interesante desde un punto de vista evolutivo y también comercial”, explica Vignale quien ahora continúa su carrera científica en una unidad del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) en la ciudad de Hamburgo, en Alemania. Y continúa: “Los altos niveles de cafeína en el mate son responsables del malestar por acidez que algunas personas experimentan al consumirlo. Por lo tanto, en el futuro, al saber cómo la planta sintetiza la cafeína, se podría desarrollar una variedad de yerba mate que no lo produzca para satisfacer aquellos consumidores que así lo prefieran”.

La tesis de doctorado de Maximiliano Rossi, investigador del CONICET en el Instituto de Biotecnología Misiones Dra. María Ebe Reca (InBioMis, FCEQyN-Universidad Nacional de Misiones), forma parte del avance científico publicado en eLife. “Hoy la cafeína es el principal compuesto fitoquímico de importancia económica en el mercado tanto del café, té o mate, pero ahora, con este avance recién publicado, abrimos la jugada a nuevos mercados desde el conocimiento de la genómica para el mejoramiento de la planta con la posibilidad de desarrollar productos descafeinados con plantas que naturalmente no produzcan ese alcaloide y sí produzcan, en mayores cantidades, otros compuestos vegetales de alto beneficio para la salud dadas sus propiedades antioxidantes, antidiabéticas y estimulantes del sistema nervioso”.

Para Pedro Zapata, investigador del CONICET en el InBioMis, también autor del estudio y director de la tesis de doctorado de Rossi, “el avance que realizamos es un gran aporte de la ciencia para el desarrollo agrobiotecnológico futuro del cultivo de la yerba mate Ilex paraguariensis, un cultivo de importancia económica para Argentina y también para la Provincia de Misiones en la que trabajo con mi equipo”.

La ruta de la síntesis de la cafeína en la yerba mate

Para secuenciar el genoma de Ilex paraguariensis se tomaron muestras de ADN de plantas de esa variedad en Misiones y Corrientes, las provincias que concentran la mayoría de las plantaciones de esa variedad y que convierten al país en el primer productor mundial.

Con herramientas bioinformáticas y otras tecnologías, los autores del estudio lograron identificar los genes involucrados en la síntesis de la cafeína en el genoma de la yerba mate Ilex paraguariensis mediante un trabajo de colaboración con Todd Barkman, un botánico estadounidense experto en la síntesis de cafeína en plantas que trabaja en la Universidad de Western Michigan, en Estados Unidos.

“Lo más interesante de este hallazgo es que la ruta biosintética de la cafeína en la yerba mate es diferente a la de otras plantas como el té y el café. Esto sugiere que la síntesis de cafeína evolucionó de manera convergente (“independiente”) en estas especies”, explica Vignale.

Rossi, quien en 2017 realizó una pasantía doctoral en el laboratorio de Barkman, destaca que durante la realización del trabajo también se pudo determinar que un ancestro de la yerba mate duplicó su ADN hace aproximadamente 50 a 70 millones de años. “Esta duplicación genética ancestral pudo haber sido clave en la evolución de la complejidad metabólica de la planta, facilitando la producción de una amplia gama de compuestos naturales, como terpenos, flavonoides, fenoles y xantinas conocidos por otorgarle al mate sus preciadas propiedades antioxidantes, antidiabéticas y estimulantes del sistema nervioso”.

Para Zapata “es destacable la colaboración nacional e internacional en este macro proyecto que permitió llegar a estos resultados tan útiles para una actividad económica muy importante de la Argentina. El camino recién empieza, pero lo importante es que a partir de los resultados que presentamos en nuestro trabajo pueden derivarse múltiples proyectos con potenciales aplicaciones en la industria alimenticia y farmacéutica”.

En esa línea, Turjanski concluye: “Nos alegra ver cómo un trabajo colaborativo con colegas de Misiones, de Corrientes y de otros países logró presentar una herramienta que puede ser útil para diferentes proyectos de interés agronómico y económico centrados en una planta emblemática de la cultura de nuestro país”.

Del trabajo también participaron Raúl Acevedo y Pedro Sansberro, del Instituto de Botánica del Nordeste (IBONE, CONICET- Universidad Nacional del Nordeste); Pedro D. Zapata, del InBioMis; Carlos Modenutti y Ezequiel Sosa, del IQUIBICEN; Dardo Marti, del Instituto de Biología Subtropical (IBS, CONICET-UNaM),  con sede en Posadas, Misiones; Lucas Defelipe, del EMBL; Renato R.M. Oliveira, Gisele Nunes y Guilherme Oliveira, del Instituto Tecnológico Vale, en Brasil; Andrea Hernández García y Satish Nair, de la Universidad de Illinois en Estados Unidos;  German Burguener, de la Universidad de California, en Estados Unidos; y Madeline Smith y Nicole Dubs, de la Universidad de Western Michigan.
Referencia bibliográfica: 

Vignale FA, Hernandez Garcia A, Modenutti CP, Sosa EJ, Defelipe LA, Oliveira R, Nunes GL, Acevedo RM, Burguener GF, Rossi SM, Zapata PD, Marti DA, Sansberro P, Oliveira G, Catania EM, Smith MN, Dubs NM, Nair S, Barkman TJ , Turjanski AG. (2024) Yerba mate (Ilex paraguariensis) genome provides new insights into convergent evolution of caffeine biosynthesis. eLife 14:e104759.

https://doi.org/10.7554/eLife.104759