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AGROBIOTECNOLOGIA

Agrobiotecnología

Al igual que el mejoramiento vegetal, la biotecnología ha sido parte de los esfuerzos que el ser humano aplicó desde la antigüedad a fin de mejorar la calidad e incrementar la cantidad de alimentos. Así, se exploraron posibilidades y se desarrollaron técnicas que permitieron transformar alimentos existentes en otros nuevos. Algunos ejemplos son el uso de levaduras naturales para fabricar pan o vino por los egipcios hace miles de años o el descubrimiento de los sumerios para cuajar la leche y fabricar queso 2.000 años AC. De esta manera, la biotecnología tradicional fue una parte indisoluble de la historia de la mejora de la calidad de vida de nuestros antepasados.

 

En la década del ´80 emerge la biotecnología moderna, basada principalmente en el uso de la ingeniería genética, y comienza a aplicarse a todos los sectores industriales. Más adelante, a mediados de la década del ’90, son comercializados los primeros productos de la biotecnología moderna aplicada al mejoramiento vegetal: los cultivos transgénicos o genéticamente modificados (GM). Desde ese entonces, mediante  su consumo directo o el uso de sus derivados, la biotecnología vegetal o agrobiotecnología ha pasado a formar parte de la vida de millones de personas en todo el mundo.

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Selección Asistida por Marcadores Moleculares (SAM)

Los mejoradores han trabajado, durante años, en la selección de plantas y animales basándose en el fenotipo. La expresión del mismo en un ambiente determinado debe ser evaluada en la progenie de los individuos seleccionados y el tiempo que eso lleva depende del intervalo generacional y el número de descendientes. 

Además, el investigador no puede conocer la cantidad de genes involucrados en la expresión de un carácter, la localización de los mismos o su función solamente con observar el fenotipo. Para ayudar en este proceso la biotecnología moderna ha puesto al servicio de los mejoradores los marcadores moleculares.

Éstos son biomoléculas que pueden relacionarse con un rasgo genético, tienen herencia mendeliana y no son afectadas por el ambiente. Son observables sin importar el estado de desarrollo del individuo ni el tejido analizado, ya que la información genética está presente en todas las células.

Las biomoléculas utilizadas como marcadores moleculares son proteínas y ADN. Las primeras se usan desde finales de los ´70 y han permitido alcanzar logros importantes en el mejoramiento, pero debido a que ellas son el producto de la expresión génica, presentan variaciones entre diferentes tejidos de un mismo individuo, entre poblaciones y también en diferentes épocas del año.

El descubrimiento de las enzimas de restricción y de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) hicieron posible utilizar marcadores basados en el ADN.

La selección asistida por marcadores es el resultado de la combinación entre las técnicas del mejoramiento tradicional y la biología molecular y permite escoger directamente los individuos portadores de los genes de interés. Combinada con las técnicas tradicionales de selección, la SAM es una valiosa herramienta para seleccionar por caracteres de interés, tales como color, calidad de grano o resistencia a enfermedades, entre otras.

Todos los marcadores moleculares descritos a continuación son útiles en la SAM y se utilizan de acuerdo al organismo que se desea estudiar, el carácter involucrado en la selección y el equipamiento del laboratorio donde se realizará el trabajo.

Con la ayuda de la SAM es posible reducir el número de retrocruzas de siete a cuatro para obtener un 97% del padre recurrente, ya que es posible elegir las plantas que llevan el menor segmento cromosómico del padre donador.

Además de la introgresión de caracteres por retrocruza, los cuales están generalmente controlados por uno o pocos genes, la SAM es utilizada para acumular QTL (loci de caracteres cuantitativos) y realizar mejoramiento genético en características codificadas por varios loci. Para ello, se utilizan marcadores que bordean a los QTL de interés y por ellos se selecciona.

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Marcadores bioquímicos

Se utilizan las proteínas e isoenzimas, ya que pueden ser fácilmente extraídas y  analizadas. Las isoenzimas representan diferentes formas moleculares de una misma enzima que muestran especificidad por el mismo sustrato. Por ejemplo, las distintas formas moleculares de la enzima alcohol deshidrogenasa (ADH) se diferencian por la carga eléctrica neta o el peso molecular, pero todas deshidrogenan el alcohol (sustrato) para convertirlo en aldehído.

 

La técnica utilizada para estudiar las isoenzimas es la electroforesis, que permite separar las moléculas por su carga y tamaño sometiéndolas a un campo eléctrico en una matriz líquida o sólida. Las moléculas de mayor tamaño migrarán menos hacia el cátodo, al igual que aquellas que tengan baja carga positiva.

 

Se puede averiguar el número de loci que codifican para el sistema enzimático analizado, el número de alelos en cada locus y las relaciones de dominancia entre dichos alelos utilizando las leyes de Mendel. Para ello, es necesario conocer la estructura cuaternaria de la enzima, la cual puede ser monómera (una cadena de polipéptidos), dímera (dos cadenas) o tetrámera (cuatro cadenas).

En plantas, se utilizan como marcadores las proteínas de reserva que se encuentran en el endosperma. Su alta variabilidad (polimorfismo) ha sido muy útil en la identificación de variedades y la producción de semilla certificada.

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Marcadores basados en el ADN

Éstos se basan en secuencias codificantes o no, las cuales presentan polimorfismo entre individuos. Al utilizar directamente el ADN y no su producto (proteína) se evitan los inconvenientes anteriormente mencionados para proteínas e isoenzimas.

 

Son muy utilizados actualmente en el mejoramiento genético para la identificación de individuos o poblaciones por alguna característica de interés.

 

El mejorador busca que estos marcadores sean neutros, polimórficos y codominantes. La primera característica se refiere a que no deben ser influidos por el ambiente;  la segunda, a que posean un número de alelos tal que permitan identificar diferencias entre individuos; y la tercera, a que sean capaces de distinguir entre homocigotos y heterocigotos.

 

Para comprender el funcionamiento de estos marcadores, primero debe mencionarse el funcionamiento de las enzimas de restricción y de la técnica de PCR.

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Enzimas de restricción

Son también llamadas endonucleasas de restricción. Se aislaron por primera vez a partir de bacterias, organismos que las utilizan como defensa ante el ataque de bacteriófagos. Actúan cortando el ADN viral en varios trozos de manera que éste no pueda reproducirse.

Enzimas de restricción more more
Reconocen secuencias específicas de nucleótidos, los sitios de restricción, y cortan la doble hélice en ese mismo lugar o muy cerca de allí. Las más usadas en biotecnología son aquellas que reconocen secuencias palindrómicas cortas (se leen igual en ambos sentidos) de 4-8 pares de bases, permitiéndole al investigador trabajar con fragmentos más pequeños y más fáciles de estudiar mediante electroforesis. 

La acción que ejercen estas enzimas sobre el ADN es conocida como digestión y cada genoma tiene un “patrón de restricción” definido de acuerdo con la enzima utilizada.

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Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)

Esta técnica se basa en las propiedades que tiene la molécula de ADN para replicarse y permite obtener muchas copias de una secuencia específica utilizando una pequeña cantidad de ADN como molde, en un medio con cebadores, nucleótidos y ADN polimerasa.

Reacción en cadena de la polimerasa (PCR) more more
Las técnicas empleadas para la selección dependerán del tipo de reproducción del cultivo, es decir si es autógamo, alógamo o de reproducción vegetativa, y de las características que se quieran mejorar; aunque existen tres pasos generales que se deben seguir:

1. Desnaturalización (94-95°C): con el aumento de la temperatura las cadenas de ADN se separan permitiendo la acción de la ADN polimerasa.

2. Hibridación (45-65°C): al bajar la temperatura los cebadores, también llamados “primers”, se unen a la cadena molde. Estos cebadores son secuencias cortas de ADN complementario a las secuencias ubicadas al comienzo y al final del fragmento que se quiere multiplicar. 

3. Elongación (72°C): es la síntesis de la cadena complementaria por la ADN polimerasa, la cual comienza a trabajar a partir de los cebadores.

Toda la reacción ocurre en un termociclador, aparato que permite programar los cambios de temperatura. Un ciclo de PCR permite obtener el doble de fragmentos de ADN de los cuales se partió; de esta manera, a partir de una cadena se obtienen dos, luego cuatro, ocho, etc.

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Polimorfismo en el fragmento de los tamaños de restricción (RFLP)

Los RFLP se basan en la detección de fragmentos de ADN de diferente peso molecular, provenientes de la digestión con enzimas de restricción. Ante la presencia de mutaciones (adiciones, deleciones de bases) cambian los sitios de restricción y por consiguiente la longitud de los  fragmentos generados, por lo cual esta técnica permite detectarlas e identificar los individuos portadores.

Los RFLP se basan en la detección de fragmentos de ADN de diferente peso molecular, provenientes de la digestión con enzimas de restricción. Ante la presencia de mutaciones (adiciones, deleciones de bases) cambian los sitios de restricción y por consiguiente la longitud de los  fragmentos generados, por lo cual esta técnica permite detectarlas e identificar los individuos portadores.

 

La técnica consta de los siguientes pasos:


1. Obtención del ADN de los individuos que se estudiarán.
2. Digestión del ADN con enzimas de restricción. El tamaño de los fragmentos obtenidos, depende de la enzima utilizada.
3. Separación de los fragmentos mediante electroforesis.

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Para estudiar genes o fragmentos de ADN con más detalle, puede realizarse un southern blotting, técnica que aprovecha los resultados de los RFLP.

4. Transferencia por capilaridad del ADN desnaturalizado (cadena sencilla) a una membrana de nylon para observar la posición relativa de los fragmentos.
5. Hibridación de los fragmentos con una sonda marcada radiactivamente. En ella se pone la secuencia complementaria al fragmento que se está buscando.
6. Revelación de la hibridación por una reacción de color.

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Microsatélites

En el genoma existen secuencias de 1-4 nucleótidos que se repiten varias veces, los microsatélites, las cuales presentan un elevado polimorfismo de acuerdo al número de repeticiones. 

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Es una técnica basada en la PCR, donde un par de cebadores específicos complementarios a los extremos derecho e izquierdo de un microsatélite lo amplifican y se revelan mediante electroforesis. Por ejemplo, si un individuo “B” tiene una secuencia repetida dos veces más que “A”, la misma migrará en el gel más lentamente y revelará el polimorfismo.

Los microsatélites requieren un trabajo previo importante, ya que es necesario conocer las secuencias repetidas para diseñar los cebadores, pero una vez logrado esto, son de fácil aplicación porque sólo requieren de una reacción de PCR.

 

Son codominantes, específicos para cada especie, están ubicados en lugares conocidos del genoma y permiten desarrollar un gran número de marcadores, lo cual los hace muy útiles en la caracterización de germoplasma.

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Amplificación al azar de fragmentos polimórficos (RAPD)

En esta técnica se utiliza un cebador corto (10-12 nucleótidos) de secuencia arbitraria, que hibridará en aquellos lugares del genoma que encuentre complementariedad, mediante el uso de la PCR.

Amplificación al azar de fragmentos polimórficos (RAPD) more more
Si existen dos sitios de hibridación próximos (individuo A), el segmento comprendido entre ellos se amplificará, mientras que ocurre lo contrario cuando los sitios de hibridación están muy distantes entre sí (individuo B). En este caso observaremos una banda en el gel, correspondiente a la amplificación del fragmento en el primer individuo y un sitio vacío en el segundo.

Esta es una técnica sencilla y rápida, ya que no requiere transferencia del ADN a membranas, ni preparación de sondas, pero es menos confiable que las anteriores porque tiene baja reproducibilidad de un laboratorio a otro. Es utilizada, generalmente, para análisis preliminares que luego serán confirmados con otro tipo de marcadores.

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Polimorfismo en la longitud de los fragmentos de amplificación (AFLP)

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Los AFLP se fundamentan en la evidencia otorgada por los polimorfismos de los sitios de restricción y la hibridación de un cebador de secuencia arbitraria. Primero debe digerirse el ADN a estudiar con enzimas de restricción, para luego añadir a los extremos de los fragmentos secuencias específicas llamadas adaptadores nucleotídicos. Por último, los fragmentos son amplificados mediante dos reacciones de PCR; la primera llamada preamplificación, en la cual los cebadores son la secuencia complementaria de los adaptadores más una base (se selecciona el 25% de los fragmentos) y la segunda, selectiva, donde los cebadores son una secuencia complementaria de los adaptadores más dos o tres bases o nucleótidos y las bandas visualizadas por electroforesis.

La combinación enzima de restricción/cebador es la que permite revelar el polimorfismo y constituye el marcador AFLP.

En el siguiente ejemplo se presenta un análisis de AFLP para evaluar la resistencia del girasol a una enfermedad fúngica. A la izquierda está el padre resistente (R), a la derecha el susceptible (S) y en el centro los individuos F2.

 

Entre todos los fragmentos de amplificación revelados en la electroforesis, pueden verse loci polimórficos. Es importante observar la presencia de bandas en un padre y ausentes en otro, para relacionarlas con la resistencia o susceptibilidad de la progenie.

Polimorfismo en la longitud de los fragmentos de amplificación (AFLP) more more
Los AFLP son utilizados para evaluar diversidad genética, seleccionar líneas, variedades, razas, etc por alguna característica específica de interés agronómico y como marcadores en regiones próximas a un gen que se desea clonar.
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Polimorfismo mononucleotídico (SNP)

Esta técnica es muy precisa y permite detectar diferencias de un solo nucleótido en una secuencia de ADN. Consiste en hibridar el ADN con sondas complementarias de secuencias de interés y marcadas con una molécula fluorescente para luego alargar los fragmentos por PCR. La polimerasa alarga las cadenas y libera las moléculas fluorescentes de las sondas.

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Por último, se realiza una visualización por excitación y cuantificación de las moléculas fluorescentes a una determinada longitud de onda. Si dos individuos, A y B, no revelan la misma fluorescencia es que presentan polimorfismo en un nucleótido.

Es una técnica muy útil en etapas de selección fina, para detectar diferencias alélicas entre individuos.

En la tabla se resumen algunas de las principales características de los marcadores moleculares más utilizados actualmente para el mejoramiento genético.

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Cartografías genéticas

Las cartas o mapas genéticos se realizan para determinar la posición de un gen en un cromosoma. Hasta la utilización de los marcadores moleculares para ayudar en esta tarea, las mismas se realizaban con marcadores morfológicos (fenotipo) y se calculaban las distancias de ligamiento entre el marcador y el carácter de interés, que también debía ser fácilmente identificable fenotípicamente.

 

Los genes ligados son aquellos muy próximos entre sí en un cromosoma, característica que los lleva a heredarse juntos cuando se hacen diferentes cruzamientos. Además entre ellos puede haber recombinación durante la meiosis, por lo cual los fenotipos de la progenie no coinciden con los esperados para la segregación independiente. La distancia entre genes de un mismo cromosoma puede medirse calculando la recombinación que existe entre ellos.

 

Para realizar mapas genéticos, generalmente se obtiene una F2, población en donde habrá la mayor segregación posible. Los genes de cromosomas no homólogos segregarán independientemente, mientras que esto no ocurrirá con los genes del mismo cromosoma. Estas propiedades se aprovechan para considerar la posición de los marcadores y cuando se constata que no segregan independientemente, se dice que están ligados o vinculados con un carácter.

 

Mediante pruebas estadísticas simples puede determinarse si un marcador está ligado a un determinado carácter y, de esta manera, utilizando gran número de marcadores puede conocerse la posición de la mayoría de los genes de interés en los cromosomas.

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Con marcadores moleculares ligados a genes mayores, por ejemplo genes de resistencia a enfermedades, puede estudiarse su ubicación en el genoma para la realización de selección o trabajos de ingeniería genética.
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Loci de caracteres cuantitativos (QTL)

Los caracteres cuantitativos son aquellos controlados por muchos genes ubicados en diferentes loci a lo largo del genoma y muchos de ellos presentan interés para el mejorador de plantas.

 

Los QTL se heredan de la misma manera que los caracteres cualitativos o controlados por genes mayores y presentan ligamiento, recombinación y segregación. Su determinación es fundamental en el mejoramiento porque ellos sirven de apoyo a la selección en etapas tempranas de desarrollo de los individuos y también para la identificación de genes.

 

Con los QTL es posible predecir el valor genético de la descendencia de un determinado cruzamiento por la correlación entre los marcadores y el carácter cuantitativo, así como también determinar los alelos favorables del mismo y acumularlos en un genotipo mediante retrocruzamiento y  selección.

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Ingeniería genética

La revelación de la estructura del ADN y el descubrimiento de las enzimas de restricción originaron una de las herramientas más poderosas de la biotecnología moderna, la ingeniería genética; también llamada tecnología del ADN recombinante. La misma, permite estudiar genes, aislarlos e introducirlos en otro organismo.

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Identificación y clonado de genes

Este proceso se utiliza para localizar un gen específico en un organismo y copiarlo para luego proceder a su estudio. Para ello se debe extraer el ADN del organismo portador del gen en cuestión y cortarlo en pequeños fragmentos utilizando enzimas de restricción.

 

Con las mismas enzimas se cortan los plásmidos que se van a mezclar con los segmentos de ADN del organismo en estudio  para que se unan y formen plásmidos recombinantes. En este paso suele ocurrir la unión de plásmidos entre sí, éstos deben ser desechados ya que no llevan fragmentos de ADN del organismo de interés.

 

Los plásmidos recombinantes deben ser introducidos en bacterias para que los genes expresen las proteínas que codifican. Este proceso se realiza generalmente mediante impulsos eléctricos que abren poros en las membranas bacterianas. Las bacterias que han incorporado los plásmidos son consideradas modificadas genéticamente o transgénicas, las que se seleccionarán por medio de la resistencia al antibiótico que naturalmente lleva el plásmido usado. Aquellas bacterias que no hayan incorporado el plásmido  no poseerán dicha resistencia y, por lo tanto, morirán. Las bacterias transformadas crecerán y formarán colonias.

 

Debido a que los organismos poseen miles de genes, se necesitan muchas colonias bacterianas para su estudio. A toda esa colección se la denomina biblioteca de genes y los científicos deben buscar en ella el gen de interés.

 

Los métodos más utilizados para evaluar los genes de interés son evaluación fenotípica, evaluación con anticuerpos e hibridación del ADN. En el primer caso se estudia el resultado de la expresión del gen, es decir la proteína que reaccionará con ciertos químicos y cambiará de color si se ha traducido de manera correcta.

 

La evaluación con anticuerpos es similar a la anterior, pero en lugar de utilizar reactivos químicos se utilizan anticuerpos que reconocen la proteína.

 

Por último, puede utilizarse una sonda complementaria al segmento que se desea identificar en el cultivo bacteriano. Esta sonda está marcada radiactivamente y con iluminación ultravioleta revelará la colonia en la cual hibridó.

Para identificar un gen específico, realizar mapeos genéticos y estudios evolutivos se utiliza la prueba de Southern blot. En el caso de los organismos genéticamente modificados se usa como prueba definitiva para determinar la incorporación del transgén al organismo.

 

El segmento de ADN que lleva el gen que se desea identificar es digerido con enzimas de restricción y los fragmentos resultantes son separados por electroforesis. Éstos son luego desnaturalizados y  transferidos a un filtro de nitrocelulosa o membrana de nylon, proceso que preserva la distribución de los fragmentos del gel creando una réplica. Con una sonda marcada radiactivamente se detectará la presencia del gen de interés, el cual será revelado mediante una autorradiografía que indicará el sitio de hibridación de la misma.

 

Por otra parte, si lo que se desea estudiar es el ARN resultante de la transcripción y sus patrones de expresión se usa la técnica de Northern blot. Es similar a la anterior, aunque requiere más cuidado, ya que el ARN es más susceptible a la degradación que el ADN.

Los segmentos de ARN se separan en un gel de agarosa y se transfieren también a una membrana de nylon o filtro de nitrocelulosa en una placa que contiene una solución marcada radiactiva o químicamente. Esta solución es diseñada específicamente para el segmento que se desea identificar.

 

La secuencia de ARN marcada es revelada por una autorradiografía, si se usa radiactividad como marcador o por fluorescencia si el marcador usado es químico.

 

En el caso de que se quiera detectar la proteína, resultado de la expresión de un gen, la técnica usada es la de Western blot. Para ello la muestra de proteínas es separada en un gel de poliacrilamida y las bandas son transferidas a una membrana de nitrocelulosa. Ésta se incuba con un anticuerpo específico para la proteína que se desea identificar.

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Creación de Organismos Genéticamente Modificados (OGM)

La ingeniería genética permite introducir genes foráneos en el genoma de una determinada especie y lograr que se expresen, es decir que produzcan las proteínas para las cuales codifican. Así, se han creado cultivos resistentes a plagas, enfermedades y herbicidas; enriquecidos en componentes nutricionales determinados o con propiedades industriales más deseables.

 

La producción de OGM o transgénicos es posible gracias a la universalidad del código genético. Todos los seres vivos fabrican proteínas de la misma manera y esto hace posible que un gen bacteriano pueda expresarse en una planta de maíz o un gen humano lo haga en un animal.

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Transformación genética en plantas

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Para crear una planta transgénica primero debe identificarse y aislarse el gen que produce la característica que se desea incorporar en la misma, luego el gen de interés es clonado en un organismo vector (bacteria) para obtener muchas copias.

El tercer paso de la transformación consiste en diseñar el gen que se va a introducir. Los genes necesitan para expresarse una secuencia promotora y una terminadora, además de la región codificante, la cual lleva las instrucciones para la fabricación de la proteína. Como los promotores son específicos para cada organismo hay que reemplazarlos por otros que se expresen en la planta, como por ejemplo el promotor del virus del mosaico de la coliflor, que se expresa en todos los tejidos del vegetal o el promotor de la fosfoenolpiruvato carboxilasa, que pertenece a una enzima fotosíntetica y sólo se expresa en los tejidos verdes de la misma. También debe incorporarse una secuencia de ADN que permita identificar las células que han sido transformadas. Para ello se utilizan genes de resistencia a antibióticos, herbicidas u otros genes marcadores, que luego se expresarán en el medio adecuado y mostrarán aquellas células que han incorporado exitosamente el transgén.

La última etapa de este proceso es la incorporación del transgén a la planta. Para ello existen diversas metodologías, aunque son solamente dos las más utilizadas: transferencia directa o método de biobalística y transferencia mediada por un vector.

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Transferencia directa de genes

Esta metodología fue inventada en la Universidad de Cornell en la década de los 80 y permite la introducción de ADN en células que se hallan en cultivo. Se recubren micropartículas (0,4-0,2 micrómetros de diámetro) de oro o tungsteno con el ADN que se desea introducir en la planta y se disparan con una “pistola” que funciona, generalmente, con gas helio. La incorporación del ADN en las células es al azar y varía con la distancia y la fuerza del disparo.

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Transferencia de genes utilizando un vector

Agrobacterium tumefaciens es una bacteria del suelo que infecta naturalmente a muchas especies vegetales y produce una enfermedad conocida como “agalla de corona”, debido a la proliferación de tejido en el vegetal que simula un tumor. Estudiando el mecanismo de infección de la bacteria se demostró que ésta incorporaba en el genoma vegetal una porción de su ADN plasmídico.

 

Este plásmido, llamado Ti (inductor de tumores) introduce de manera estable en la célula vegetal una porción de su ADN, el ADN-T (ADN transferible), portador de la información genética necesaria para que la planta produzca sustancias necesarias para la vida del patógeno (opinas) y ciertas hormonas vegetales como auxinas y citocininas responsables de la proliferación celular y la consiguiente formación del tumor.

 

A partir de este descubrimiento y con la disponibilidad de las enzimas de restricción, se pudo “desarmar” (eliminarle la capacidad de producción de tumor) el plásmido Ti e incorporarle ciertos genes de interés para introducirlos en las células vegetales. 

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La obtención de una planta transgénica por cualquiera de estos dos métodos dependerá de la inserción del gen de interés en el genoma de la misma, de su expresión y de la transmisión del mismo a su descendencia como si fuera propio, además de la posibilidad de regenerar la planta in Vitro.

Luego de la transformación los tejidos vegetales deben transferirse a un medio de cultivo “selectivo” que contiene el antibiótico o herbicida cuya resistencia codifica el gen marcador, para que solamente crezcan las plantas que han sido transformadas.

 

Los tejidos que sobreviven a la selección se cultivan en condiciones ambientales controladas agregando al medio hormonas y nutrientes esenciales para la generación de una planta completa. A éstas se les hacen diversas evaluaciones como expresión correcta del gen, transmisión del mismo a la descendencia, entre otras.

 

Una vez obtenida una línea o variedad transgénica, la característica de interés puede ser introducida en otras por medio de retrocruzas, es decir por técnicas de mejoramiento genético convencional.

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Maíz resistente a lepidópteros

Una importante plaga de la agricultura mundial son los lepidópteros, mariposas que durante su estadio larvario devastan gran cantidad de cultivos consumiendo hojas, tallos y frutos.

 

El barrenador del tallo del maíz es un lepidóptero que se introduce en el interior de la planta haciendo galerías, lo cual provoca su caída y por consiguiente, pérdidas importantes en la cosecha. En este caso los insecticidas químicos resultan poco efectivos y hay que recurrir a otros métodos de control.

 

Desde hace mucho tiempo se conoce que la bacteria Bacillus thuringiensis produce una toxina letal para lepidópteros que actúa paralizando los músculos del intestino y la boca del insecto, por lo cual muere de hambre. Por medio de ingeniería genética se pudo aislar la toxina y transferirla al maíz para obtener plantas transgénicas que la expresan y se protegen del ataque del barrenador. Este maíz es llamado Bt por llevar incorporado en su genoma el gen de la bacteria.

De manera similar al maíz se han producido otras plantas modificadas genéticamente resistentes a virus, hongos y otros patógenos.

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Soja resistente a herbicidas

Anualmente se esparcen en el ambiente millones de toneladas de herbicidas para proteger los cultivos de las malezas. Estos químicos son específicos para los diferentes tipos de plantas, por lo cual el agricultor utiliza un conjunto de ellos con la consiguiente contaminación de suelos y aguas, además del daño a la fauna benéfica.

 

El glifosato es un herbicida de acción total, es decir que elimina todas las especies de plantas incluido el cultivo, bloqueando la producción de aminoácidos esenciales. Presenta baja toxicidad para animales y humanos y se degrada rápidamente en el suelo, por lo que es ampliamente utilizado en la agricultura mundial.

 

El cultivo de soja demanda el uso de una gran cantidad de herbicidas durante todo el ciclo. Sin embargo, con la modificación genética de una enzima de la planta, ésta es capaz de metabolizar el glifosato y sobrevive cuando las malezas mueren, disminuyendo así el número de aplicaciones. Esta tecnología combinada con la siembra directa ha dado muy buenos resultados en varios países productores de la oleaginosa.

 

Maíz, arroz, remolacha azucarera y canola, entre muchos otros cultivos, han sido modificados genéticamente para tolerar numerosos herbicidas.

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Arroz con provitamina A y mayor disponibilidad de hierro

El cuerpo humano obtiene vitamina A utilizando sus precursores, los carotenos, presentes en los alimentos. Éstos solamente se encuentran en aquellos frutos de color rojo, amarillo o anaranjado como la zanahoria, pimentón o tomate, pero ausentes en el grano de arroz.

 

Algunos países en vías de desarrollo consumen arroz como alimento básico y un gran porcentaje de sus niños sufre ceguera o desarrollo mental disminuido debido a la carencia de vitamina A, razón que impulsó a un grupo de investigadores de diferentes instituciones a modificar genéticamente la vía metabólica de la síntesis de carotenos en el grano de arroz. La nueva variedad, el “arroz dorado”, los produce en sus granos.

 

Esto fue posible insertando en el arroz genes de una planta ornamental, el narciso o junquillo, y de una bacteria, Erwinia uredovora.

 

La mitad de los casos de anemia en el mundo son producidos por falta de hierro, mineral esencial para la sangre y la producción de glóbulos rojos. El hierro se encuentra en los vegetales verdes (acelga, berro, espinaca) y algunas carnes, pero no en el grano de arroz que, además, posee ácido fítico, sustancia que impide que el cuerpo absorba el hierro.

 

El mismo equipo que produjo el arroz dorado, también ha modificado genéticamente la síntesis de producción de ácido fítico y obtuvo un arroz que no bloquea la absorción de hierro. Mediante cruzamientos, se incorporarán ambas características, producción de carotenos y alta disponibilidad de hierro, en las variedades cultivadas.

 

Otras aplicaciones de la ingeniería genética que se están estudiando en la actualidad son las relacionadas con la producción de fármacos, plásticos biodegradables, aceites más saludables y combustibles en plantas.

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