TRANSFORMACIÓN GENÉTICA DE PLANTAS

Transcripción

1 TRANSFORMACIÓN GENÉTICA DE PLANTAS A lo largo de los siglos, el hombre ha manipulado genéticamente a diversas especies vegetales, con el propósito de obtener variedades más productivas. El conocimiento progresivamente más amplio y profundo de los principios que rigen la herencia en los seres vivos, y de la naturaleza química del material genético ha incrementado la habilidad del hombre para desarrollar líneas genéticamente mejoradas de sus cultivos, con el consecuente impacto en la producción agrícola mundial. La técnica de ingeniería genética representa la fase más reciente de esta evolución en la capacidad de intervenir deliberadamente sobre el material genético de los organismos. El surgimiento de esta nueva técnica ha abierto una amplia y prometedora gama de posibilidades para el mejoramiento genético de las especies cultivadas por el hombre, creando lo que se supone será una nueva revolución en la agricultura. El nacimiento de esta técnica ha sido posible gracias a dos hechos fundamentales. Primeramente el desarrollo de la llamada tecnología de ADN recombinante que nos da la posibilidad de aislar, manipular, y transferir genes, y por otro lado, los avances de los sistemas de cultivos vegetales, que nos da la posibilidad de controlar hasta cierto punto los procesos morfogénicos in vitro y regenerar plantas completas partiendo de una sola célula. La transformación genética de plantas consiste en introducir al genoma de éstas, nueva información genética que les confiera características diferentes. Los nuevos genes transferidos e insertos dentro del genoma del huésped determinan la formación de productos (por ejemplo proteínas) con efecto en el fenotipo, ya sea en la protección de la planta frente a enfermedades, en el rendimiento, en sus propiedades nutritivas o en otras características. La fuente de esta nueva información puede ser cualquier organismo vivo, por lo que no existen barreras taxonómicas cuando se utiliza esta metodología. Son varios los métodos para transferir genes a células o tejidos vegetales: 1- Sistemas de transferencia de ADN basados en vectores biológicos - Sistemas basados en Agrobacterium tumefaciens y Agrobacterium rhizogenes. - Sistemas basados en virus vegetales. 2- Sistemas de transferencia directa de ADN - Transferencia por biobalística. - Transferencia mediada por cationes divalentes y/o electroporación - Transferencia con whiskers de carburo de silicio. - Transferencia por microinyección. Para las plantas, el método al que se recurre con más frecuencia es el que utiliza como vector la bacteria del suelo Agrobacterium tumefasciens. Los investigadores insertan el

2 gen o genes deseados en la bacteria y seguidamente infectan a la planta hospedante. Los genes deseados se transmiten a ésta junto con la infección. Este método se utiliza principalmente con especies dicotiledóneas como el tomate y la papa. Algunos cultivos, en particular las especies monocotiledóneas como el trigo y el centeno, no son naturalmente susceptibles de transformación por medio de A. tumefasciens, aunque recientemente se ha utilizado con éxito el método para transformar trigo y otros cereales. La técnica aplicada con más frecuencia a esos cultivos es la biobalística que consiste en revestir el gen deseado con partículas de oro o tungsteno y utilizar un «lanzagenes» para conseguir que el gen penetre a gran velocidad en el organismo hospedante. Una vez transferido el gen, el cultivo debe ser sometido a una prueba para cerciorarse de que el gen se expresa debidamente y se mantiene estable a lo largo de varias generaciones de mejoramiento; para ello se utilizan genes reporteros y marcadores de selección así como las técnicas de PCR, Southern blot, Western blot, ELISA, entre otros. Pasos de la modificación genética moderna Identificar, aislar e insertar genes en un vector Agregar genes marcadores Transferir las construcciones a las células vegetales Seleccionar células transformadas Regenerar plantas completas con nuevas características Evaluar las plantas transgénicas Cruzamiento tradicional vs. Modificación genética Entre especies sexualmente compatibles. Miles de genes pertenecientes a una planta son mezclados con los miles de genes de su compañera de cruzamiento. Transfiere aquella característica deseada, pero también puede transferir rasgos no deseados. Entre especies sexualmente incompatibles. Posee TODOS los genes que conforman su genoma, MAS el gen de interés. Transfiere solo la característica dada por el gen incorporado. Con la ingeniería genética aplicada a la mejora de los alimentos tenemos un mayor y mas preciso conocimiento de lo que hacemos, mientras que con la hibridación lo hacemos al azar.

3 La ingeniería genética puede ser considerada como una desviación radical de las técnicas convencionales de mejoramiento porque confiere a los científicos la capacidad de transferir material genético entre organismos que no podrían obtenerse por los medios clásicos. Para qué se puede modificar un cultivo por biotecnología? Primera Ola: Resistencia y Tolerancia o Tolerancia a herbicidas (RR) soja, algodón, maíz, remolacha, canola. o Resistencia a insectos (Bt) tomate, tabaco algodón, maíz. o Resistencia a virus papa, papaya. Segunda Ola: Caracteres de calidad - Papa con menor contenido de almidón para que absorba menos aceite. - Cereales más crocantes. - Algodón teñido desde la planta. Tercera Ola: Las plantas como biofáfricas - Plantas productoras de medicamentos incluyendo vacunas y anticuerpo. - Arroz Dorado. - Dentífrico con anticuerpos contra las caries. - Vacunas comestibles (frutas). - Insulina Humana. - Animales Transgénicos PAMPA Cuarta Ola: Biotecnología y Ambiente - Alamo tolerante a mercurio. - Papaya tolerante a aluminio. - Plantas que fijan Nitrógeno del aire.

4 Otras aplicaciones Cultivos modificados con nuevas características. Plantas micropropagadas in vitro y plantas de mejor calidad sanitaria. Bioproductos a partir de tejidos, plantas y animales. Nuevos métodos de diagnóstico de enfermedades de plantas y animales. Nuevos métodos de detección de agentes causantes de enfermedades transmitidas por alimentos. Nuevas vacunas. Bancos de germoplasma in vitro. La mayoría de los cultivos transgénicos plantados hasta la fecha sólo incorporan un número muy limitado de genes destinados a conferir resistencia a insectos o tolerancia a herbicidas. Se están realizando actividades similares para mejorar la tolerancia de las plantas a otras condiciones desfavorables, como la sequía, la salinidad del suelo y las temperaturas extremas. La mejora nutricional de los cultivos puede contribuir de manera significativa a reducir la malnutrición por carencia de micronutrientes en los países en desarrollo. La aplicación conjunta de diversas biotecnologías puede impulsar el bioenriquecimiento, es decir la obtención de alimentos con un contenido nutricional mejorado. PARTE PRÁCTICA DE LABORATORIO Cómo extraer ADN de cualquier cosa viviente Primero necesitas encontrar algo que contenga ADN. Ya que el ADN es el plano de instrucciones para la vida, cualquier cosa viviente contiene ADN. Para este experimento preferimos usar arvejas verdes, pero también hay montones de otras fuentes de ADN, como por ejemplo, espinacas, hígado de pollo, cebollas, brócoli, etc. Necesitas alcohol, detergente y enzimas (ablandador de carne). Sigue estos tres sencillos pasos: Pon en una licuadora: Tu fuente de ADN (más o menos 100 ml o 1/2 de taza de arvejas) Un puñado grande de sal de mesa (menos de un ml o 1/8 de cucharadita) Agua fría. El doble de la cantidad de tu fuente de ADN (más o menos 200 ml o 1 de taza)

5 Licúa todo a alta velocidad por 15 segundos. El licuado separa las células de las arvejas unas de otras, por lo que ahora tienes una muy diluida sopa de células de arvejas. 1. Cuela tu sopa de células de arvejas. Cuánta sopa de arvejas tienes? Añade como 1/6 de esa cantidad de detergente líquido (más o menos 30 ml o dos cucharadas soperas) y mézclalo. Deja reposar la mezcla entre 5 y 10 minutos. Vierte la mezcla en tubos de ensayo u en otros contenedores pequeños de vidrio, cada uno como 1/3 lleno. 2. Añade un pellizquito de enzima a cada tubo de ensayo y agítalo suavemente. Se cuidadoso! Si lo agitas demasiado fuerte romperás el ADN haciéndolo más difícil de ver. Usa ablandador de carne como enzima. Si no puedes encontrar ablandador, intenta usar jugo de piña o solución limpiadora para lentes de contacto. 3. Ladea tu tubo de ensayo y lentamente vierte el alcohol (isopropílico al 70-95% o alcohol etílico) sobre la pared del tubo de manera que forme una capa sobre la mezcla de arvejas. Sigue vertiendo hasta que tengas en el tubo aproximadamente la misma cantidad de alcohol que de mezcla de arvejas. El ADN se elevará desde la mezcla de arvejas hasta la capa de alcohol. Puedes usar un palito de madera u otro tipo de gancho para arrastrar el ADN que está en el alcohol. El alcohol es menos denso que el agua, por lo que flota en la parte superior. Debido a que se formaron dos capas separadas, toda la grasa y proteína que rompimos en los dos primeros pasos, irán al fondo, que es la capa acuosa, donde se sienten más confortables, mientras que el ADN prefiere la capa superior, el alcohol. Felicitaciones! Acabas de completar una extracción de ADN!