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Tabla de contenido
Planta de tabaco alterada con lucíferasa. .......................................................................................................................... 3 Introducción. ............................................................................................................................................................... 3 Propósitos .................................................................................................................................................................... 4
Propósito ................................................................................................................................................................. 4 Objetivos ...................................................................................................................................................................... 4
General .................................................................................................................................................................... 4 Especifico ................................................................................................................................................................ 4 Justificación. ............................................................................................................................................................ 6 Preguntas de investigación. ................................................................................................................................. 7
Hipótesis. ..................................................................................................................................................................... 7 Fundamento teórico ................................................................................................................................................... 8
Antecedentes........................................................................................................................................................... 8 Tratamiento de la información. .............................................................................................................................. 11 Alcances y limitaciones ............................................................................................................................................ 44
Alcances ................................................................................................................................................................. 44 Limitaciones .......................................................................................................................................................... 44 Metodología .......................................................................................................................................................... 44
Referencia bibliográfica ........................................................................................................................................... 44
Libros ..................................................................................................................................................................... 45 Anexo.......................................................................................................................................................................... 47
Anexo 1.................................................................................................................................................................. 47 Anexo 2.................................................................................................................................................................. 49
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Planta de tabaco alterada con lucíferasa.
Introducción.Los vegetales constituyen el componente nutricional más
importante para la humanidad y son la fuente de multitud de
materias primas. Por este motivo la investigación en el
campo de la ingeniería genética de plantas recibe una gran
atención en los organismos públicos, pero también, debido a
su enorme interés comercial, ha recibido un fuerte impulso
por parte de las grandes multinacionales del sectoragroalimentario. Esto, unido a la menor dificultad que
presenta la modificación genética de las plantas con
respecto a los animales, ha hecho que en tan solo dos
décadas se haya avanzado de una forma espectacular en
este campo. Hoy día, se cultivan una gran variedad de
especies vegetales de interés agrícola y comercial
modificadas genéticamente (plantas GM llamadas también
plantas transgénicas) y la extensión de estos cultivos en el
mundo crece de forma exponencial. Actualmente se
encuentran en el mercado una gran variedad de productos
alimentarios procedentes de estos cultivos.
En este tema se analizan las estrategias y las técnicas que
se utilizan, así como la aportación que provocan estas
técnicas a las ciencias que las practican, principalmente que
nos sea permitido poder apreciar los fines que se buscanalcanzar por parte de los científicos practicantes de estas
técnicas.
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Propósitos
PropósitoLas plantas de tabaco de tono verde cambiaron a un tono
bioluminescente, el propósito de esta investigación esconocer el porqué de ese tono y el beneficio, o causas que
pudieran ocasionar al ser humano.
Parte de esta investigación describen los métodos de
transformación de las plantas. Además de algunos aspectos
botánicos de la planta de tabaco
Objetivos
General Se asimilara la importancia de la incorporación del
gen de la lucíferasa a la planta de tabaco.
El análisis de una planta mejorada o transgénica, en
este caso la planta de tabaco.
Dar a conocer el proceso que se aplica en la
incorporación del gen de la lucíferasa a la planta de
tabaco.
Cuál es el beneficio que aporta este gen a la planta.
Conocer si la aplicación es este gen a la planta
puede hacerla resistente a enfermedades o a
herbicidas, a condiciones climáticas, etc.
Establecer cómo afecta la estructura de la planta de
tabaco el gen de la lucíferasa.
Especifico Conocer las propiedades que tiene la luciérnaga
(Photinuspilarys), que tiene el gen de la lucíferasa.
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A través de qué proceso ocurre esta transformación
en la planta de tabaco.
Cual fue la razón por la cual se realizó estatransformación a la planta de tabaco.
Cuáles son los beneficios y consecuencias de la
incorporación del gen de la lucíferasa a la planta de
tabaco.
Conocer cuál es la modificación a nivel genético en su
estructura y que se obtiene al modificar la planta de
tabaco. Establecer el por qué se realiza este experimento de
modificación, es decir
Cuál es la finalidad de este proceso.
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Justificación. La realización de la presente investigación es con el fin de
lograr identificar el origen del tono bioluminescente de la
planta del tabaco, y a su vez lograr saber si el uso de
enzimas como marcadores provocan algún efecto
secundario a la salud de los seres humanas, de esta forma
lograr descartar la hipótesis en cuanto a los daños que este
uso pudieran provocar a la humanidad y poder determinar
los objetivos que impulsaban a la práctica del uso de la
lucíferasa hacia la planta del tabaco.
Todo esto será posible a través de la teoría.
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Preguntas deinvestigación. ¿Cómo realizan los científicos el agregado de enzima
lucíferasa a la planta del tabaco? ¿Qué beneficio nos proporciona el agregado de estaenzima a la planta de tabaco?
¿En verdad es grato el resultado obtenido por loscientíficos después de esta alteración genética?
¿Qué fue lo que motivo a los científicos a realizarestas pruebas con la planta del tabaco?
Hipótesis.
Determinar si es posible introducir un gen alterno a
una planta, en este caso saber si el experimento
transgénico, de introducir el gen de la lucíferasa
permanece en la planta de tabaco.
La nueva planta adquirirá las características que
puede darle el gen que se introduce en la planta de
tabaco. La luminiscencia.
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Fundamento teórico
Antecedentes.
La genética durante muchos años ha intentado mejorar lasplantas a través de alteraciones en sus genes, esto lo han
realizado mediante diferentes métodos intentando así
proporcionarle a diferentes plantas, cualidades que les
permitan resistir a diferentes plagas, climas, etc.
Muchas plantas tienen un gran potencial extractivo en el
campo de los reactivos útiles para la investigación científica.
Algunos de los principales productos que se pueden obtener
de las plantas:
Insecticidas
Enzimas
Inhibidores de enzimas
Proteínas
Planticuerpos (inmunoglobulinas gamma y kappa
producidas en plantas)
El campo más amplio de estos productos es el de las
enzimas, que comprende todo tipo de catalizadores
biológicos que van desde proteasas hasta DNA –
polimerasas. Una mayor producción de estas sustancias
puede obtenerse por selección artificial, selección masal e
intervención genética.
La tecnología de producción de anticuerpos recombinantes
en plantas (o Planticuerpos) es uno de los mayores avances
de la biotecnología moderna. Mediante el aislamiento de
genes específicos en mamíferos, se pueden obtener
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grandes cantidades de anticuerpos monoclonales en las
plantas, los cuales sirven para la investigación en virología y
para la detección de muchas enfermedades virales pormedio de métodos inmunológicos.
Las plantas de tabaco (Nicotianatabacum), petunia (Petunia
spp.), zanahoria (Daucus carota), Arabidopsisthaliana y
Corydalissempervirens son fuente primaria de metabolitos
como la achicoria 5, que es un aditivo principal para los
alimentos procesados ya que favorece la asimilación de
nutrientes en el organismo. Otro metabolito importanteextraído de las plantas es el manitol, un azúcar alcohólica
que se usa en la industria de alimentos, en la industria
farmacéutica y ampliamente en la química analítica y la
microbiología, puesto que es un buen regulador osmótico
neutro.
El asentamiento de los pueblos nómadas permitió que los
primeros labradores de la tierra comenzaran a elegir y
cultivar ciertas plantas para alimentarse y supuso el inicio de
la civilización humana. Desde entonces los agricultores han
sido profundos conocedores de la genética empírica y
acumulando conocimientos prácticos que han transmitido
durante generaciones han sido capaces de “crear” multitud
de especies nuevas para uso y consumo de la humanidad.
A lo largo del siglo XX se produjo un cambio drástico en laagricultura pasando de la artesanía genética, practicado
durante milenios, a la ingeniería genética.
Algunas fechas importantes que marcan hitos importantes
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en este siglo revolucionario también para la agricultura son
las siguientes:
1910Los botánicos europeos comienzan a aplicar las leyes de
Mendel para la mejora de plantas agrícolas; es el comienzo
de la selección y mejora clásicas con base científica.
1950
Se obtiene la primera generación de plantas procedentes de
un cultivo in vitro
1968Se inicia la Revolución Verde, se introducen las semillas
híbridas en los países del Tercer Mundo. Comienza la
comercialización de las semillas, y la introducción de
productos industriales en la agricultura: herbicidas,
pesticidas, abonos químicos .En pocos años se logra un
incremento drástico en la producción agrícola y en el
rendimiento de las cosechas, imprescindible para alimentar
a la creciente población humana.
1973
Primer OGM. Los investigadores logran aislar genes e
introducirlos en un genoma ajeno, se obtiene la primera
bacteria Escherichiacoli transgénica que representa el inicio
de la Ingeniería Genética.
1983
Primera planta GM. Se obtiene la primera plantatransgénica, una planta de tabaco con el gen de la
resistencia al antibiótico kanamicina, lograda por un equipo
de científicos de la multinacional agroalimentaria Monsanto.
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1986
Primer OGM en el campo. Se emplea “Frostban” un spray
que contenía bacterias modificadas genéticamente, a las
que se les había introducido un gen que produce resistencia
a las heladas. Se pulverizan sobre cultivos de fresas para
protegerlos del daño provocado por las heladas en los
campos de Brentwood (California).
1994Primer OGM en el mercado. Se pone a la venta en USA el
tomate FLAVR SAVR, modificado genéticamente de forma
que tiene una maduración retardada, producido por la
empresa Calgene.
Tratamiento de la información.
Como tal, la biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde loscomienzos de la historia en actividades tales como la preparación del pan y
de bebidas alcohólicas o el mejoramiento de cultivos y de animales
domésticos. Históricamente, biotecnología implicaba el uso de organismos
para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la
biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la
producción de cerveza, vino, queso y yogurt implican el uso de bacterias o
levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo deuvas, en un producto de fermentación más apetecible como el yogurt o el
vino.
De acuerdo a Izquierdo (1999), la biotecnología no es, en sí misma, una
ciencia; si no que es un enfoque multidisciplinario que involucra varias
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disciplinas y ciencias tales como la biología, bioquímica, genética,
virología, agronomía, ingeniería, química, medicina y veterinaria entre
otras. García (2000), define a la biotecnología como un conjunto deinnovaciones tecnológicas que se basan en la utilización de
microorganismos y procesos microbiológicos para la obtención de bienes y
servicios, y para el desarrollo de actividades científicas de investigación.
El creciente interés que en los últimos años ha despertado la biotecnología,
tanto en los medios académicos como en la actividad económica, se ha
traducido, entre otras cosas, en una proliferación de definiciones. Esta
relativa abundancia es un reflejo, por un lado, del carácter multidisciplinariode la biotecnología y, por el otro, de la dificultad que existe para fijar
estrictamente sus límites. Todas las definiciones tienen en común que
hacen referencia al empleo de agentes biológicos y de microorganismos,
pero en un sentido más amplio se diría que la biotecnología consiste en un
gradiente de tecnologías que van desde las técnicas de la biotecnología
tradicional, largamente establecidas y ampliamente conocidas y utilizadas,
hasta la biotecnología moderna, basada en la utilización de las nuevas
técnicas del ADN recombinante llamadas de ingeniería genética (Bolaños,
2000).
Los conocimientos genéticos se han utilizado desde hace muchos años
para obtener variedades más útiles de plantas y animales, pero con los
procedimientos modernos de ingeniería genética esto se puede hacer con
mayor rapidez, y además ha sido posible introducir genes que son de otras
plantas o de otros seres vivos en cualquier especie vegetal o animal, sin
tener que depender de cruces entre variedades de la misma especie, como
sucedía en la genética tradicional. Representando esta técnica un gran
avance científico, debido a que tiene una capacidad enorme para cambiar
de forma revolucionaria la agricultura y, no solo la agricultura, sino muchos
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otros campos (Aguilar, 2002).
Como definición se tiene que la ingeniería genética es una rama de la
genética que se concentra en el estudio del ADN, con el fin de sumanipulación; en otras palabras, es la manipulación genética de
organismos con diversos propósitos como lo son la creación de individuos
con mejores características, la corrección de defectos genéticos y la
fabricación de numerosos compuestos (Sandel, 2007). Según Lemkow
(1993), la ingeniería genética es la introducción de nueva información
genética en un organismo para dotarlo de capacidades que antes no tenía,
para su posterior reproducción, obteniendo organismos modificados queson empleados para determinados usos y funciones.
Pese a los beneficios que promete la ingeniería genética existe una gran
discusión sobre los posibles efectos negativos de esta técnica, por
consecuencia de que permite a los científicos intercambiar genes entre
especies que normalmente no se cruzarían, dando origen a nuevos
organismos denominados comúnmente como transgénicos, que en los
últimos años han causado gran polémica en diversos sectores de la
sociedad por sus posibles efectos negativos tanto en la salud al ser
consumidos, como en el ambiente en caso de ser liberados (Reymond y
Smith, 2007).
Agrobacterium : un precursor natural de la biotecnología.
El co-cultivo de células o tejidos con Agrobacterium tumefaciens es el
procedimiento más utilizado para transformar plantas dicotiledóneas, las
bacterias del género Agrobacterium son patógenos de las plantas capaces
de inducir una malformación llamada tumor de agalla. Estas bacterias
penetran en los tejidos vegetales causando una proliferación celular
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(Carrasco, 1999).
Durante el contacto con las células vegetales la bacteria transfiere a las
células vegetales un plásmido llamado Ti (inductor de tumores). Esteplásmido se integra en el ADN del cromosoma de la célula vegetal. El
plásmido transferido o T-ADN contiene los genes oncogénicos (onc) cuya
expresión provoca una mayor producción de hormonas de crecimiento,
estas son las que inducen las divisiones celulares que dan origen a la
formación del tumor o agalla (Figura 1).
Figura 1. Inducción de tumores en plantas por efecto de Agrobacterium tumefaciens. (Fuente:
Zamora, 2003. Ingeniería genética en agricultura).
De esta forma, la bacteria establece con la planta una especie de"colonización genética", obligándola a fabricar una sustancia de la que sólo
se puede nutrir el Agrobacterium y que es segregada en el tumor.
El estudio del plásmido mencionado, permitió observar la existencia de
genes de virulencia y de genes inductores de tumores. Estos últimos están
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flanqueados por unas secuencias de nucleótidos características en el
borde izquierdo y derecho. Mediante manipulación genética se consiguió
obtener cepas de Agrobacterium sin genes tumorales pero manteniendolos bordes izquierdo y derecho (Figura 2). De esta forma, cualquier gen
integrado dentro de estos bordes será transferido a las células de la planta.
Figura 2.
Cepa de Agrobacterium tumefaciens con ausencia de genes tumorales. (Fuente: Zamora, 2003.
Ingeniería genética en agricultura).
Una vez introducido el transgen en el Agrobacterium , es necesario
proceder a co-cultivar las células de la planta con la bacteria. Para ello se
emplean tejidos vegetales que deben ser heridos con el fin de activar los
genes de virulencia bacterianos y así inducir la introducción del transgen.
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Los tejidos vegetales empleados pueden ser de hoja, de cotiledones,
fragmentos de tallo o incluso semillas en germinación. Este sistema es más
fiable que otros ya que la transformación es más estable y sólo seintroduce una copia del transgen (Carrasco, 1999).
La introducción de genes extraños en plantas para incorporar caracteres
deseables, es un objetivo importante de la investigación Actual. La
incorporación de propiedades como resistencia a enfermedades a
herbicidas, al frio, a la salinidad, esc. A especies de interés agrícola, tiene
una gran trascendencia económica. Todo esto tiene grandes dificultades y
el conocimiento está lejos de alcanzar todas sus aplicaciones prácticas, poruna parte porque los vectores conocidos para la clonación de genes en
bacterias no sirven para las células vegetales, y por otra parte porque la
expresión genética en las eucariotas está sujeta a regulaciones muy
complejas. A pesar de todo se han obtenido muchas plantas transgénicas
de interés agrícolas e industrial con propiedades mejoradas que van
alcanzando las autorizaciones para su explotación comercial. El camino
para introducir genes en cromosomas vegetales se ha descubierto por el
estudio del agroobacterium humefaciens bacteria que en las plantas
produce tumores amorfos, cuyas células vegetales cultivadas invitro se
multiplican también de forma incontrolada. Esta bacteria , inoculada en
una planta de una hoja ancha produce un tumor en la unión del tronco
con la raíz e introduce, en estas células, un plásmido (plásmido Ti)
(tumuorinducins) que porta genes que se incorporan al cromosoma
vegetal y da lugar a la producción de nuevos péptidos (opinas) que sirven
de alimento para alas bacterias estos genes están situados , junto con susreguladores, en un segmento llamado DNA –T (transferido) que es el que
se transfiere al cromosoma vegetal, el DNA-T tiene en cada extremo una
secuencia de 25 nucleótidos que son adherentes con determinadas zonas
de un cromosoma vegetal. El plásmido lleva dos genes fundamentales
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para su acción: un gen oncogénico causante del crecimiento descontrolado
de las células vegetales y un gen productor de un péptido llamado opina
que sirve de alimento de la bacteria que prolifera. El oncogén induce unaalta producción de auxina. El plásmido Ti del A. tumefasiens es un vector
adecuado para introducir genes y caracteres extraños en vegetales apara
ello es necesario:
a) Introducir el gen extraño en el plásmido Ti, insertarlo en el segmento
de DNA-T e incorporarlo en A tumefaciens.
b) Infectar células vegetales cultivadas, A. tumefaciens transformado
c) Que el segmento de DNA-T transformado se inserte en el
cromosoma vegetal.
d) Que se puede regenerar la planta entera a partir de las células
transformadas.
e) Que en la planta regenerada se expresa en los genes extraños
insertados y se manifiesten los nuevos caracteres. La trasformación
de las célula vegetal y la regeneración de una planta transformadase ha realizada según las siguientes etapas
1) La agrobacterium tumefaciens manipulada tiene insertado el gen
deseado en su plásmido Ti y , dentro de este, en el segmento
transferible (DNA-T) la obtención de una cepa de esta bacteria
con su plásmido Ti recombinante exige una manipulación
complicada de varios pasos.
2) Actualmente se dispone de un plásmido artificial pequeño
(plásmido Binario) formado por el segmento de T. con sus
extremos derechos e izquierdos para insertarse en un
cromosoma vegetal, este plásmido vegetal artificial e3s fácil de
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manipular en el laboratorio y permite la inserción de un gen
extraño; además lleva incorporado otro gen de resistencia, con
Kenamisina, que permite la selección de las células que loincorporan. También se dispone de células manipuladas de A.
tumefaciens cuyo plásmido Ti carece de la región T pero
conserva todos los genes de virulencias. Necesarias para la
infección de células vegetales.
3) Cuando en esta bacteria se introduce el pequeño plásmido
binario y aquellas infectan células vegetales de un tejido, el gen
extraño se introduce en el genoma vegetal. De ese cultivohibrido puede reconstruirse una planta completa, haciéndolo
diferenciarse en tallos y enraizare la carencia del oncogén A.
tumefaciens utilizado facilita la diferenciación.
Una gran pare de la investigación actual no busca aplicaciones
inmediatas si no el conocimiento del mecanismo de los procesos
bioquímicos implicados en el problema y el desarrollo de técnicas validas
se han logrado plantas de tabaco que llevan el gen de la alcohol
deshidrogenasa de la levadura, Pero el gen no se expresa en ellas. Una
experiencia espectacular ha sido la obtención de plantas enteras de
remolacha y tabaco que llevan incorporado el gen de la lucíferasa,
procedente de un insecto luminoso (Photinuspilarys). Esta enzima oxida la
luciferina con producción de luz las nuevas plantas obtenidas pueden
verse y fotografiarse en la oscuridad
Del mismo modo se han obtenido plantas enteras cuyas células
tienen incorporadas un gen bacteriano de resistencia a la
Kenamisisna otros resultados pueden ser de aplicación más
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inmediata, por ejemplo en plantas de tabaco se ha introducido un
gen del maíz que es responsable de su resistencia a los herbicidas
triasinicos, También se ha introducido, en plantas de tabaco, un genbasillusthurigensis k es responsable de la producción de su toxina
insecticida. Algunos preparados de B. turigensis vivos están
autorizados para combatir algunas plagas: por ejemplo, se usa
masivamente en pulverizaciones aéreas para infectar la
procesionaria de los bosques de pinos, las plantas que han
incorporado este gen son tóxicos para algunas especies de
insectos, que mueren al comer de ellas. Actualmente es posiblesintetizar genes “inversas” a los naturales, es decir, que tienen la
secuencia de bases inversas a la del gen natural (anti genes).
Otra especie importante en este campo es Nicotiana tabacum (la planta del
tabaco) que fue usada inicialmente para el estudio de los circuitos de
regulación y expresión genética (Madigan et al. 1999) mediante la
construcción de una planta transgénica que expresaba el gen de la
lucíferasa (enzima que produce la luminiscencia en las luciérnagas), y la
respuesta luminosa de la planta permitió dilucidar muchos mecanismos de
interacción entre genes que no se conocían antes (Fig. 3). También fue un
modelo principal para el desarrollo de las técnicas de ingeniería genética, y
es considerada como un buen modelo evolutivo en plantas (Klug&
Cummings 1999).
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Fig. 3: Nicotianatabacum transgénica expresando el gen de la lucíferasa (tomado de Madigan et al. 1999).
N. tabacum también se empleó para la expresión de proteínas víricas como
la P24 del virus X de la papa y la generación de plantas resistentes a virus
mosaico (Ares et al. 1998). Otra especie cercana a N. tabacum es N.longiflora que se usó ampliamente como modelo de genética mendeliana.
Las plantas han estado muy vinculadas con el desarrollo de la civilización
humana. Desde tiempos prehistóricos, los seres humanos consumieron
frutos y semillas como alimento, y pronto comenzaron a cultivar y
recolectar aquellas que tenían mayor interés. Las semillas desde el punto
de vista nutritivo son un almacén muy concentrado de proteínas, aceites,
carbohidratos y vitaminas, ya que estos compuestos son necesarios para
la germinación y el desarrollo de la planta. Asimismo, tienen una gran
ventaja sobre otro tipo de alimentos que, generalmente, resultan muy
perecederos, sin embargo, las semillas son fáciles de almacenar y,
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además, pueden conservarse durante largos periodos de tiempo si se las
mantiene secas, de tal modo que son de los pocos alimentos que pueden
ser guardados en tiempos de abundancia para aprovecharlos en épocas deescasez. Pocos alimentos tienen esta doble ventaja.
Pero tampoco en esto los seres humanos hemos sido muy originales.
Todos los seres vivos del planeta dependen para su alimentación de las
plantas. Las únicas formas de vida en la Tierra que no dependen de las
plantas para su existencia son algunas pocas especies de procariotas y
protistas autótrofos. Para el resto de los seres vivos las plantas son
indispensables ya que la energía de la luz solar entra a la biosfera a travésde los cloroplastos de las plantas, y el carbono y otros elementos
fundamentales para la vida como el nitrógeno y el azufre se incorporan a
los ecosistemas como moléculas orgánicas gracias a que son asimilados
por las plantas. Los seres vivos que no comen plantas se alimentan de
otros que si las comieron. Las plantas están en la base de las cadenas
alimentarias.
La domesticación de algunas plantas para su uso como alimento, que
puede considerarse la biotecnología más antigua, constituye un largo y
paciente proceso, que se inició hace miles de años y continúa en la
actualidad. Durante este largo periodo siempre se ha buscado lo mismo:
“mejorar”, desde el punto de vista humano, las propiedades de estas
plantas; lograr que tengan buenas y agradables condiciones nutritivas, que
tengan un mayor rendimiento, y que tengan características que favorezcan
su cultivo y faciliten su recolección. El resultado de este proceso de
domesticación, con profundas consecuencias evolutivas, es la “creación”
de diversas variedades cuyo único objetivo es servir a las necesidades
humanas, y cuya supervivencia está prácticamente limitada a su cultivo y
su mantenimiento seria imposible sin los cuidados del hombre. No
obstante, las cosechas a su vez han dependido de multitud de factores
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externos a las propias plantas domesticadas cuyas condiciones la
humanidad no ha podido controlar, como la climatología y las plagas que
han arruinado, y siguen haciéndolo todavía en porcentajes muyimportantes, los rendimientos de los cultivos.
Se estima que alrededor de una 80000 especies de plantas son
comestibles, de las cuales los humanos únicamente cultivamos 300,
aunque sólo 12 de ellas podemos considerar que son esenciales para la
alimentación de la humanidad, y tan sólo 3, arroz, maíz y trigo, pueden ser
consideradas como la base de la alimentación mundial.
Además de su importancia alimenticia, las plantas han representado parala humanidad una fuente fundamental para la obtención de muchos otros
compuestos: fibras vegetales para el vestido y la construcción, compuestos
para la salud, tintes, cosméticos, etc.
La mayor parte de las plantas que el ser humano cultiva y explota, así
como las semillas y frutos que consume proceden de las plantas que los
botánicos denominan Angiospermas, que son las plantas con flores,
aunque también son comestibles las semillas de algunas Gimnospermas o
plantas sin flores, como es el caso de los piñones del pino.
Las plantas con flores son fundamentales para nuestra supervivencia como
especie. Todos los cultivos importantes que nos proporcionan alimento
como los cereales: trigo, arroz, maíz y cebada; las plantas leñosas, de las
cuales obtenemos madera, como el roble, castaño, cerezo; las que nos
proporcionan fibras como el algodón y el lino; y otros muchos productos
como el caucho, el tabaco, el café, el chocolate, los aceites aromáticospara los perfumes, y los miles de medicamentos como el digital y la
codeína, por poner solamente algunos ejemplos, son obtenidos de plantas
que pertenecen al grupo de las Angiospermas.
Las Angiospermas son actualmente las plantas con más éxito y sus más
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de 235.000 especies dominan el planeta, aunque no siempre en la historia
de la Tierra fue así ya que su aparición es muy reciente, unos 180 millones
de años según el registro paleontológico. Comenzaron a ser muyabundantes hace unos 120 millones de años, coincidiendo con el declive
de los dinosaurios. Se han adaptado a todos los ambientes y presentan
una amplia variedad de formas y tamaños, desde las pequeñas plantas
herbáceas de los pastos y praderas con diminutas flores, a las plantas con
grandes y llamativas flores hasta los gigantescos árboles de los bosques.
Las Angiospermas son plantas vasculares que se reproducen de manera
sexual, mediante un proceso de doble fecundación único entre los seresvivos, formando flores y frutos que las distinguen de todas las otras
plantas. El fruto protege la semilla en desarrollo y a menudo ayuda a su
dispersión. La flor y el fruto representan mecanismos por los cuales los
animales son atraídos para participar en la estrategia reproductora de este
tipo de plantas, y probablemente evolucionaron como un pago a los
animales por los servicios prestados en el transporte de las semillas.
Dentro de las Angiospermas se distinguen dos clases: las
monocotiledóneas, que son generalmente plantas herbáceas con hojas
largas y estrechas, con nerviaciones paralelas, entre las que se incluyen
los pastos, los lirios, la cebolla, las palmeras, y los cereales cuyas semillas
son fundamentales para el alimento de la humanidad como son el trigo,
arroz y maíz; y las dicotiledóneas que son más diversas e incluyen muchas
más especies (al menos 180.000), entre las que podemos citar, por
ejemplo, el roble, los girasoles, los cactus, los arándanos, el tomate.
El tabaco es un producto de la agricultura originario de América y
procesado a partir de las hojas de varias plantas del género
Nicotianatabacum . Se consume de varias formas, siendo la principal por
combustión produciendo humo. Su particular contenido en nicotina la hace
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muy adictiva. Se comercializa legalmente en todo el mundo, aunque en
muchos países tiene numerosas restricciones de consumo, por sus efectos
adversos para la salud pública.
El tabaco de Virginia, Petén o hierba santa (Nicotianatabacum ) es una
planta herbácea perenne, de la familia de las solanáceas, de cuyas hojas
se produce la mayor parte del tabaco consumido hoy en el mundo. Es
oriunda de América tropical, y está estrechamente emparentada con otras
plantas cultivadas comercialmente, como el tomate (Solanumlycopersicum )
y la papa (Solanumtuberosum ).
N. tabacum es una hierba perenne, robusta, de 50 a 120 cm de altura. La
raíz es larga y fibrosa. El tallo es erecto, de sección circular, pilosa y
viscosa al tacto. Se ramifica cerca de su extremo superior, produciendo
hojas densas, grandes (30 a 60 cm de largo por 10 a 20 de ancho),
alternas, sésiles, ovado a lanceoladas, apuntadas, de color verde pálido; al
tacto comparten la viscosidad del tallo. Son frágiles, y despiden un olor
ligeramente acre y narcótico, debido a la nicotina, un alcaloide volátil desabor agresivo y olor intenso.
Las flores son verde-amarillentas o rosadas según la variedad, con un
pequeño cáliz de 1 a 2 cm y una corola pubescente, de cinco lóbulos
aovados, de hasta 5 cm. El ovario es glabro; la planta es hermafrodita,
produciendo flores de ambos sexos. La polinización es entomófila, siendo
himenópteros y lepidópteros los principales polinizadores. Aparecen a
comienzos del verano, y hacia octubre dan un fruto en forma de cápsula de1,5 cm de largo.
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Composición química.
Glúcidos (40%), sales minerales (15-20%) y ácidos fenoles (cafeico,
clorogénico).
Principios activos: Alcaloides piridínicos (2-15%). El principal es la
nicotina, líquido oleoso, volátil, soluble en agua y solventes
orgánicos.
Características botánicas.
El tabaco es una planta dicotiledónea y vivaz, que rebrota al cortarse.
Suele cultivarse como planta anual, aunque en los climas de origen puededurar varios años, pudiendo alcanzar el tallo hasta dos metros de altura.
Hojas: son lanceoladas, alternas, sentadas o pecioladas.
Flores: hermafroditas, frecuentemente regulares.
Corola: en forma de tubo más o menos hinchado, terminado por un limbo
con5 lóbulos.
-Raíces: el sistema radicular es penetrante, aunque la mayoría de las
raíces finas se encuentran en el horizonte más fértil.
Fruto: cápsula recubierta por un cáliz persistente, que se abre en su vértice
por dos valvas bífidas.
Semillas: son numerosas, pequeñas y con tegumentos de relieves
sinuosos más o menos acentuadas.
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La manipulación genética de las plantas no es, estrictamente hablando,
una novedad. El hombre ha modificado durante miles y miles de años el
contenido genético de multitud de plantas de interés agrícola, en unproceso de domesticación largo y acumulativo, basado en cruces, incluso
entre especies diferentes, y en la selección posterior de semillas, con unas
prácticas que con el tiempo se fueron haciendo cada vez más sofisticadas.
A pesar de que estos métodos eran lentos e inciertos,
Jugando el azar un papel bastante importante, se han logrado obtener
especies vegetales que en poco se parecen a las originarias silvestres de
las cuales derivaron tras siglos de paciente labor agrícola.Las nuevas tecnologías de ingeniería genética no han hecho sino acelerar
la velocidad de este proceso y, sobre todo, afinar en la selección de
caracteres, ya que permiten elegir genes en vez de mezclar genomas
completos, pero tienen esencialmente el mismo fundamento y objetivo.
Sin embargo, una diferencia sustancial es que los métodos de mejora
clásica de plantas estaban limitados por la variabilidad genética, que podía
ser suministrada únicamente por especies que se cruzaran entre sí, es
decir, por especies próximas. El gran potencial, y a la vez el riesgo, de la
ingeniería genética reside en que se han roto estos límites,
desapareciendo las barreras para elegir y transferir genes entre especies e
incluso entre taxones, lo que proporciona un amplio rango de posibilidades
para suministrar el fenotipo deseado a un organismo.
La ingeniería genética de plantas tienen un enorme potencial de
aplicaciones y, al menos, tres factores importantes confluyen para explicar
los impresionantes avances alcanzados en este campo:
Enormes intereses económicos y, por tanto, una elevada
financiación destinada a la investigación para la mejora en la
producción de frutos y semillas de interés para la alimentación
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humana y ganadera, con mejores cualidades y mayor rendimiento.
Además del interés que tiene la obtención de nuevas variedades
destinadas a condiciones ambientales adversas (salinidad,temperaturas elevadas) o para su cultivo en terrenos hasta ahora
considerados no fértiles.
Por otra parte, la creación de nuevas variedades de flores y plantas
de interés ornamental es también un campo de enorme futuro comercial.
A nivel industrial, las plantas son también una importante fuente de
materias primas. Productos como el almidón y el azúcar tienen gran
importancia para las industrias relacionadas con la alimentación, pero
también con la energía. El etanol, obtenido por fermentación de la caña de
azúcar se utiliza en mezcla con petróleo como combustible en los coches
en Brasil. Productos como el algodón, el lino, etc., son la base de la
industria textil.
Así mismo, las plantas son la fuente de multitud de compuestos
químicos para la industria farmacéutica, cosmética, de aditivos
alimentarios, etc.
Menor dificultad para obtener plantas transgénicas. La producción
de plantas transgénicas es, al menos en teoría, mucho más sencilla
que la de animales transgénicos. Las plantas tienen una gran
capacidad regenerativa. En muchos casos, una sola célula
manipulada genéticamente puede dar origen a la producción de una
nueva variedad. Muchas células vegetales son “totipotentes”, esto
es, capaces de multiplicarse, diferenciarse y acabar formando
plantas completas y fértiles. Esto representa una gran ventaja con
respecto a la obtención de animales transgénicos, ya que se pueden
obtener plantas genotípicamente alteradas a partir de una única
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célula transformada. Además, la larga historia de la agricultura ha
proporcionado un profundo conocimiento de la genética de las
plantas cultivadas y se dispone de una enorme variedad de líneasportadoras de mutaciones que hoy pueden ser explotadas a nivel
molecular. La capacidad de autofecundación de muchas plantas y la
producción de una numerosa progenie hace que sea más fácil
encontrar mutaciones y recombinaciones poco frecuentes y obtener
homocigotos.
Muchas plantas presentan un genoma muy grande, con frecuenciadebido a su poliploidía, lo que dificulta mucho la experimentación
genética.
A pesar de que muchas plantas se pueden regenerar a partir de una
única célula manipulada genéticamente y se espera que sean un
clon de esta célula, sin embargo, a menudo se producen células
heterogéneas debido a una variación somatoclonal, frecuente en
plantas, lo que crea graves problemas para esta experimentación.
Finalmente, hay que decir que las plantas monocotiledones,
precisamente las que tienen un mayor interés desde el punto de
vista de la alimentación, resultan muy difíciles de transformar,
aunque el desarrollo de los métodos de biobalística para introducir
los genes exógenos está consiguiendo bastantes éxitos.
En términos generales, la modificación del genoma de una planta se puede
plantear desde dos estrategias alternativas:
► Adicción génica. Cuando se pretende que la planta adquiera una
nueva característica o propiedad para lo cual hay que añadir nuevos
genes. Puede tratarse de añadir un gen, o más de uno, y puede proceder
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de otra variedad de la misma planta cultivada, de otra especie de planta
silvestre o cultivada que tenga la característica que se quiere incorporar, o
incluso el gen puede proceder de especies muy alejadas filogenéticamentecomo bacterias , levaduras o animales.
► Supresión génica. Se trata de eliminar alguna característica o
propiedad no deseada, para lo cual hay que eliminar la acción del gen o los
genes de la propia planta responsables de la misma. En este caso no se
trata de quitar físicamente el gen del genoma de la planta, ya que esto no
es factible actualmente, sino que la modificación genética persigue
inactivar el producto del gen para impedir, retardar o ralentizar su acción.Aunque hay distintas estrategias la que ha dado mejores resultados es la
de introducir en el genoma de la planta un gen que sea el inverso
complementario, lo que se ha denominado un gen antisentido, de tal forma
que cuando se transcriben sus RNAs al tener la misma secuencia pero ser
complementarias hibridarían y se inactivan. De hecho esta tecnología se
empleó en el tomate de maduración retardada, el primer alimento GM que
fue aprobado para su comercialización.
Aunque las dos estrategias están siendo utilizadas, está claro que la
segunda tiene unas aplicaciones más limitadas, las características no
deseables que se tratan de eliminar son siempre limitadas, mientras que
las nuevas características que se pueden incorporar a una planta solo
tienen el límite teórico de los genes disponibles para ellas.
Las células vegetales son totipotentes esto significa que, si se
proporcionan las condiciones físicas y nutricionales adecuadas, cualquier
célula vegetal puederegenerar el fenotipo del organismo completo ydiferenciado del cuál derivó originariamente. Por este motivo, y a diferencia
de lo que ocurre con los animales, resulta relativamente sencillomodificar
las células vegetales aisladas introduciendo el gen o los genes de interés
que van a conferir la nueva característica o eliminar la no deseable, y luego
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a partir de estas células se puede regenerar la planta GM completa.
En cualquiera de las dos estrategias comentadas, los pasos
fundamentales que hay que tener en cuenta a la hora de plantear lamodificación genética de una determinada especie vegetal son:
► Disponer de células en cultivo de la especie para transformar
► Diseñar y obtener la construcción génica que se va a utilizar
► Disponer de un método adecuado para transferir la construcción génica
al interior del núcleo de la célula, una vez allí es necesario que se integre y
que se exprese, de forma que sea estable►Cultivar posteriormente las células transformadas y lograr regenerar la
planta completa.
Para obtener buenos cultivos de células vegetales se debe partir de
pequeñas piezas de tejido denominados explantes capaces de una rápida
proliferación, como por ejemplo del ápice de raíz, de yemas o bien de
semillas en germinación, todas estas regiones contienen células que se
encuentran continuamente en ciclo de división. El explante se lava con undesinfectante, agua oxigenada o hipoclorito, para eliminar
microorganismos, y se deja crecer en un medio nutritivo, donde
dependiendo de la especie puede llegar a formar una masa indiferenciada
de células denominada callo, que puede propagarse indefinidamente por
divisiones en un medio nutricional adecuado suplementado con
fitohormonas. El medio de cultivo suele contener sacarosa como fuente de
carbono; una fuente de nitrógeno orgánico, por ejemplo aminoácidos, o
inorgánico, como nitratos; sales inorgánicas, metales (Cu, Zn, Co y otros),
vitaminas y hormonas vegetales (auxinas, giberlinas, citoqinas)
reguladoras del crecimiento.
Si una pieza de callo joven se transfiere a un medio de cultivo líquido y se
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agita, la masa celular se disgrega y se produce una suspensión de células
que puede cultivarse indefinidamente, o bien puede sembrarse en un
medio sólido en el que las células crecen se dividen y forman callos deforma análoga a las colonias de bacterias. Esta forma de cultivo in vitro de
tejidos es muy frecuente para conservar ciertas variedades de vegetales en
los llamados bancos de germoplasma.
Un callo es a menudo, el objetivo de un marcador genético para la
inserción específica de DNA en experimentos.
El tejido de callo es de uso particular en la micropropagación, donde puedeser utilizado para cultivar copias genéticamente idénticas de plantas con
características deseables
En un momento dado, el estado de indiferenciación de estas células en
cultivo puede alterarse, modificando el tipo y la concentración de
fitohormonas en el medio, e inducir la diferenciación de raíces, tallos, etc.,
que permitirán regenerar una planta completa. Este proceso se denominaorganogénesis requiere unas condiciones específicas para cada especie.
La capacidad con que una especie superara este proceso es clave para el
desarrollo de plantas GM.
Las células vegetales tienen por fuera de la membrana plasmática una
fuerte pared de celulosa, que supone un verdadero obstáculo físico para la
entrada de genes. Para salvar este problema se pueden seguir dos
estrategias, o bien liberar a la célula de esta barrera física, o biodiseñar
sistemas que dirijan el DNA al interior de la célula incluso en presencia de
la pared. Estos últimos son los métodos denominados de biobalística.
Para la transformación se suelen utilizar “protoplastos”, que son células
vegetales a las que se les ha eliminado la pared celular por medio de
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tratamiento enzimático con celulasa y pectinasa. Se suelen emplear células
de hoja, que son fáciles de dispersar y regeneran muy bien la planta
completa. También son muy utilizados los protoplastos haploides de polen,ya que pueden regenerar plantas haploides que resultan de gran utilidad
para analizar mutantes. La facilidad y las condiciones con que los
protoplastos regeneran la planta completa son muy variables y depende de
las especies. Los protoplastos al estar desprovistos de la pared externa
facilitan la penetración de moléculas de DNA y por tanto son células más
fáciles de transformar. Posteriormente, el protoplasto puede regenerara la
pared celular en un medio sólido con los nutrientes y señales adecuadas,en un proceso que dura entre cinco y diez días, tras lo cual la célula
comienza a dividirse y puede formar callos e incluso regenerar la planta
completa.
Se denominan protoplastos a las células vegetales desprovistas de pared
celular. Su obtención se lleva a cabo mediante procesos mecánicos y
enzimáticos de eliminación de la pared celular. Por ejemplo, se pueden
obtener protoplastos de tabaco o petunia a partir de hojas, mediante el
retiro de la epidermis y el tratamiento con celulasas y pectinasas (enzimas
que digieren los componentes de la pared celular vegetal) en medio
isotónico, para evitar su rotura (al carecer de pared no son capaces de
soportar cambios osmóticos) (Carrasco, 1999).
Mediante este proceso se obtiene una suspensión con millones de células
individuales susceptibles de ser transformadas. Los protoplastos se
mantienen en un medio de cultivo y se adiciona el gen que se ha de
transferir. Para conseguir la penetración del transgen es necesaria la
permeabilización de la membrana, que de acuerdo a Díaz et al. (2004) se
lleva a cabo mediante distintos procesos:
Electroporación que consiste en aplicar al protoplasto descargas
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eléctricas de manera que la membrana se despolariza y se crean
diminutos poros por los que puede penetrar el ADN (Figura 4).
Figura 4. Poros en el protoplasto creados a partir de la aplicación de descargas eléctricas. (Fuente:Lal, 1993. Geneticengineer of plantsforcropimprovement).
Tratamiento con polietilenglicol, este método es muy similar al
anterior, debido a que también se producen poros en la membrana
plasmática por alteración de la polaridad de la misma y por ellos
penetra el ADN foráneo (Figura 5).
Figura 5. Poros creados por medio del tratamiento con polietilenglicol por alteración de lapolaridad. (Fuente: Díaz et al., 2004. Biotecnología y Mejoramiento Vegetal).
La microinyección, que es un método difícil y laborioso que consiste
en la introducción de ADN dentro de protoplastos individuales
mediante el uso de capilares de inyección y micro-manipulación
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(Figura 6) y aunque con esta metodología es necesario manipular
las células individualmente, es posible lograr un alto grado de
integración del ADN foráneo.
Figura 6. Imagen del método de microinyección en donde se muestra la introducción del ADN en el
interior de la célula mediante una micropipeta (Fuente: Carabuxa, 2007. Técnicas para fabricar
organismos transgénicos).
Fusión con la membrana de liposomas que contengan. Entre los
distintos métodos para introducir ADN aislado en protoplastos, la
transferencia directa de genes mediada por liposomas es uno de los más
difíciles. Esta a pesar de ser una técnica establecida para la producción de
plantas transgénicas, no se utiliza mucho debido a que no presenta
mayores ventajas sobre las demás técnicas.
Una vez incorporado el ADN, se requiere cultivar los protoplastos para
permitir su división, además de que es necesario conservar las condiciones
que permitan conseguir la regeneración de las plantas en las que se ha
incorporado el transgen.
En cualquier caso, bien se trabaje con células en cultivo o conprotoplastos, para modificar genéticamente una planta se requiere
introducir genes exógenos en el interior del núcleo de una célula vegetal y
para ello hay que recurrir a vectores que transporten el gen o los genes, o
bien utilizar técnicas que permitan la introducción directa del transgen. Y,
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previamente, es necesario diseñar la construcción de DNA adecuada que
contenga el gen o genes de interés, pero también algunos elementos
necesarios para asegurar su correcta expresión. Estos son las regionesreguladoras y el promotor del gen que permitirán que el gen sea activo y
que lo sea en el momento y en el lugar correcto, es decir, que la proteína o
proteínas se sinteticen en las células del tejido donde debe hacerlo.
Además, suele ser muy útil introducir en la construcción otros genes que
llamaremos marcadores de selección, que también se suelen denominar
reporteros, que permitirán confirmar que se ha producido la integración.
El plásmido TiUno de los métodos más utilizados para transformar células de
plantas consiste en utilizar como vector para los genes foráneos el
plásmido Ti (tumor-inducing) de la bacteria Agrobacterium tumefaciens .
Ésta es una bacteria gram negativa del suelo, muy abundante y que es
capaz de infectar de forma natural a una gran variedad de especies
diferentes del grupo de las dicotiledóneas, provocando la aparición de
tumores llamados de agalla en corona. La bacteria penetra, a través de
cualquier herida reciente en la epidermis de la planta, y se adhiere a la
pared externa de una célula. Desde aquí, es capaz de transferir fragmentos
del plásmido Ti, que se encuentra normalmente en el interior de estas
bacterias, hasta el núcleo de la célula vegetal. La célula vegetal que ha
adquirido el plásmido se convierte en una célula tumoral, creciendo de
manera independiente y no regulada, y se dedica a sintetizar unos
aminoácidos especiales, las opinas, y otros compuestos única y
exclusivamente para alimentar a la bacteria.El plásmido Ti tiene un tamaño muy grande, es un DNA circular de
unas 200Kb. Sin embargo, al interior de la célula vegetal solo penetra un
fragmento de este plásmido, llamado T-DNA (DNA transferido), que tiene
un tamaño de entre 12 y 24 Kb, dependiendo de la cepa bacteriana. Esta
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región tiene una serie de características muy interesantes:
- Una vez en el interior de la célula, el T-DNA no permanece comoun plásmido independiente sino que se integra en uno de los cromosomas
de la planta. Ésta es una característica muy interesante ya que gracias a
ello todas las células descendientes, formadas por división de ésa célula,
portarán el plásmido debido a que se transmite con los propios
cromosomas, produciéndose una transformación estable e irreversible de
las células de la planta afectada.
- Este T-DNA resulta por tanto un vector natural idóneo ya que en élse pueden introducir genes foráneos de interés y utilizar este sistema para
la manipulación genética de las plantas dicotiledóneas, que son las que de
forma natural son infectadas por la bacteria.
- El T-DNA lleva una serie de genes, algunos de los cuales codifican
para enzimas que intervienen en la síntesis de opinas. Éstas son unas
moléculas derivadas de aminoácidos, que son sintetizadas por acción de
las enzimas que la bacteria introduce en la planta utilizando los propios
aminoácidos y otras moléculas de la planta, y que, sin embargo, son
utilizados como nutrientes por la bacteria. Es decir, la infección de las
células con el plásmido de la bacteria hace que estas células se pongan a
trabajar para la bacteria de forma que suministran nutrientes para las
propias bacterias.
Conviene reconocer que la humilde bacteria del suelo
Agrobacterium ha logrado desarrollar todo un sistema de ingenieríagenética de plantas para ponerlas a producir sustancias en su propio
beneficio, algunos millones de años antes que el Homo sapiens fuera
capaz de hacerlo.
Además, como hemos dicho la infección provoca una proliferación
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desordenada de las células de la planta, debido a que el T-DNA lleva
también un grupo de genes que codifican enzimas para la síntesis de
hormonas vegetales, cuya superproducción induce una proliferacióndesordenada produciéndose un tumor, conocido como agalla de la corona.
Hoy día se explota este sistema para introducir genes nuevos en
plantas, pero para ello previamente es necesario realizar una serie de
manipulaciones para modificar el propio plásmido Ti y hacerlo más
adecuado. En la versión comercial que se utiliza se han eliminado los
genes oncogénicos responsables del crecimiento tumoral de las células de
la planta, y también se han eliminado los genes responsables de laproducción de opinas. Sin embargo, se suele dejar la región del promotor
de estos genes de opinas junto a la cual se añade el gen de interés, de
este modo se asegura la expresión del gen foráneo introducido a la planta.
También es necesario incorporar genes marcadores para identificar y
seleccionar las células vegetales transformadas.
El promotor de las opinas es útil para expresar genes de forma
constitutiva, es decir, genes que van a estar permanentemente activos
produciendo su producto. Sin embargo, en la práctica a veces se requiere
que los genes que se introducen se expresen únicamente en determinadas
células de la planta, por ejemplo en semillas, o en determinados momentos
del desarrollo. Esto complica bastante las cosas y hace necesario el uso de
promotores específicos de la planta o al menos promotores que se puedan
controlar por factores específicos y así lograr regular la expresión del gen.
El plásmido Ri. Otro vector específico es el plásmido Ri (rootinducing) de la bacteria
Agrobacteriumryzobium, cuya utilización sigue básicamente el mismo
proceso que acabamos de comentar para el Ti Este plásmido cuando
infecta una planta produce raíz de cabello, o aparición de múltiples raíces
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por una proliferación desordenada de las células de la raíz.
También algunos virus de plantas pueden ser utilizados como vectores de
genes foráneos. Si son adecuadamente manipulados son capaces de
transportar un DNA como pasajero al interior de la célula vegetal. Los
mayores avances se han logrado con geminovirus y caulimoviruse, dentro
de estos últimos, especialmente utilizado ha sido el virus del mosaico de la
coliflor. También los virus con genoma de RNA que son muy abundantes
en el mundo vegetal están siendo utilizados como vectores de genes, los
más frecuentes son los del mosaico de la cebada y el virus del mosaico del
tabaco.
Debido a que el sistema de Agrobacterium no es eficaz en la plantas
monocotiledones, precisamente las de mayor interés agrícola como los
cereales, se han tratado de desarrollar alternativas para introducir DNA en
las células vegetales basadas en métodos físicos.
Algunas células vegetales pueden ser transformadas directamente, por
transfección de fragmentos de DNA añadidos al medio de cultivo, aunque,
en general, la eficiencia de la transformación directa es bastante baja. Hoydía se trata de mejorarla utilizando diversas técnicas que favorecen la
penetración del DNA foráneo. Algunas de estas técnicas son:
► Permeabilización de membranas
- La Electroporación, que consiste en la apertura de poros en la
membrana por tratamiento con impulsos eléctricos controlados.
Utilizando campos de entre 200 y 600 V/cm se consigue transferir
DNA extraño a células de arroz y de maíz con rendimientos bastante
buenos.
- La permeabilización química, por ejemplo con etilenglicol.
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- La permeabilización con ultrasonidos.
- También se utilizan liposomas para transportar DNA al interior de
las células.
► Biobalística
Otras técnicas más sofisticadas son las conocidas como biobalística
que incluyen el uso de “pistolas génicas”. Estas técnicas se basan en la
utilización de microesferas de metales, como oro o tungsteno, de 0,4 a 4
μm de diámetro, recubiertas del DNA que se desea introducir que es
precipitado sobre ellas con cloruro cálcico, y que se disparan sobre lascélulas, o bien el uso de microproyectiles que llevan dentro gotitas del DNA
a transfectar en solución. El mecanismo de disparo se basa en una pistola
especial que lanza las partículas a más de 400m/s sobre las células de
forma que penetran sin destruir la membrana, todo el sistema funciona en
un vacío moderado para evitar el rozamiento con el aire, condiciones que
las células vegetales soportan durante uno o dos minutos. Tras el
bombardeo, las células son colocadas en condiciones adecuadas para
crecer y regenerar la planta.
Transformación biobalística
Según Petruccelli (2002), se denomina biolística o bio-balística a la
introducción de ADN en células mediante la aceleración (disparo) de
proyectiles de muy pequeño tamaño (microproyectiles). Generalmente los
microproyectiles tienen alrededor de una micra de diámetro, y son de un
material inerte como el oro o el tungsteno (Figura 7). Los microproyectiles
se pueden recubrir de ADN, y se pueden acelerar mediante pólvora, una
descarga eléctrica, o utilizando gases a presión (por ejemplo el helio
comprimido) para alcanzar velocidades supersónicas y de esta forma
introducir ADN en prácticamente cualquier tejido de cualquier especie
vegetal.
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Figura 7. Imágenes de los microproyectiles de oro y tungsteno respectivamente (Fuente: Petruccelli,
2002, Aplicaciones de la biotecnología en el sector agropecuario y agroalimentario).
No obstante, el proceso tiene una desventaja; debido a la falta de control
sobre la integración del gen en el genoma de la planta puede suceder que
el transgen se rompa durante el proceso o que se integren demasiadostransgenes, provocando que la planta reaccione silenciándolo, es decir,
impidiendo que el gen se exprese.
Expresión de genes exógenos en células vegetales.
Regiones reguladoras
Las cosas no son generalmente tan sencillas y, con frecuencia, los
genes introducidos en las plantas, sea cual sea el procedimiento queempleemos para ello, plantean problemas de expresión y de
mantenimiento en las células, resultando que su presencia y actividad es
sólo transitoria.
Otras dificultades adicionales surgen cuando el producto del gen
foráneo introducido, es decir la proteína, es rápidamente degradada por los
sistemas enzimáticos de la planta, o bien, por el contrario, cuando el
compuesto que interesa no puede ser correctamente producido al faltar
enzimas o proteínas adecuadas para su procesamiento, empaquetamiento
final, etc.
Está claro que los problemas de la ingeniería genética para obtener
plantas modificadas genéticamente no finalizan al encontrar un vector o un
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sistema adecuado para introducir un gen foráneo más bien, por el
contrario, se puede decir que es cuando verdaderamente comienzan. En
este punto los avances en el conocimiento de la genética molecular básicade las plantas, la regulación de la expresión de los genes y el desarrollo,
son los cimientos sobre los que crece y puede progresar la ingeniería
genética aplicada de plantas.
La expresión constitutiva o continuada de los genes incorporados a
plantas se consigue cuando se colocan en los vectores junto a regiones
reguladoras como por ejemplo los promotores de opinas, de los quehablamos anteriormente. Pero muchas veces puede resultar más
interesante que el gen o los genes exógenos insertados no se expresen
hasta que sean activados específicamente, para lo cual se colocan frente a
promotores regulables no constitutivos, que por ejemplo se activen
únicamente en determinado momento del desarrollo o únicamente en cierto
tejido. Para ello se utilizan promotores como por ejemplo el de la
subunidad pequeña de la enzima rubisco (del ciclo de Calvin) que se activa
solamente en los tejidos fotosintéticos, como las hojas; o bien promotores
que se activan únicamente en las flores o en la raíz. También son muy
interesantes los promotores que se activan en determinadas situaciones de
estrés, como los de las proteínas HS o los de las proteínas PR. El uso de
estas señales permite controlar con mayor o menor precisión la expresión
de los genes foráneos incorporados. La búsqueda de promotores
específicos de tejidos tiene una enorme importancia para el desarrollo de
plantas transgénicas más específicas y seguras. Por ejemplo, plantas queexpresen solo un insecticida que lleven incorporado en aquellos tejidos de
la planta que son atacados por el insecto o el patógeno, permaneciendo sin
expresarse en aquellos que son comercializados como alimento, por
ejemplo frutos y semillas.
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Muchas veces el gen o los genes incorporados no son activos a
pesar de haber diseñado una construcción con los reguladores adecuados.
Y es que las plantas disponen de mecanismos protectores contra lainvasión de DNA ajeno. Uno de estos es la metilación del DNA extraño
integrado en el cromosoma, lo cual impide su transcripción y por tanto su
expresión. Otras veces, se produce una inactivación de toda la cromatina
alrededor de la región donde se encuentra el gen intruso lo que provoca el
mismo resultado. Algunas plantas disponen de un mecanismo más
sofisticado conocido como cosupresión, que consiste en que se bloquean
secuencias que sean de algún modo semejantes o otras endógenas.Todo esto hace que lograr el éxito en este tipo de experimentación sea
bastante más difícil y complejo de lo que a primera vista podría parecer. El
estudio y el conocimiento básico de la genética de plantas son
fundamentales para avanzar con nuevas estrategias.
Genes marcadores
La identificación de las células vegetales que han incorporado un
determinado gen exógeno, es decir que han sido efectivamente
transformadas, es factible mediante el uso simultáneo de algún otro gen
que codifique para alguna actividad fácilmente detectable y que se inserta
junto con el de interés actuando de testigo por lo que se suele llamar gen
marcador o reportero. Un gen marcador muy utilizado es el de la lucíferasa
una enzima que en presencia de ATP degrada la luciferina emitiendo luz y
que por tanto puede valorarse con ayuda de un luminómetro o de unaplaca o película fotográfica sensible a la luz.
A pesar de que, hasta el momento, ninguna de las proteínas de los
genes utilizados como marcadores ha demostrado ser nociva para la salud
humana o animal, los genes marcadores han sido el blanco de muchas de
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las críticas a las plantas transgénicas Se argumenta que podrían tener
efectos tóxicos, alergógenos, o provocar un aumento de la resistencia a
antibióticos o transferir esta resistencia a otras especies.Actualmente se emplean distintos métodos para obtener plantas
transgénicas libres de genes marcadores. La idea es utilizar el marcador
solamente en las primeras etapas para identificar y seleccionar las células
transformadas, y posteriormente eliminarlo antes de obtener la planta
transgénica. Para ello la estrategia es que el gen que se desea clonar en la
planta y el gen marcador se localice en sitios diferentes del genoma de la
planta receptora, en cromosomas distintos, para que tras unos cuantoscruces iníciales dirigidos se pueda perder el marcador por segregación
cromosómica.
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Alcances y limitaciones
Alcances Se logro obtener el conocimiento, acerca de como adquiere
la planta del tabaco el color bioluminescente que posee la
lucíferasa, así como las diversas técnicas que son posibles
emplear para la inserción de nuevos genes procedentes de
un organismo diferente.
Limitaciones No fueron posibles realizar los estudios a la planta ya que no
contamos con los recursos económicos para poder adquiriruna planta de tabaco alterada.
Metodología Se empleo información teórica en base de libros de; biología
celular y molecular, bioquímica y fuentes de internet, así
como el apoyo de otras tesis de las cuales obtuvimos parte
de la información.
Referencia bibliográfica
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Anexo
Anexo 1
Imagen 1. pagina 14
Imagen 2 pagina 15.
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Imagen 3. pagina. 20
Imagen 4. página 33
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Imagen 5. página 33
Imagen 6. Página 34
Imagen 7. Página 40
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