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    Biotecnología Vegetal

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    Kavindra Rodriguez
    Este documento describe diferentes técnicas de biotecnología vegetal como la fitorremediación, el cultivo de tejidos vegetales y la transformación genética de plantas. La fitorremediación usa plantas para limpiar ambientes contaminados absorbiendo y descomponiendo contaminantes. El cultivo de tejidos vegetales permite la producción y multiplicación de plantas a través de etapas como la iniciación, multiplicación y aclimatación. La transformación genética introduce material genético exógeno en plantas usando métodos como Agrobacterium t

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    Biotecnología Vegetal

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    Este documento describe diferentes técnicas de biotecnología vegetal como la fitorremediación, el cultivo de tejidos vegetales y la transformación genética de plantas. La fitorremediación usa plantas para limpiar ambientes contaminados absorbiendo y descomponiendo contaminantes. El cultivo de tejidos vegetales permite la producción y multiplicación de plantas a través de etapas como la iniciación, multiplicación y aclimatación. La transformación genética introduce material genético exógeno en plantas usando métodos como Agrobacterium t

    Descripción original:

    Resumen para el ramo Biotecnología molecular

    Título original

    Biotecnología_Vegetal

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    Este documento describe diferentes técnicas de biotecnología vegetal como la fitorremediación, el cultivo de tejidos vegetales y la transformación genética de plantas. La fitorremediación usa plantas para limpiar ambientes contaminados absorbiendo y descomponiendo contaminantes. El cultivo de tejidos vegetales permite la producción y multiplicación de plantas a través de etapas como la iniciación, multiplicación y aclimatación. La transformación genética introduce material genético exógeno en plantas usando métodos como Agrobacterium t

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    Este documento describe diferentes técnicas de biotecnología vegetal como la fitorremediación, el cultivo de tejidos vegetales y la transformación genética de plantas. La fitorremediación usa plantas para limpiar ambientes contaminados absorbiendo y descomponiendo contaminantes. El cultivo de tejidos vegetales permite la producción y multiplicación de plantas a través de etapas como la iniciación, multiplicación y aclimatación. La transformación genética introduce material genético exógeno en plantas usando métodos como Agrobacterium t

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    Biotecnologı́a Vegetal K.

    Rodrı́guez

    1. Fitorremediación
    La fitorremediación corresponde a la utilización de plantas para limpiar ambientes contaminados.
    Estas pueden absorber metales pesados, petróleo, pesticidas e incluso explosivos. Además pueden fijar
    estos compuestos en sus raı́ces, evitando su propagación a áreas circundantes.
    Ciertas plantas son mejores para remover contaminantes que otras, estas no solo deben tolerar
    los ambientes hostiles en donde existe contaminación sino que también soportar los climas locales en
    donde se requiera la descontaminación. Plantas de crecimiento superficial sirven para contaminación
    poco profunda, plantas con raı́ces profundas sirven para la contaminación de suelo profundo o aguas
    contaminadas.

    1.1. ¿Cómo funciona?


    Ciertas plantas, llamadas hiperacumuladoras, pueden absorber y/o descomponer contaminantes del
    suelo por medio de sus raı́ces. Con estos pueden:

    Almacenar los contaminantes en tallos, hojas, raı́ces, a nivel celular en vacuolas u otros sitios,
    estos dependen de la especie de la planta.
    Transformarlos en quı́micos menos nocivos o metabolizarlos y liberarlos en forma de vapores.

    Fijar los contaminantes en sus raı́ces, en donde microorganismos degradan los contaminantes en
    sustancias menos dañinas.

    1.2. Algunas aplicaciones


    La fitorremediación se utiliza como control hidráulico, para frenar el movimiento aguas contaminadas
    mediante el uso de árboles, los cuales funcionan como bombas, absorbiendo el agua antes de que se
    desplace a zonas limpias.
    En minerı́a se crean humedales artificiales, los cuales tratan aguas provenientes de sistemas mineros,
    estos permiten reducir las concentraciones de contaminantes antes de descargarlos en cuerpos de aguas
    naturales.

    1.3. Desventajas
    Tiempo: es un proceso lento ya que conlleva el crecimiento de las plantas, además de lo que
    tardan en absorber contaminantes.

    Bioacumulación: las plantas pueden acumular contaminantes en sus tejidos, lo que genera
    riesgos de contaminación secundaria. Además, las plantas comestibles pueden transferir los con-
    taminantes a través de la cadena alimentaria.
    Escalamiento: la falta de escalabilidad de la fitorremediación dificulta su implementación a
    gran escala y limita su viabilidad económica como un negocio rentable. Los desafı́os logı́sticos y
    técnicos, junto con los altos costos y los largos perı́odos de tiempo asociados tanto con el desarrollo
    de plantas transgénicas como el crecimiento de las plantas, hacen que la fitorremediación no sea
    un buen negocio en términos de retorno de inversión, o que se prefieran técnicas más veloces.

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    Biotecnologı́a Vegetal K. Rodrı́guez

    2. Cultivo de tejidos vegetales y técnicas para la transforma-


    ción de plantas
    El cultivo de tejidos vegetales y la transformación de plantas en biotecnologı́a involucran el uso de
    las plantas como una ”fábrica verde”para producir proteı́nas recombinantes y compuestos de interés.
    Esto implica la introducción de genes en el genoma de las plantas, permitiéndoles producir de manera
    económica y escalable grandes cantidades de estas proteı́nas y compuestos. Las plantas ofrecen ventajas
    como la capacidad de realizar modificaciones complejas en las proteı́nas y un cultivo relativamente
    sencillo, convirtiéndolas en un sistema atractivo.

    2.1. Etapas de un cultivo vegetal


    Para lograr la producción y multiplicación de plantas se sigue una serie de etapas. En la etapa de
    iniciación, se extrae un explante de la planta y se transfiere a un medio de cultivo artificial para su
    crecimiento inicial. A continuación, en la etapa de multiplicación, se observa el crecimiento de callos
    y embrioides, que son masas de células indiferenciadas. Durante la etapa de expansión, se producen
    raı́ces y brotes en los callos y embrioides, lo que permite el desarrollo de plantas completas. Final-
    mente, en la etapa de aclimatación, las plantas en crecimiento se introducen gradualmente en sistemas
    menos controlados, como invernaderos o campo abierto, para adaptarse a condiciones ambientales más
    naturales.

    2.2. Transformación genética de plantas


    Proceso en el cual se introduce material genético exógeno, como genes o segmentos de ADN, en el
    genoma de una planta, lo que resulta en la expresión de nuevas caracterı́sticas o la modificación de
    rasgos existentes.

    2.2.1. Transformación mediada por Agrobacterium Tumefaciens:


    Esta bacteria es patógena de otras plantas e induce tumores al introducirse en la célula vegetal,
    donde inserta su ADN y provoca la transformación del ADN vegetal. Esta transformación incluye la
    información genética de la bacteria y resulta en la muerte de la planta. En esta técnica, se aprovecha el
    sistema de transferencia de genes de esta bacteria, en donde se aisla el plásmido con los genes patológicos
    para posteriormente eliminarlos mediante enzimas de restricción e insertar el gen de interés. Ahora
    se tiene el plásmido recombinante, este se inserta en la bacteria, ahora recombinante transgénica y se
    transfiere su material genético a la célula aprovechando el mecanismo de la bacteria, con el gen de
    interés.
    Pros: equipamiento mı́nimo y de bajo costo, pocas mutaciones indeseadas, estabilidad del gen
    transferido relativamente alta.
    Contras: no funciona en cultivos monocotiledóneos.

    2.2.2. Biobalı́stica (Gene Transfer by Particle Bombardment)


    Se basa en el uso de un proyectil cargado con partı́culas que se disparan hacia las células objetivo.
    Este proyectil se encuentra en una cámara equipada con un sistema de eyección (pólvora seca). Los
    microproyectiles son esferas hechas de oro o tungsteno y se arrojan a alta velocidad, de manera que
    puedan penetrar en las células bombardeadas sin dañar la membrana celular. Una vez que los mi-
    croproyectiles impactan en las células, el ADN se libera de ellos y las células pueden incorporar este
    material genético en el núcleo, los cloroplastos o las mitocondrias a través de la recombinación al azar.
    Pros: funciona en gran rango de plantas, transferencia simultánea de variedad de elementos
    genéticos
    Contras: múltiples copias de un inserto, pérdida de la integridad molecular de los insertos,
    posible generación de plantas quiméricas.

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    Biotecnologı́a Vegetal K. Rodrı́guez

    2.2.3. Microinyección
    Se utiliza una microaguja o microcapilar para inyectar directamente el ADN o cualquier otro
    material genético en el núcleo de la célula vegetal objetivo.

    Pros: ?

    Contras: Solo posible en células grandes, se requiere personal muy entrenado. Limitado a pro-
    toplastos

    2.2.4. Electroporación
    Se realiza con la ayuda de un pulso eléctrico que crea pequeños agujeros o poros temporales en la
    membrana celular.
    Primero, las células huésped junto con el ADN que deseamos insertar se colocan en una solución
    conductora. Se cierra un circuito eléctrico alrededor de la mezcla. Segundo, se aplica un pulso eléctrico
    a través de la solución. Tercero, esto perturba la bicapa de fosfolı́pidos, creando pequeños poros en ella.
    Simultáneamente, esta carga crea un potencial eléctrico entre el exterior y el interior de la célula, lo
    que obliga aL ADN a pasar a través de los poros y hacia el interior, ya que estos tienen carga negativa.
    Cuarto, se permite que la célula se recupere y regenere su bicapa de fosfolı́pidos.

    Pros: conveniente, simple y rápido.


    Contras: dificultad a la hora de regenerar la bicapa. Limitado a protoplastos.

    2.2.5. Transferencia génica mediada por polietilenglicol (PEG)


    Polietilenglicol estimula la endocitosis, de esta manera se capta el ADN, el cual es mantenido junto
    con el protoplasto en una solución con PEG.
    Pros: directa transferencia gen-célula, fácil de prácticar y de bajo costo.
    Contras: dificultad y lentitud a la hora de regenerar la bicapa. Limitado a protoplastos.

    2.2.6. Ruta de la polinización (Pollen Tube-Mediated Gene Transfer)


    La transformación mediante la ruta de la polinización comúnmente implica la remoción del estigma
    de la planta receptora poco después de la polinización y fertilización, seguido de la aplicación de una
    solución de ADN exógeno sobre el estilo seccionado de la planta receptora. El ADN donante exógeno
    es transportado a través del crecimiento del tubo polı́nico hacia el ovario de la planta receptora, donde
    luego se integra con el cigoto receptor no dividido pero fertilizado. Ası́, en el PTT exitoso, los genes
    extraños se incorporan al genoma del receptor en la etapa de formación del embrión y, por lo tanto,
    están presentes en las semillas transformadas.
    Pros: directa transferencia gen-célula, fácil de prácticar y de bajo costo.
    Contras: dificultad y lentitud a la hora de regenerar la bicapa. Limitado a protoplastos.

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    Biotecnologı́a Vegetal K. Rodrı́guez

    3. Estrategias biotecnológicas para mejorar plantas


    3.1. Molecular breeding
    Se basa en el uso de técnicas moleculares y herramientas genéticas para acelerar y mejorar el proceso
    de selección de plantas con caracterı́sticas deseables. Se utilizan marcadores moleculares (MAS) para
    identificar genes o regiones del genoma asociados con rasgos especı́ficos. Técnicas como:

    3.1.1. Selección recurrente:


    Método de reproducción (breeding) que involucra la selección de individuos mediante marcado-
    res genéticos (MAS) seguida de una recombinación entre los seleccionados. El objetivo es elevar la
    frecuencia de alelos favorables y reducir la de alelos desfavorables.

    3.1.2. Introgresión:
    Método de reproducción que involucra el movimiento de genes de una especie a otra seguida de su
    estabilización en el genoma hospedero. La estabilización se hace con selección recurrente y retrocruza
    (backcrossing), que es el cruce de un hı́brido con sus progenitores.

    3.1.3. Pirámide de genes:


    Introducción y selección simultánea de varios genes. Es más rápida para ingresar varios genes que
    otros métodos.

    3.2. Genetic modification


    Introducción de genes exógenos en el genoma de las plantas para conferirles nuevas caracterı́sticas
    o mejorar rasgos existentes. Véase capı́tulo anterior.

    3.3. Genome-editing
    Esta estrategia implica la modificación precisa de genes especı́ficos en el genoma de las plantas. La
    técnica más comúnmente utilizada es CRISPR-Cas9, que permite editar de manera precisa y eficiente
    el ADN de las plantas. Con la edición del genoma, se pueden introducir cambios puntuales en el genoma
    de las plantas, como la eliminación, inserción o modificación de genes existentes.

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