Durante siglos se han utilizado diferentes técnicas con el objetivo de conseguir una mejora en la producción vegetal. Hoy en día, tal mejora se cifra en la consecución de tres objetivos básicos:
- Incrementar las cosechas en cuanto a cantidad.
- Mejorar la calidad de los productos vegetales cultivados.
- Reducir los costes de producción.
La Biotecnología es una disciplina que ha demostrado ser una herramienta útil para alcanzar dichos objetivos. Sin embargo, la Biotecnología vegetal se ha desarrollado de una forma más lenta que otros campos de investigación análogos a causa de la mayor complejidad genética y fisiológica de los vegetales en comparación con organismos unicelulares como bacterias y levaduras.
Se pueden alcanzar los dos primeros objetivos mediante modificación genética para conferir a los vegetales características deseables. De esta manera las líneas de investigación se han dirigido a conseguir una mayor resistencia de las plantas frente a condiciones ambientales adversas tales como sequía, suelos salinos y alcalinos, presencia de metales o condiciones de anaerobiosis. Pero también se han desarrollado métodos para mejorar características organolépticas de las cosechas, tales como sabor, color, textura, tamaño, acidez o dulzura; así como del proceso de maduración. Incrementando la calidad y cantidad de proteínas de diferentes tipos en los productos vegetales se puede mejorar su valor nutricional. Por ejemplo, una de las principales proteínas del maíz posee muy poca cantidad de los aminoácidos lisina y triptófano, esenciales para el crecimiento humano. Conseguir maíz con mayores cantidades de estos dos aminoácidos supondría un incremento considerable del valor nutricional de este cereal.
La reducción de los costes de producción ha sido posible, entre otros aspectos, por el desarrollo de biopesticidas y biofertilizantes. La agricultura moderna consume cantidades importantes de compuesto químicos, empleados como fertilizantes y como pesticidas. Una reducción en el coste ocasionado por estos compuestos puede ser posible mediante el empleo de técnicas de biotecnología. La línea de investigación con respecto a los fertilizantes se ha centrado en el proceso de fijación de nitrógeno, estudiando las relaciones entre bacterias fijadoras del nitrógeno y leguminosas, para poder modificar bien a las bacterias o a plantas no leguminosas, y permitirles ser autosuficientes en la obtención de nitrógeno. Con respecto a los biopesticidas son una alternativa efectiva desde el punto de vista económico y ambiental frente a los tradicionales compuestos químicos. Puede servir como ejemplo el empleo de Bacillus thuringiensis. Esta bacteria posee una proteína que paraliza específicamente el sistema digestivo de insectos y artrópodos fitófagos, que ocasionan daños en vegetales de interés comercial, provocándoles la muerte. Los organismos superiores y otras especies permanecen sin afectar, debido a que la acidez de sus estómagos destruye fácilmente la toxina proteica.
La utilización de estos biopesticidas puede llevarse a cabo de varias maneras:
- Diseminando esporas de B. thuringiensis sobre las plantas. Estas esporas llegan a ser activas y se multiplican, cubriendo las plantas de bacterias venenosas para los insectos que se alimentan de ellas.
- El gen de la toxina puede ser insertado en el material genético del vegetal, confiriéndoles resistencia.
- De forma similar, este gen puede ser insertado en un microorganismo que viva dentro de la savia del vegetal. Estos organismos, conocidos como endófitos, se multiplican dentro de la planta hospedadora y se desplazan por su sistema vascular, formando una defensa microscópica contra insectos que se alimentan de la misma. Un proceso que se asemeja a las vacunas humanas.
La manipulación genética de los vegetales se puede conseguir de múltiples formas. En este sentido, un aspecto que caracteriza a las células vegetales y que las diferencia de las animales es su posibilidad de dar lugar a protoplastos, células vegetales cuyas paredes celulares han sido eliminadas mediante digestión enzimática. Los protoplastos presentan la capacidad de sintetizar nueva pared celular y sufrir una serie de divisiones celulares y procesos de desarrollo que dan origen a una nueva planta adulta. Se puede considerar que ésta ha sido clonada a partir de una sola célula de la planta parental. La capacidad de desarrollar una planta a partir de una célula significa que los investigadores en este campo pueden manipular genéticamente la célula, dejar que se desarrolle hasta una planta adulta y examinar el espectro de efectos físicos y de crecimiento ocasionados por tal manipulación en un período de tiempo relativamente corto.
Sin embargo, la manipulación genética de vegetales presenta algunas dificultades: el gran tamaño del material cromosómico, su lento crecimiento en comparación con organismos unicelulares y la escasez de vectores de clonación que funcionen con relativo éxito. Tal vez el vector de clonación más comúnmente usado en vegetales es el plásmido Ti o plásmido inductor de tumores. Este plásmido se encuentra en Agrobacterium tumefaciens, una bacteria que vive normalmente en el suelo. Esta bacteria posee la capacidad de infectar a plantas ocasionando la aparición de una agalla en el lugar de la infección. El plásmido Ti es una molécula grande de DNA circular de doble cadena que se puede replicar independientemente del genoma de A. tumefaciens. Cuando esta bacteria infecta una célula vegetal, un segmento de 30000 pares de bases del plásmido Ti, llamado TDNA, se separa del plásmido y se incorpora al genoma de la planta hospedadora. Este aspecto del plásmido Ti es el que lo hace útil como vector de clonación en vegetales. De hecho puede ser usado para la introducción de genes exógenos en plantas. Este tipo de transferencia genética requiere dos pasos:
1.- La inactivación de los genes del TDNA causantes de la tumoración en el vegetal.
2.- La inserción de los genes exógenos en la misma región del plásmido Ti.
Una vez en el protoplasto, el TDNA y los genes insertados se incorporan en el genoma de la planta hospedadora. Este protoplasto da lugar a una planta adulta que transmitirá las nuevas características genéticas a futuras generaciones a través de un patrón de herencia mendeliana. Desafor-tunadamente en la naturaleza, A. tumefaciens sólo infecta a plantas dicotiledóneas y muchas plantas cultivadas de interés comercial son monocotiledóneas.
Para suplir este déficit, se han desarrollado otro tipo de técnicas como los procesos de microinyección, electroporación y el bombardeo de partículas. La técnica de microinyección implica la inyección directa de moléculas de DNA en una célula hospedadora mediante el empleo de microjeringas. La electroporación emplea breves pulsos de electricidad de alto voltaje para inducir la formación de poros transitorios en la membrana de la célula hospedadora a través de los cuales puede penetrar la molécula de DNA a insertar. La última de las técnicas implica el bombardeo de las células vegetales con partículas microscópicas envueltas con DNA. Con esta última técnica, por ejemplo, se han conseguido nuevas variedades de especies de orquídeas con respecto al color de las flores. Investigadores norteamericanos han encontrado un gen del maíz que regula la producción de pigmentos, y por tanto la coloración, y que manifiesta sus resultados en tres días. Envolviendo con este gen micropartículas de oro, con un tamaño diez veces más pequeño que el de cualquier punto de este artículo, se bombardean pétalos de orquídeas blancas. Las flores aparecen coloreadas a las 48 horas, un tiempo muy reducido si se le compara con los 6 años necesarios con las técnicas tradicionales para la obtención de híbridos [H. Becker y M. Bynum.
www.accessexcellence.org/AB/BA/Gene_Gun_Orchid_Color.html]. Del Agrobacterium al bombardeo, la biotecnología vegetal avanza a pasos agigantados.Juan Carlos Codina Escobar es Profesor de Enseñanza Secundaria en el I.E.S. La Paz de Cádiz
Encuentros en la Biología, 73:4-5 (2001)