Mejoramiento Genético Vegetal

Productos GM
Imagen

Mejoramiento Genético Vegetal

Técnicas de mejoramiento

Las plantas que hoy se cultivan son distintas de sus antepasados silvestres, ya que el hombre ha modificado y seleccionado sus propiedades a lo largo de más de diez mil años en función de sus necesidades. La civilización moderna basa su agricultura en agroecosistemas, ecosistemas fuertemente alterados por las actividades humanas con el objetivo de la producción agrícola, en los que la biodiversidad se ha reducido para maximizar los rendimientos multiplicando la producción de alimentos para satisfacer necesidades humanas. Muchas especies (animales, vegetales, microorganismos) que predominan en estos sistemas resultan de la selección artificial vinculada al manejo agrícola. Un agro-ecosistema es controlado con el objetivo definido de producir alimentos, y a diferencia de un ecosistema natural (como el que se encontraría en un parque nacional), es de naturaleza artificial y se encuentra en constante evolución y mejoramiento de las prácticas agrícolas. La gran mayoría de los cultivos que utiliza el agricultor en la actualidad han sido generados por el hombre por diversos métodos. Hoy, la ingeniería genética se suma a las prácticas convencionales como una herramienta más para mejorar o modificar los cultivos vegetales.

Existe gran diversidad de fenotipos en las plantas, en sus características y en sus funciones, determinada por la variabilidad genética y la interacción de estos genotipos con el ambiente. Existen diferentes factores que favorecen la diversidad genética y la variedad de características entre individuos de una misma especie o de diferentes especies. Entre estos factores se puede mencionar la reproducción sexual y las mutaciones que aumentan la diversidad sobre la que actúa la selección natural. A esto se suma la acción del hombre que, a través de la selección artificial y la hibridación (cruzamientos selectivos) aprovecha esta diversidad y promueve la reproducción y supervivencia de determinadas especies o variedades que resultan favorables.

Todos estos mecanismos se incluyen en lo que se denominan técnicas tradicionales de mejoramiento vegetal, donde el resultado final es un organismo que nunca antes existió en la naturaleza. Algunos ejemplos son:

  1. Selección artificial y cruzamientos selectivos: El hombre selecciona las plantas que le ofrecen más ventajas (mejores frutos, mayor crecimiento, mayor resistencia a enfermedades, etc.), y realiza cruzamientos selectivos entre esas variedades para obtener descendencia con mejores rendimientos. Además, desde que es agricultor, el hombre no solo ha seleccionado sino que también ha trasladado especies vegetales de un lugar a otro, a otras condiciones ambientales. Estas variables ambientales también originaron gran diversidad en los vegetales. Por ejemplo, las diferentes coles (brócoli, coliflor, repollo, repollito de Burselas, y otros) son descendientes de una especie original, obtenidas por el hombre mediante selección artificial.
  2. Hibridación (intervarietal, interespecífica, intergenérica): El hombre realiza cruzamientos no solo entre diferentes variedades de una misma especie, sino también interespecíficos (entre especies) e inclusive intergenéricos (entre diferentes géneros). Estos cruzamientos generan híbridos: mezcla entre dos especies o géneros diferentes pero sexualmente compatibles que da como resultado una descendencia cuya combinación de genes será al azar, diferentes de los progenitores. Esta técnica es una de la que más contribuyó a la diversidad.
  3. Un buen ejemplo chileno de cruzamiento inter-específico es la frutilla, la Fragaria chiloensis, que es un fruto grande, pero no muy sabroso comparado con la Fragaria virginiana, que es más pequeño y lábil, pero mucho más sabroso. Ambos frutos se cruzaron mediante manipulación dirigida y se obtuvo la variante que hoy en día se cultiva en todo el mundo.

    Otro ejemplo es el trigo, cuyas variantes originales Einkorn y Spelt, muy antiguas, se cruzaron para obtener el Emmer, un grano más grande, pero poco resistente al ambiente, por lo que se mezcló a su vez con el Goat Grass, mucho más resistente, con lo que se obtuvo el trigo con que hoy se fabrica el pan. Esta variedad tiene el triple de cromosomas que su ancestro inicial.

    Ejemplos como la zanahoria, el maíz, la lechuga y el tomate, entre muchos otros, dan cuenta de que tanto fenotípica como genéticamente han sufrido muchas variaciones para llegar a las formas que conocemos actualmente. En el pasado, a diferencia de lo que hoy ocurre, los agricultores no poseían ningún conocimiento de genética, y eran completamente ajenos a lo que es la variabilidad génica o lo que supone una mutación. Sin embargo estaban seleccionando mutantes mediante el filtro selectivo de alguna característica deseada (tamaño, color, sabor, etc.).

  4. Mutagénesis inducida (agentes mutagénicos). Esta técnica se utiliza desde mediados del siglo XX. Por medio del uso de sustancias químicas o radiaciones se inducen mutaciones al azar en el genoma que generan cambios en la planta y luego se selecciona los individuos que presenten las características deseadas. En el Institute of Radiation Breeding, NIAR de Ibaragi, Japón, existe un invernadero gamma para irradiación crónica de plantas subtropicales que ha permitido mejorías en cuanto a resistencia a enfermedades, calidad, rendimiento y adaptabilidad; y el campo de irradiación gamma Cobalto 60 ha permitido desarrollar más de 3.088 nuevas variedades vegetales, que hoy en día cubren 70% del área de cultivo del mundo con trigo, cebada, avena, arroz, soya, poroto verde, papas, cebollas, cerezas, manzanas y vides.
Mejoramiento Vegetal Mejoramiento Vegetal Mejoramiento Vegetal Mejoramiento Vegetal Mejoramiento Vegetal
  1. Polinización y Fertilización in vitro. Existen barreras sexuales entre organismos de diferentes especies y géneros. El hombre puede atravesar estas barreras a través de la polinización (traslado del polen que contiene las gametas masculinas de la planta, hacia la estructura reproductiva femenina). Cuando el hombre aprende a polinizar artificialmente estas plantas y se genera la unión de los gametos, se pueden cultivar los embriones in vitro.
  2. Cultivo in vitro de células, tejidos y órganos vegetales. También se cultivan células, tejidos u órganos en medios nutritivos en frascos. Esta técnica acompaña otras técnicas de mejoramiento vegetal. El cultivo in vitro es posible debido a que las plantas tienen una propiedad denominada totipotencialidad celular: toda célula viva e íntegra de una planta, sin importar el grado de especialización alcanzado, es capaz de regenerar una planta entera igual a la original (ver Cuaderno Nº 35 y Nº 56).
  3. Obtención de haploides. Cultivo in vitro de estructuras sexuales haploides que generan organismos haploides que pueden aportar caracteres agronómicos importantes.
  4. Variación somaclonal (cultivo in vitro o a campo). Mediante cultivo de células o tejidos in vitro se pueden generar variaciones.
  5. Ingeniería genética. Las técnicas tradicionales de hibridación mezclaron durante varios años miles y miles de genes y muchas generaciones de plantas con el fin de obtener una característica deseada. La biotecnología acelera este proceso permitiendo a los científicos tomar solamente los genes deseados de una planta, logrando de ese modo los resultados buscados en tan sólo una generación. La ingeniería genética es una herramienta más segura y eficiente para el mejoramiento de especies respecto de las técnicas tradicionales, puesto que elimina gran parte del azar presente en el mejoramiento tradicional. Por otro lado, la biotecnología moderna es una nueva tecnología, en la medida que puede modificar los atributos de los organismos vivientes mediante la introducción de material genético que ha sido trabajado “in vitro” (fuera del organismo).
  6. Esta metodología ofrece tres ventajas fundamentales respecto a las técnicas convencionales de mejora genética basadas en la hibridación:

    • Los genes que se van a incorporar pueden provenir de cualquier especie, emparentada o no (por ejemplo, un gen de una bacteria puede incorporarse al genoma de la soja).
    • En la planta mejorada genéticamente se puede introducir un único gen nuevo preservando en su descendencia el resto de los genes de la planta original.
    • Este proceso de modificación demora mucho menos tiempo que el necesario para el mejoramiento por cruzamiento.

Comparación de distintas técnicas de mejoramiento genético vegetal

Tabla Mejoramiento Vegetal