Sistema de Transformación de Plantas

Hoy en día existen tres técnicas que permiten obtener plantas transgénicas:

·       Transformación de protoplastos.

·       Transformación biolística (o bombardeo de microproyectiles).

·       Transformación mediante Agrobacterium.

El uso de cada técnica viene condicionado por el tipo de planta, ya que no siempre se han conseguido éxitos con los tres sistemas. Cada técnica se ha desarrollado con sistemas modelo, es decir con especies de plantas en las que las condiciones de manipulación y regeneración están bien establecidas, y para cada nueva especie es necesario establecer empíricamente las condiciones más efectivas y el mejor método de transformación.

Transformación de Protoplastos

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 la retirada 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).

Protoplasto de Espinaca

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 se lleva a cabo mediante distintos procesos:


- Electroporación: Consiste en aplicar al protoplasto descargas eléctricas de manera que la membrana se despolariza y se crean diminutos poros por los que puede penetrar el ADN. 


- Tratamiento con polietilenglicol para desestabilizar la membrana celular.


- Fusión con la membrana de liposomas que contengan el ADN a transferir.

Una vez incorporado el DNA, se requiere cultivar los protoplastos para permitir su división, y en las condiciones que permitan conseguir la regeneración de la planta que ha incorporado el transgen.

Transformación Biolística

Se denomina biolística o bio-balística a la introducción de DNA en células mediante la aceleración (disparo) de proyectiles de muy pequeño tamaño (microproyectiles). Generalmente los microproyectiles tienen alredededor de una micra (10^-6 m) de diámetro, y son de un material inerte (oro o tungsteno). 

Los microproyectiles se pueden recubrir de DNA, y se pueden acelerar mediante pólvora, una descarga eléctrica, o utilizando gases a presión (por ejemplo helio comprimido). De esta forma se puede introducir DNA en prácticamente cualquier tejido de cualquier especie vegetal.

No obstante, el proceso tiene una desventaja, 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 y por tanto se integren fragmentos del ADN de partida, o que se integren demasiados transgenes y por tanto la planta reaccione silenciandolo, es decir, impidiendo que el gen se exprese.

Transformación con Agrobacterium

El co-cultivo de células o tejidos con Agrobacterium tumefaciens es el procedimiento más utilizado para transformar plantas dicotiledóneas. Hasta hace muy poco no era posible emplearlo en monocotiledóneas, grupo que abarca a las gramíneas, muy importantes en la nutrición humana, pero ya se ha conseguido con arroz y maíz.

Las bacterias del género Agrobacterium son patógenos de plantas capaces de inducir una malformación llamada tumor de agalla. Penetran en los espacios intercelulares a traves de pequeñas heridas presentes en la planta, atraída por sustancias que la planta excreta en sus zonas abiertas. La formación del tumor tiene lugar por la transferencia a los nucleos de las células infectadas de un segmento de ADN presente en un plásmido del Agrobacterium, el T-DNA. 

Ciclo de vida de Agrobacterium

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.

Agrobacterium traducido

El estudio del plásmido mencionado, permitió observar la existencia de genes de virulencia y de genes inductores de tumores. Estos últimos están flanqueados por unas secuencias de nucleotidos características en el borde izquierdo y derecho. Mediante manipulación genética se consiguió obtener cepas de Agrobacterium sin genes tumorales pero manteniendo los bordes izquierdo y derecho. De esta forma, cualquier gen integrado dentro de estos bordes será transferido a las células de la planta.

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 transgén. 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 se introduce una copia del transgen.

Selección de transformantes

Todos los sistemas de transformación desarrollados hasta el momento requieren seleccionar aquellas plantas que contengan el transgén introducido, eliminando el resto. El sistema más sencillo es incorporar al transgen otro gen con resistencia a un antibiótico o a un herbicida, de forma que, al realizar el cultivo in vitro en presencia del agente de selección (antibiótico o herbicida), se garantiza que únicamente sobrevivirán aquellas que hayan sido transformadas.

Este método de selección ha provocado el rechazo por parte de ciertos sectores de la opinión con el argumento de que su uso haría proliferar la presencia en la Naturaleza de genes de resistencia a antibióticos o herbicidas. Para evitar esta crítica en los últimos años se han desarrollado técnicas de selección que no necesitan del uso de estos genes de resistencia. Por ejemplo se han utilizado genes que confieren a los tejidos transformados la capacidad de utilizar como nutrientes fuentes de carbono diferentes a las habituales. De esta forma, si en el medio de cultivo se incluye únicamente la fuente de carbono selectiva, sólo prosperarán aquellas células que contengan el transgen.

Algunos de los ejemplos más importantes son:

Resistencia a herbicidas:

La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de genes de resistencia presentes en bacterias y algunas especies vegetales como la petunia. Así se ha conseguido que plantas como la soja sean resistentes al glifosato, a glufosinato en la colza y bromoxinil en algodón. La resistencia a herbicidas de estos cultivos simplifica el control de las malas hierbas para el agricultor sin perjudicar a las plantas.

Resistencia a plagas y enfermedades:

Hace varios años que se descubrió en la bacteria Bacillus thurigiensis la presencia de una proteina que resultaba tóxica para muchos insectos, pero no para otros organismos. La introducción del gen que codifica esta proteína en algunos cultivos aporta una serie de ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio ambiente. Se reduce el consumo de insecticidas para el control de plagas, se disminuye el empleo de envases dificilmente degradables, y se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.

Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas:

El conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e introducir mejoras en sus características, como por ejemplo en el tomate se ha logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinasa, enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del fruto.

También se han desarrollado plantas transgénicas en las que sus propiedades alimenticias están mejoradas, como el arroz dorado de Potrikus, que aumenta la producción de precursores de vitamina A, o las patatas transgénicas creadas por científicos hindúes, con genes que la hacen más rica en aminoácidos esenciales

Resistencia a estrés ambiental:

La productividad de muchos cultivos se ve comprometida por gran variedad de presiones ambientales, como sequía, heladas, etc. A menudo la resistencia a las condiciones adversa suele venir determinada por varios genes, siendo pues dificil de conseguir, por el momento, mediante la biotecnología.

Un ejemplo de mejora de la resistencia de la planta a una condición adversa como son las heladas se ha llevado a cabo mediante las bacterias Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola, cuyos hábitat naturales son las plantas. Estas bacterias son en gran parte responsables de los daños de las heladas y el frío en muchos vegetales, al facilitar la producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas.

Otras aplicaciones:

La ingeniería genética también se ha aplicado en horticultura para obtener variedades coloreadas imposibles de obtener mediante cruzamiento o hibridación, como por ejemplo la rosa azul obtenida a partir de la introducción de un gen de petunia responsable de la síntesis de delfinidinas (pigmento responsable del color azul).

Otra aplicación es la producción de plásticos biodegradables mediante plantas en las que se les ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato.

Por último, tambien se han desarrollado plantas transgénicas capaces de producir vacunas frente enfermedades como el tétanos, malaria (en plantas de banana, lechuga o mango) etc.


Fuente: Comisión Económica para América Latina y el Caribe (CEPAL)