Como funciona el mejoramiento genetico vegetal?

Tecnicas 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 mas de diez mil años en funcion de sus necesidades. La civilizacion moderna basa su agricultura en agroecosistemas, ecosistemas fuertemente alterados por las actividades humanas con el objetivo de la produccion agricola, en los que la biodiversidad se ha reducido para maximizar los rendimientos multiplicando la produccion de alimentos para satisfacer necesidades humanas. Muchas especies (animales, vegetales, microorganismos) que predominan en estos sistemas resultan de la seleccion artificial vinculada al manejo agricola. Un agro-ecosistema es controlado con el objetivo definido de producir alimentos, y a diferencia de un ecosistema natural (como el que se encontraria en un parque nacional), es de naturaleza artificial y se encuentra en constante evolucion y mejoramiento de las practicas agricolas. La gran mayoria de los cultivos que utiliza el agricultor en la actualidad han sido generados por el hombre por diversos metodos. Hoy, la ingenieria genetica se suma a las practicas convencionales como una herramienta mas para mejorar o modificar los cultivos vegetales.

Existe gran diversidad de fenotipos en las plantas, en sus caracteristicas y en sus funciones, determinada por la variabilidad genetica y la interaccion de estos genotipos con el ambiente. Existen diferentes factores que favorecen la diversidad genetica y la variedad de caracteristicas entre individuos de una misma especie o de diferentes especies. Entre estos factores se puede mencionar la reproduccion sexual y las mutaciones que aumentan la diversidad sobre la que actua la seleccion natural.

A esto se suma la accion del hombre que, a traves de la seleccion artificial y la hibridacion (cruzamientos selectivos) aprovecha esta diversidad y promueve la reproduccion y supervivencia de determinadas especies o variedades que resultan favorables.

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

1. Seleccion artificial y cruzamientos selectivos: El hombre selecciona las plantas que le ofrecen mas ventajas (mejores frutos, mayor crecimiento, mayor resistencia a enfermedades, etc.), y realiza cruzamientos selectivos entre esas variedades para obtener descendencia con mejores rendimientos. Ademas, desde que es agricultor, el hombre no solo ha seleccionado sino que tambien ha trasladado especies vegetales de un lugar a otro, a otras condiciones ambientales. Estas variables ambientales tambien originaron gran diversidad en los vegetales. Por ejemplo, las diferentes coles (brocoli, coliflor, repollo, repollito de Burselas, y otros) son descendientes de una especie original, obtenidas por el hombre mediante seleccion artificial.

2. Hibridacion (intervarietal, interespecifica, intergenerica): El hombre realiza cruzamientos no solo entre diferentes variedades de una misma especie, sino tambien interespecificos (entre especies) e inclusive intergenericos (entre diferentes generos). Estos cruzamientos generan hibridos: mezcla entre dos especies o generos diferentes pero sexualmente compatibles que da como resultado una descendencia cuya combinacion de genes sera al azar, diferentes de los progenitores. Esta tecnica es una de la que mas contribuyo a la diversidad.

Un buen ejemplo chileno de cruzamiento inter-especifico es la frutilla, la Fragaria chiloensis, que es un fruto grande, pero no muy sabroso comparado con la Fragaria virginiana, que es mas pequeño y labil, pero mucho mas sabroso. Ambos frutos se cruzaron mediante manipulacion dirigida y se obtuvo la variante que hoy en dia 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 mas grande, pero poco resistente al ambiente, por lo que se mezclo a su vez con el Goat Grass, mucho mas 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 maiz, la lechuga y el tomate, entre muchos otros, dan cuenta de que tanto fenotipica como geneticamente 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 poseian ningun conocimiento de genetica, y eran completamente ajenos a lo que es la variabilidad genica o lo que supone una mutacion. Sin embargo estaban seleccionando mutantes mediante el filtro selectivo de alguna

caracteristica deseada (tamaño, color, sabor, etc.).

Mutagenesis inducida (agentes mutagenicos). Esta tecnica se utiliza desde mediados del siglo XX. Por medio del uso de sustancias quimicas 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 caracteristicas deseadas. En el Institute of Radiation Breeding, NIAR de Ibaragi, Japon, existe un invernadero gamma para irradiacion cronica de plantas subtropicales que ha permitido mejorias en cuanto a resistencia a enfermedades, calidad, rendimiento y adaptabilidad; y el campo de irradiacion gamma Cobalto 60 ha permitido desarrollar mas de 3.088 nuevas variedades vegetales, que hoy en dia cubren 70% del area de cultivo del mundo con trigo, cebada, avena, arroz, soya, poroto verde, papas, cebollas, cerezas, manzanas y vides.

4. Polinizacion y Fertilizacion in vitro. Existen barreras sexuales entre organismos de diferentes especies y generos. El hombre puede atravesar estas barreras a traves de la polinizacion (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 union de los gametos, se pueden cultivar los embriones in vitro.

5. Cultivo in vitro de celulas, tejidos y organos vegetales. Tambien se cultivan celulas, tejidos u organos en medios nutritivos en frascos. Esta tecnica acompaña otras tecnicas de mejoramiento vegetal. El cultivo in vitro es posible debido a que las plantas tienen una propiedad denominada totipotencialidad celular: toda celula viva e integra de una planta, sin importar el grado de especializacion alcanzado, es capaz de regenerar una planta entera igual a la original (ver Cuaderno Nº 35 y Nº 56).

6. Obtencion de haploides. Cultivo in vitro de estructuras sexuales haploides que generan organismos haploides que pueden aportar caracteres agronomicos importantes.

7. Variacion somaclonal (cultivo in vitro o a campo). Mediante cultivo de celulas o tejidos in vitro se pueden generar variaciones.

8. Ingenieria genetica. Las tecnicas tradicionales de hibridacion mezclaron durante varios años miles y miles de genes y muchas generaciones de plantas con el fin de obtener una caracteristica deseada. La biotecnologia acelera este proceso permitiendo a los cientificos tomar solamente los genes deseados de una planta, logrando de ese modo los resultados buscados en tan solo una generacion. La ingenieria genetica es una herramienta mas segura y eficiente para el mejoramiento de especies respecto de las tecnicas tradicionales, puesto que elimina gran parte del azar presente en el mejoramiento tradicional. Por otro lado, la biotecnologia moderna es una nueva tecnologia, en la medida que puede modificar los atributos de los organismos vivientes mediante la introduccion de material genetico que ha sido trabajado “in vitro” (fuera del organismo).

Esta metodologia ofrece tres ventajas fundamentales respecto a las tecnicas convencionales de mejora genetica basadas en la hibridacion:

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 geneticamente se puede introducir un unico gen nuevo preservando en su descendencia el resto de los genes de la planta original. Este proceso de modificacion demora mucho menos tiempo que el necesario para el mejoramiento por cruzamiento.

Comparacion de distintas tecnicas de mejoramiento genetico vegetal

universidadagricola.com

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