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Qué es la transformación de plantas: Transformación estable

Es posible que haya oído decir a los científicos de plantas que utilizaron la «transformación de plantas» para expresar un gen dentro de una planta objetivo. Pero, ¿qué significa exactamente?

La transformación de plantas es una forma de insertar ADN de otro organismo -normalmente otra planta- en el genoma de una planta de interés. Por ejemplo, en mi trabajo he insertado un gen llamado Estilbeno sintasa de la uva en el tomate para permitir la producción del compuesto medicinal resveratrol en altos niveles en los tomates.

¿Por qué utilizamos esta tecnología?

La modificación genética se utiliza en muchas áreas de la investigación científica y es ampliamente utilizada para modificar: Levaduras, bacterias, plantas y células de mamíferos. Uno de los usos más importantes de los organismos modificados genéticamente es la producción a gran escala de compuestos de importancia medicinal. Por ejemplo, las bacterias modificadas genéticamente se utilizan para la producción de insulina sintética.

En las plantas utilizamos la transformación de plantas para estudiar el efecto de ciertos genes y para mejorar los rasgos de las plantas como: el rendimiento, la resistencia a las enfermedades, la tolerancia al estrés y la producción de nutrientes. La ingeniería de plantas para el futuro, mediante la mejora de la tolerancia al estrés (a niveles elevados de sal y a la sequía) es un área de investigación especialmente importante, con los problemas previsibles que los agricultores pronto encontrarán con el cambio de clima debido al calentamiento global.

Transformación de plantas: ¿cómo lo hacemos?

Hay dos tipos de transformación de plantas: transformación estable y transformación transitoria. Este artículo se centrará en la transformación estable.

¿Qué es la transformación estable de plantas?

La transformación estable de plantas se utiliza para la introducción estable de un gen en una planta – lo que significa que el gen se integrará completamente en el genoma del huésped, por lo que se expresa continuamente, y también se expresará en las generaciones posteriores de la planta. Este tipo de transformación de plantas se utiliza para la investigación de genes a largo plazo, y para la producción a largo plazo de un rasgo/compuesto a gran escala.

Métodos utilizados para la transformación estable:

La transformación de plantas implica 2 etapas: Entrega del ADN en una sola célula, y la regeneración en plantas completamente fértiles.

Entrega de ADN:

Hay 2 métodos principales para la entrega de genes en las plantas- Agrobacterium y la pistola de partículas. (Me voy a centrar en Agrobacterium ya que es lo que utilizo, pero pondré algunos artículos sobre el uso de pistolas de partículas en la parte inferior).

Agrobacterium

Agrobacterium es una bacteria natural del suelo, que tiene la capacidad única de transferir parte de su propio ADN a las células vegetales. En la naturaleza, la transferencia de parte del ADN bacteriano provoca una rápida división de las células vegetales, y el desarrollo de un tumor vegetal.

Agrobacteriumgall
Agrobacterium Gall (tumor)en la raíz de Carya illinoensis: fuente wikimedia

En el laboratorio aprovechamos la capacidad de transferencia de ADN de Agrobacterium, pero eliminamos los genes «formadores de tumores», sustituyéndolos por nuestros genes de interés.

Inoculamos Agrobacterium que contiene nuestros genes de interés, en explantes de tejido vegetal heridos. El Agrobacterium transfiere entonces el gen de interés al ADN del tejido vegetal.

Generación de una planta transgénica completa:

Después de la inoculación con el Agrobacterium, el tejido vegetal se cultiva en un medio que contiene antibióticos para matar al Agrobacterium, así como factores selectivos. El factor selectivo suele ser un antibiótico que normalmente mataría las células de la planta. Cuando se añade el gen de interés a la agrobacteria, se añade un marcador selectivo, por ejemplo un gen de resistencia a los antibióticos. Esto significa que sólo las células en las que el ADN extraño se ha integrado con éxito en su propio ADN, serán capaces de sobrevivir en medios con el antibiótico.

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Diagrama simplificado de la transformación de plantas mediada por Agrobacterium.

Cultivo de tejidos:

Como se ha mencionado anteriormente, el agrobacterium se añade a explantes de tejido vegetal heridos. Un explante de planta puede ser tomado de muchas partes diferentes de una planta: brotes, hojas, tallos, raíces ect. El tipo de explante que se necesita para la transformación de plantas difiere de una planta a otra.

A medida que se cultiva el explante, se añaden diferentes hormonas vegetales al medio de cultivo para inducir la regeneración de la planta. Esto induce la formación de un callo, que es una masa de células vegetales no organizadas. Tras la formación de un callo, los callos se trasladan a medios que contienen hormonas para inducir el crecimiento de los brotes y, a continuación, a medios que inducen los brotes y las raíces. Una vez que los brotes y las raíces han crecido lo suficiente, la plántula puede trasladarse al suelo.

Después de que la planta haya crecido con éxito en el suelo, se analizará la planta para confirmar que se ha integrado con éxito el ADN deseado y que está funcionando correctamente.

Más lecturas:

Transformación de plantas parte 2: expresión transitoria

Una buena introducción a la biotecnología : http://nepad-abne.net/biotechnology/

Una visión general de la modificación genética: http://sphweb.bumc.bu.edu/otlt/MPH-Modules/PH/GMOs/GMOs3.html

Gran visión general de la modificación genética en Bacterias: https://www.learner.org/courses/biology/textbook/gmo/gmo_2.html

Resumen del uso de la modificación genética en cultivos y animales http://www.genewatch.org/sub-532324

Artículo muy profundo sobre la transformación de plantas: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC150518/

Transformación de plantas mediante cañones de partículas: http://passel.unl.edu/pages/informationmodule.php?idinformationmodule=958077244&topicorder=3&maxto=7

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