Cultivo de tejidos: Una herramienta para el fitomejoramiento

El ININ hoy
CULTIVO DE TEJIDOS:
una herramienta para el fitomejoramiento
Por Josefina González, (jgj@nuclear.inin.mx)
Departamento de Biología, ININ.
En la actualidad un gran número de
investigaciones en el mundo se dedican al
mejoramiento, el rescate o la selección de
diferentes especies animales o vegetales.
Mejoramiento y rescate, aunque distintos, ambos
tienen los mismos objetivos, mientras que la
selección es solo uno de los pasos de las
estrategias a seguir para alcanzar cualquiera de
los dos objetivos señalados. Para lograr su
propósito el investigador selecciona diversas
estrategias en las que empleará una o varias
técnicas para reducir el tiempo y los costos de
su estudio. En el ámbito agrícola, la estrategia
debe incluir básicamente dos etapas:
a) aumento en la variabilidad por medio de
la irradiación; y
b) disminución del tiempo requerido para
obtener y propagar la variante deseada
(alto rendimiento, proteínas con mayor
contenido de aminoácidos esenciales,
resistencia a enfermedades o a
condiciones adversas, mayor número de
flores o frutos, o mayor vida de anaquel,
entre otras) por ejemplo, a través de
técnicas de cultivo de tejidos.
En la naturaleza, la variabilidad genética ocurre
en forma espontánea (con el transcurso del
tiempo), mientras que en el laboratorio se aplican
elementos que las promueven. Entre las
herramientas empleadas por los investigadores
para mejorar a las especies vegetales están las
técnicas nucleares cuya aplicación ha permitido
la obtención de más de 1500 variedades
mejoradas de cultivo como cereales, leguminosas
ornamentales y frutícolas. En México, el Instituto
Nacional de Investigaciones Nucleares emplea
la energía nuclear en conjunto con otras técnicas
como el cultivo de tejidos, para incrementar dicha
variabilidad y obtener organismos mejorados
aptos para el mercado nacional o internacional.
El cultivo de tejidos, micropropagación o cultivo
in vitro es una técnica de cultivo artificial que
permite producir organismos similares a partir
de un explante (trozo de la planta) bajo
condiciones controladas. Esta técnica nació hace
cerca de 150 años cuando Saks y Knop (en 1860
y 1861) observaron que los principales nutrientes
de las plantas superiores eran sustancias
inorgánicas y no orgánicas como se creía desde
la época de los griegos, dando origen al desarrollo
del primer caldo o medio nutritivo. En los
siguientes años estudios sobre polaridad de las
plantas (Vochting, 1898) y la primera obtención
de callo en segmentos de dientes de león
(Rechinger, 1893) propiciaron que muchos
fisiólogos vegetales iniciaran estudios de lo que
se llamaría posteriormente totipotencialidad, la
cual es exclusiva (por lo menos hasta el
momento) de los vegetales, y que explica la
característica que tienen algunas células
vegetales conocidas como células
meristemáticas1, de poder formar un organismo
completo y similar siempre y cuando se tengan
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las condiciones necesarias para ello.
Posteriormente, en 1902 el fisiólogo y botánico
alemán Haberland propone por primera vez el
cultivo de células vegetales in vitro desarrollando
más adelante la teoría de la totipotencialidad,
razón por la que se le considera el padre del
cultivo de tejidos. Haberland motivó en muchos
investigadores el interés en conocer los
elementos y/o mecanismos involucrados en el
desarrollo de la plantas. Posteriormente, en la
década de los cincuenta y cuando algunos de
los reguladores vegetales (mal llamados
fitohormonas, pues el nombre es exclusivo de
sustancias animales) habían sido descubiertos,
el cultivo de tejidos comenzó a estar presente
en la mayoría de las investigaciones y la
producción masiva de muchas plantas de interés
comercial, ya que presentaba no sólo la ventaja
de obtener cientos de organismos sino que éstos
estaban libres de patógenos. Holanda, Costa Rica
y Japón (entre otros) actualmente emplean para
su producción (florícola, ornamental, alimenticia,
etc) alguna de las modalidades del cultivo de
tejidos y es tal su ganancia que inclusive puede
ser comparada con los ingresos que México ha
tenido por la venta de petróleo.
El establecimiento de la técnica de
micropropagación es particular para cada especie,
inclusive para cada línea y por ello implica invertir
no sólo dinero sino tiempo para lograr
determinarla; sin embargo una vez establecida,
la producción puede ser constante durante el
año.
Existen muchas modalidades del cultivo in vitro
en las que puede variar el explante a utilizar o
el medio nutritivo. Respecto al explante se emplea
desde unas cuantas células hasta órganos
completos de la planta. Utilizar polen, óvulos o
Los meristemos son grupos de células con capacidad de dividirse.
Gracias a los distintos tipos de meristemos la planta crece, genera
nuevas hojas y brotes, entre otros desarrollos.
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Radicular: de la raíz.
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protoplastos es un poco complicado. Seguramente,
hemos visto como un «piecito» o pedacito de
alguna planta que nos regalan, se transforma
en una planta completa con solo sumergir parte
de ella en agua.
ALCANCES EN EL ININ.
En la década de los setenta, el laboratorio de
cultivo de tejidos vegetales del ININ implantó la
primera metodología de cultivo in vitro para maíz,
y poco después se determinaron 3 técnicas para
el cultivo de papa.
Durante los últimos 15 años, se ha trabajado en
colaboración con diversas instituciones privadas
y gubernamentales como la Sociedad Nacional
de Floricultores y la UNAM, logrando producir
plantas de ornato mejoradas vía irradiacióncultivo in vitro (con dicha tecnología se induce
mayor resistencia ó vigor, diversidad en color,
incremento en la producción, y ó tamaño, etc.).
Entre dichas especies podemos mencionar a las
más comerciales como: clavel, rosa de tallo largo,
orquídea (Phalaenopsis), y ave del paraíso, entre
otras. Asimismo se apoyó al Museo de Ciencias
Naturales y a la UNAM en el rescate y
conservación de dos plantas que se encontraban
en peligro de extinción. En el primer caso se
trabajó con una especie cuya zona de distribución
abarca el ININ, la llamada flor de lis o pata de
gallo (Sprekelia formossisima), especie que ha
luchado no sólo contra la disminución de su
hábitat sino con el repentino deterioro de su
sistema radicular2. Estos factores provocaron una
alta mortandad de las plantas, por lo que para
tener un mayor número de individuos se
determinó en el ININ un método de propagación
in vitro. Posteriormente, mediante la aplicación
de radiación gamma su sistema radicular fue
mejorado (Figura 1). Las plántulas obtenidas
fueron entonces introducidas a su hábitat natural.
En el segundo caso se trabajó con una cactácea
Figura 1. Proceso de mejoramiento de plantas por medio de radiación ionizante
endémica del Distrito Federal, Mammilaria San
angelensis cuyo hábitat, debido al desarrollo
humano, quedó tan reducido que sólo fue
posible rescatar 8 semillas. A partir de éstas, el
laboratorio de cultivo de tejidos de la UNAM
determinó un método de propagación in vitro,
logrando producir cientos de plantas similares.
El ININ, mediante la aplicación de radiaciones
in vitro, incremento la variabilidad genética de
las plántulas obtenidas. Posteriormente éstas
fueron reintroducidas a su hábitat en las
reuniones conocidas como «tardes de café» del
Jardín Botánico de la UNAM.
Recientemente, junto con la investigadores de
las universidades Autónoma del Estado de
México (UAEM), Autónoma de Chapingo (UACH)
y Nacional Autónoma de México (UNAM) se está
trabajando un proyecto sobre el mejoramiento,
conservación y selección de seudocereales
mexicanos. La colaboración ha consistido en la
determinación de las técnicas de propagación
vía meristemo y semilla, así como el rescate de
embriones para la producción masiva de quinua,
chía roja, y amaranto. Asimismo, se han
Figura 2. Diagrama de fecundación in vitro
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determinado las fases de desarrollo tanto del
gineceo como del polen en quinua y chía roja
(empleando las técnicas in vitro), colaborando
con ello al establecimiento de una nueva técnica
de producción de híbridos interespecíficos.
Aunado a lo anterior se realizan estudios para
la producción de dobles haploides, una técnica
de cultivo in vitro que involucra trabajar con el
polen de las plantas y por lo tanto «cambiar»su
función de fecundador por la de productor, es
decir que en lugar de producir un tubo polínico
y efectuar la doble fecundación (Figura 2) el polen
debe desdiferenciarse, diferenciarse y
especializarse hasta formar un organismo
completo. Lograr estos cambios conlleva mucho
trabajo pero cabe mencionar que para disminuir
el tiempo y costo de la investigación, el laboratorio
ha establecido una técnica nueva que involucra
el uso de microsporas (σπορα = semilla) y no de
polen. Con ello se ha logrado incrementar el
número de explantes con respuesta positiva y se
ha incrementado el número de haploides
producidos (con método tradicional: 1 en 1000 y
con nuestro método: 10 en 500). No podemos
decir todavía que se han logrado todos nuestros
objetivos, pero los resultados indican que estamos
avanzando.
Cultivo de anteras
Rescate de embriones
Fases del gineceo
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