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Cuaderno Nº 26  

Las plantas transgénicas
  ¿Qué es una planta transgénica? Una planta transgénica contiene uno o más genes que han sido transferidos (transgenes) de otra planta no emparentada o de una especie diferente. Las plantas que tienen transgenes también se denominan genéticamente modificadas o cultivos GM. Aunque estas modificaciones parecen novedosas, en los últimos 10 mil años todos los cultivos han sido genéticamente modificados con respecto a su estado silvestre, mediante la domesticación, la selección y el mejoramiento controlado a través de períodos prolongados. Este proceso de generación de nuevas variedades ha sido (y continúa siendo) muy útil en la agricultura y ha originado las variedades que se cultivan hoy en día. La ingeniería genética (ver Cuadernos Nº 1 a 5) se constituyó en una herramienta que complementa los métodos tradicionales y permitió importantes avances en el área del conocimiento de la biología vegetal. El gran esfuerzo realizado en este sentido tuvo como consecuencia la llegada al mercado, a partir de 1995, de los primeros cultivares transgénicos. Las plantas transgénicas obtenidas hasta la fecha se desarrollaron por diversos métodos, los que han sido modificados para cada especie en particular, aumentándose de esta forma su eficacia.

¿Cuáles son las aplicaciones de la transformación genética en plantas?
La tecnología de transformación genética permite:

aportar variabilidad genética de forma controlada y precisa, sin alterar el fondo genético. Es decir, crear nuevas variedades (cultivares) con características favorables, sin perder las mejoras logradas anteriormente.
conocer y/o profundizar acerca de la estructura y función de genes específicos.
expresar genes de interés no existentes en la especie (ejemplo: la fabricación de proteínas insecticidas de origen bacteriano en el maíz Bt).
expresar nuevas formas alélicas (variantes) de genes que ya están presentes en el genoma.
modificar los niveles o el patrón de expresión de alguna proteína transfiriendo el gen correspondiente ya presente en la célula vegetal pero con una secuencia regulatoria diferente, que facilite la expresión de la proteína.
inhibir la expresión de genes presentes en el genoma (por ejemplo, la soja transgénica hipoalergénica en la cual se inhibe o diminuye la expresión del gen que codifica una proteína alergénica).

¿Cómo se puede aportar variabilidad genética por medio de ingeniería genética?

En el mejoramiento vegetal el fitomejorador trata de reunir en una planta una combinación de genes que la hagan tan útil y productiva como sea posible.
Combinar los mejores genes por mejoramiento tradicional en una sola planta es un proceso largo y difícil. La tecnología de transformación por ingeniería genética permite reunir en una sola planta genes útiles de una amplia gama de fuentes, no sólo de la misma especie de cultivo o de plantas emparentadas, sino de organismos de otras especies, e incluso de otros reinos. Es decir que permite a los fitomejoradores hacer lo que siempre han hecho, generar variedades de cultivos más útiles y productivas que contienen combinaciones nuevas de genes, pero con la ventaja de ampliar las posibilidades más allá de las limitaciones impuestas por la polinización cruzada y las técnicas de selección tradicionales (ver Cuaderno Nº 5).

¿Cómo se obtiene una planta transgénica?

Para lograr una planta transgénica deben ocurrir los siguientes pasos (ver Cuaderno Nº 67):


El transgén debe ser transferido al interior de la célula e integrarse al ADN celular, dando origen a una célula transgénica.
Se debe regenerar una planta completa a partir de la célula transgénica. Una vez introducido el gen de interés en la célula, se induce el desarrollo de plantas mediante distintas técnicas de cultivo de tejidos (ver cuaderno 35 y 56).
Las plantas regeneradas in vitro son analizadas por técnicas moleculares para identificar aquellas que porten y expresen el o los transgenes en los niveles deseados.
Las plantas transgénicas obtenidas son incorporadas a procesos de mejoramiento convencional para introducir los nuevos genes en otras variedades (cultivares) de interés, lo que dependerá de la especie y del tipo de cultivar a obtener. La cruza inicial con la variedad mejorada debe ser seguida de varios ciclos de cruzamientos repetidos con el progenitor mejorado, proceso conocido como retrocruzamiento, de modo de recuperar tanto como sea posible el genoma del progenitor mejorado, con el agregado del transgén del progenitor transformado.
El próximo paso son los ensayos en invernadero y en el campo para comprobar los efectos del transgén y el desempeño general de la planta. Esta fase incluye también la evaluación de los efectos ambientales y la inocuidad alimentaria.

Dado que las células tienen diferente capacidad de respuesta para cada uno de estos procesos, la puesta a punto de un protocolo de transformación eficiente requiere maximizar la cantidad de células capaces de integrar el ADN de manera simultánea. Utilizando los métodos comunes de transformación (ver cuaderno 18 y 28), la integración del transgén en el genoma celular se produce al azar. Es por ello que diferentes plantas transgénicas provenientes de un mismo experimento, presentan el transgén insertado en distintos sitios del genoma receptor. Como se trata en los cuadernos 18 y 28 existen diferentes métodos para transferir ADN a células vegetales. Para aplicar cualquiera de estos métodos desarrolladas hasta el momento es necesario disponer del transgén con sus secuencias regulatorias y codificante clonadas en un vector de transformación y de una metodología eficiente para la transferencia al genoma vegetal.

Transferencia de genes al cloroplasto: plantas transplastómicas

La mayoría de plantas transgénicas obtenidas hasta el momento provienen de la transferencia de ADN al genoma nuclear. Sin embargo las células vegetales contienen tres genomas: el nuclear, el plastídico (también llamado plastoma o genoma de los cloroplastos), y el mitocondrial.
En los últimos años la transferencia de ADN al genoma plastídico ha recibido notable atención y ya se han obtenido plantas transplastómicas, es decir plantas derivadas de células a las que se les ha transferido nueva información genética al genoma plastídico.
Así, el genoma de los plástidos se ha convertido en un blanco atractivo para la ingeniería genética ya que esta tecnología ofrece una serie de ventajas sobre la transformación del genoma nuclear. Por ejemplo se pueden obtener altos niveles de expresión de los transgenes y elevados niveles de acumulación de las proteínas codificadas por ellos en los cloroplastos (superior al 50% de las proteínas solubles totales, mientras que el nivel de acumulación observado a partir de transgenes nucleares es generalmente inferior al 1%.) Esto constituye una herramienta de aplicación muy importante cuando se quiere expresar una proteína de aplicación farmacéutica. Por otro lado, como la mayoría de las especies tienen transmisión materna de los plástidos se minimiza la dispersión de los transgenes por el polen y, en consecuencia, se tiene una ventaja ambiental a la hora de autorizar la liberación de los cultivos al medioambiente.
Hasta el momento los protocolos existentes para la obtención de plantas transplantómicas se basan en la transferencia de genes por el método de bombardeo de micropartículas (ver Cuaderno Nº 28), un eficiente proceso de cultivo y selección in vitro, y la utilización de vectores con secuencias homólogas al genoma del cloroplasto. A diferencia de lo que ocurre en la transformación del genoma nuclear, en el plastoma la integración de los transgenes es dirigida mediante recombinación homóloga. Para lograr esto, los vectores contienen los genes de interés flanqueados por secuencias que tienen alta homología al ADN plastídico. Por otro lado, la utilización de promotores específicos del cloroplasto permite que los transgenes se expresen exclusivamente en los plástidos.

Presente y futuro de la aplicación de la tecnología de transferencia de ADN

La primera generación de cultivos transgénicos, comercializados en la actualidad, corresponden a la búsqueda de un aumento en la productividad, reducción en el uso de agroquímicos, conservación de la tierra cultivable, mejor manejo y aprovechamiento del agua y la energía, reducción de la contaminación del ambiente y los beneficios para la salud humana derivados de estos aspectos.
La segunda generación de cultivos transgénicos ofrece más beneficios directos para los consumidores y comprenden el mejoramiento de la calidad nutricional (proteínas, aceite, vitaminas y minerales), la eliminación de alergenos, la fitorremediación (es decir la recuperación de ambientes contaminados mediante el uso de plantas) y la utilización de plantas como biorreactores (molecular pharming) para la expresión de proteínas recombinantes con fines tales como la producción de anticuerpos, vacunas y otras proteínas de uso terapéutico o industrial. Un ejemplo es el ‘arroz dorado’, llamado así por la pigmentación amarilla que tienen sus granos debido a que acumula altos niveles de provitamina A en el endosperma. En este aspecto la obtención de plantas transplastómicas promete mejores resultados.
La tercera generación de cultivos transgénicos tendrá por objeto aspectos tales como la modificación de la arquitectura de la planta, la manipulación de la floración, el mejoramiento de la eficiencia fotosintética, etc. Esto será posible en la medida que se obtengan resultados de los proyectos genoma.
La siguiente tabla muestra algunas especies de interés económico que han sido modificadas por ingeniería genética

 
 

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