Introduccion_a_la_Biotecnologia_Vegetal

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Actualización Profesional en Manejo de Recursos
Naturales, Agricultura Sostenible y Pobreza Rural
Introducción a la
Biotecnología Vegetal
William M. Roca, Ph.D.
Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT)
Hernando Ramírez, M.Sc.
Universidad Nacional de Colombia
Centro para el Desarrollo Agropecuario y Forestal, Inc.
CEDAF
Octubre, 2000
Introducción a la Biotecnología CEDAF
William M. Roca / Hernando Ramírez
© Centro para el Desarrollo Agropecuario y Forestal, Inc. (CEDAF), Santo Domingo, República Dominicana. Octubre del 2000.
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Hecho el depósito que prevé la ley 418. Impreso en la República Dominicana.
Cita correcta:
William M. Roca, Hernando Ramírez. 2000. Introducción a la Biotecnología Vegetal. Coordinador de la Producción de
Documentos Originales: Vicente Zapata S., Ed. D., Cali , Colombia. 174p.
Palabras Claves:
1. Biotecnología 2.Cultivo de Tejido 3. Marcadores Moleculares 4. Genética de Plantas 5. Perspectivas Futuras.
ISBN: 99934-821-4-5
Octubre del 2000
Santo Domingo, República Dominicana
CEDAF Introducción a la Biotecnología
William M. Roca / Hernando Ramírez
Tabla de Contenido
Presentación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .i
Agradecimiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ii
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .iii
Autoevaluación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .v
Autoevaluación - Información de retorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .vi
Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .vii
Estructura General. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .viii
Originales para transparencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .ix
Sección 1Una Introducción a la Biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
Estructura de la Sección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Preguntas Orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1 ¿Qué es la Biotecnología?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Breve Historia de la Biotecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 La Nueva Biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Ejercicio 1.1 Introducción a la Biotecnología Vegetal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Originales para Transparencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
Sección 2Cultivo de Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
Estructura de la Sección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Preguntas Orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
2.1 Fundamentos del Cultivo de Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
2.2 Aplicaciones del Cultivo de Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
2.3 Ejercicio 2.1El Cultivo De Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
Originales para Transparencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35
Introducción a la Biotecnología CEDAF
William M. Roca / Hernando Ramírez
Sección 3Tecnología del DNA Recombinante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
Estructura de la Sección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
Preguntas Orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
3.1 ¿Qué es la Ingeniería Genética?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
3.2 Aspectos Fundamentales y Tecnológicos de la Ingeniería Genética. . . . . . . . . . . . . 47
3.3 Aislamiento de genes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
3.4 Secuenciación del DNA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54
3.5 Ejercicio 3.1 Tecnología del DNA recombinante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .58
Originales para Transparencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59
Sección 4Marcadores Moleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .69
Estructura de la Sección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Preguntas Orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.1 El genoma y la variabilidad genética. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73
4.2 Los marcadores moleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .74
4.3 Breve reseña de algunos marcadores moleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75
4.4 Ejercicio 4.1 Marcadores moleculares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84
Originales para transparencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85
CEDAF Introducción a la Biotecnología
William M. Roca / Hernando Ramírez
Sección 5 Transformación Genética de Plantas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91
Estructura de la Sección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Preguntas Orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .93
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
5.1 ¿Porqué transformar plantas?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .94
5.2 Un vector natural para introducir genes foráneos a las plantas. . . . . . . . . . . . . . . .955.3 Transformación genética de plantas utilizando Agrobacterium tumefaciens. . . . . . . . 98
5.4 Transformación por introducción directa de DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
5.5 Logros de la ingeniería genética de plantas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
5.6 Ejercicio 5.1 Transformación genética de plantas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .107
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Originales para transparencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Sección 6 Perspectivas Futuras de la Biotecnología Vegetal. . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
Estructura de la Sección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Preguntas orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120
6.1 Relaciones institucionales y la biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
6.2 Costo - beneficio de la biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .123
6.3 Propiedad intelectual y comercialización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124
6.4 Producción de alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .125
6.5 Ejercicio 6.1 Perspectivas futuras de la Biotecnología Vegetal. . . . . . . . . . . . . . . .125
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126
Originales para trasparencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
Introducción a la Biotecnología CEDAF
William M. Roca / Hernando Ramírez
Anexos
Anexo 1. Evaluación final de conocimientos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135
Anexo 2. Evaluación final de conocimientos - Información de retorno. . . . . . . . . . . . . 138
Anexo 3. Evaluación del evento de capacitación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
Anexo 4. Evaluación del desempeño del instructor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144
Anexo 5. Evaluación de los materiales de capacitación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
Anexo 6. La Biotecnología Vegetal en la República Dominicana. . . . . . . . . . . . . . . . .146
Anexo 7. Glosario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149
Presentación
Numerosos diagnósticos aseveran un grave deterioro de la base de recursos naturales de la República Do-
minicana. Estos estudios indican que la cobertura forestal, de cuestionable calidad y uniformidad, no pasa
del 12 por ciento y que una parte importante de los 2.8millones de hectáreas con aptitud forestal en el país
han sido y están siendo utilizadas inadecuadamente. Al igual que en la mayoría de los países tropicales, el
mal manejo de los suelos y de los sistemas de cultivo ha resultado en una acentuada perdida de su fertili-
dad, estructura y materia orgánica; así como en erosión y contaminación. El resultado ha sido una dismi-
nución de la productividad agrícola y un incremento significativo en los costos de producción.
Se han logrado avances significativos en las regiones tropicales en el desarrollo de tecnologías adecuadas
para mejorar la productividad agropecuaria en sistemas sostenibles. Sin embargo, estos resultados raras
veces llegan al campo, debido principalmente a deficiencias en el entendimiento de las relaciones entre
los componentes de los sistemas agrícolas tropicales por aquellos que dirigen el sector, incluyendo profe-
sionales agropecuarios y extensionistas. En el orden institucional, se observan organismos del sector pú-
blico débiles y con duplicidad de funciones, con escasos recursos para atender problemas que sobrepasan
sus capacidades. Más aún, faltan liderazgos institucionales que coordinen la formulación e implementa-
ción de las políticas.
Quizás, el mayor de todos los problemas que enfrenta la sociedad dominicana es la falta de entendimiento
de la profundidad y complejidad de problemas relacionados con el deterioro de los recursos naturales del
país. Ese entendimiento podría variar si científicos, administradores, profesionales y líderes tuvieran la
oportunidad de discutir, informar y persuadir a la comunidad en general acerca de la necesidad de enfren-
tar los problemas ambientales en general y en particular aquellos relacionados a la sostenibilidad de los
recursos naturales y la agricultura. Brindar esa oportunidad es precisamente lo que pretende el Proyecto
Ágora.
El Proyecto Ágora es, en esencia, un cambio del enfoque tradicional de un proyecto piloto para promover
cambios sistemáticos. El mismo propone un atajo: agricultores claves, líderes y tomadores de decisiones
en los sistemas alimentario y agropecuario, expertos, políticos, periodistas y ONG son convocados y apo-
yados técnicamente, para que lleguen a un entendimiento de consenso en temas claves relacionados al
manejo de los recursos naturales, la sostenibilidad de la agricultura y el combate de la pobreza rural. Basa-
do en ese entendimiento, ellos guiarán o dirigirán sus propias instituciones o negocios para que sean más
compromisarios a las necesidades de un mejoramiento sostenible de la calidad de vida de los pobladores
rurales. El componente Actualización Profesional de Ágora busca dotar al profesional dominicano de co-
nocimientos actualizados sobre aspectos conceptuales de desarrollo reciente y sobre tecnologías de punta
de uso potencial en el país. Por esta razón se han elaborado los documentos de capacitación que ponemos
a disposición del país.
Altagracia Rivera de Castillo
Directora Ejecutiva del CEDAF
William M. Roca / Hernando Ramírez i
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Agradecimientos
La estrategia para la elaboración de los documentos de la Serie Proyecto Ágora ha sido muy interesante y
ardua. Después de muchos meses identificando autores dominicanos para la elaboración de los documen-
tos, nos dimos cuenta que no disponían de tiempo para escribirlos. De ahí vino la idea de Vicente Zapata,
Gerente de La Organización que Aprende de Colombia, de contratar especialistas colombianos para ela-
borar los documentos y a expertos dominicanos que colaborarían con éstos en el suministro de informa-
ciones y datos dominicanos así como en la revisión de los contenidos. Por eso debemos agradecer al Dr.
Vicente Zapata por la idea, por diseñar la metodología para la elaboración de los documentos y por la co-
ordinación general de los trabajos. De la misma manera debemos reconocer y agradecer el esfuerzo de
los autores William M. Roca, del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), y Hernando Ra-
mírez, de la Universidad Nacional de Colombia.
En diferentes momentos varios especialistas dominicanos aportaron sus ideas y recomendaciones sobre
el documento. Entre ellos debemos agradecer a Rafael Ortiz Quezada de la Universidad Nacional Pedro
Henríquez Ureña (UNPHU), a Rafael Pérez Duvergé del CEDAF, y a Bienvenido Cabral del Instituto Su-
perior de Agricultura (ISA) por sus aportes iniciales y sugerencias en la estructura del documento. Agra-
decemos además a Bernarda Castillo, del Centro de Biotecnología Vegetal de la Secretaría de Estado de
Agricultura y Expedito Diloné, del Jardín Botánico Nacional, por su participación y sugerencias en las
etapas avanzadas de edición.
Todo el personal del CEDAF ha participado de alguna forma en la elaboración, revisión, digitación e im-
presión de los documentos que ha originado el Proyecto Ágora. A todos ellos muchas gracias por su dedi-
cación y cooperación.
Finalmente, queremos agradecer a todas las personas, incluyendo a profesores y técnicos que ofrecieron
sus sugerencias sobre los documentos durante los talleresy reuniones que para esos fines se celebraron
durante los casi dos años de trabajo que duró el proceso completo de elaboración y edición de los docu-
mentos.
Gracias a todos.
Teófilo Suriel E.
Coordinador Proyecto Ágora
ii William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Introducción
La agricultura moderna se basa en la utilización de variedades mejoradas (generalmente híbridos) en
combinación con paquetes tecnológicos de producción agrícola, como fertilización, protección de plantas
y técnicas de riego y cosecha. Esta alta tecnología agrícola ha tenido gran éxito, especialmente en los paí-
ses desarrollados. Sin embargo, aún se presentan altas pérdidas en los cultivos, debido principalmente al
ataque de enfermedades y plagas y por estreses abióticos, como salinidad, acidez y toxicidad por metales
pesados. Estos problemas son la principal causa del aumento en el uso de los agroquímicos, lo cual ha
contribuido al incremento no sólo del costo de la producción agrícola sino también al deterioro del medio
ambiente.
Mientras tanto, aumenta la demanda de alimentos, especialmente en los países en desarrollo, que tienen
una alta tasa de crecimiento poblacional, por lo cual se requiere con urgencia incrementar la productivi-
dad agrícola.
Para lograr este objetivo se precisa la obtención de variedades mejoradas con menor requerimiento de in-
sumos, reduciendo significativamente los costos de producción y el daño ambiental.
En aproximadamente 25 años los avances en biología molecular y celular se han traducido en una tecno-
logía emergente (la biotecnología) que encuentra aplicación en diversos sectores de la actividad humana.
La salud humana, la agroalimentación, la producción de energía y la protección del medio ambiente son
los sectoresmás importantes que utilizan la biotecnología. Hasta el presente la biotecnología aplicada a la
salud humana ha tenido el desarrollo más rápido. Unos cuarenta medicamentos y vacunas se han aproba-
do y más de cien están en fase avanzada de estudio y/o pendientes para su aprobación. Gracias a la bio-
tecnología, disponemos o están a punto de comercializarse productos terapéuticos para tratar deficiencias
de la sangre, enfermedades autoinmunes, cardiovasculares, inflamatorias, algunos tipos de cáncer, o para
combatir agentes infecciosos como el virus de la hepatitis B, el HIV, o el virus del papiloma.
En el ámbito de la agricultura, la producción de semillas resistentes a plagas, a herbicidas, o que mejoran
la calidad del fruto ya son realidad. Las ventajas de estas nuevas variedades son evidentes para los secto-
res productivos, incluyendo, en algunos casos, al consumidor.
Será preciso que los consumidores tengan la información necesaria para poder elegir basados en la cali-
dad y/o el precio y la seguridad de los productos.
El desarrollo de la biotecnología está en sus inicios y el crecimiento previsto para la primera década del si-
glo XXI significará duplicar el valor de sus ventas cada cinco años. Se prevé un aumento significativo de
las aplicaciones en la agricultura, ya que se estima un crecimiento anual cercano al 20%. Es evidente que
si no es posible aumentar el área de la tierra cultivable, y la población de los países en desarrollo crece al
ritmo actual, la agrobiotecnología se constituye en una solución para producir los alimentos que necesi-
tará la humanidad en el futuro próximo.
William M. Roca / Hernando Ramírez iii
CEDAF Introducción a la Biotecnología
La biotecnología vegetal comprende una serie de técnicas que incluyen:
a. Las técnicas de cultivo de células y tejidos in vitro, muy utilizadas para la clonación de plantas y la
transformación genética;
b. Las técnicas de DNA recombinante, que permiten hacer las construcciones genéticas para la
transformación de plantas;
c. Los marcadores moleculares que permiten "marcar" los genes de interés; para la construcción de
mapas genéticos y para estudios de caracterización y filogenéticos.
El objetivo de este módulo, Introducción a la Biotecnología Vegetal, es presentar a los participantes, en
forma clara y amena los principios básicos de la Biotecnología Vegetal y su aplicación en la obtención de
materiales mejorados.
Este módulo ha sido concebido de tal forma que el participante, al finalizar su lectura, no sólo tendrá un
concepto actualizado de la biotecnología vegetal, sino que tendrá nuevos elementos de juicio para ser uti-
lizados en el desarrollo agrícola.
iv William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Autoevaluación
1. Elabore una definición de lo que usted considera es biotecnología.
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2. ¿Por qué cree usted que la cerveza, el vino el queso y el pan son productos biotecnológicos?
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3. Defina qué es el cultivo de tejidos vegetales
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4. ¿Qué aplicación práctica le vería usted a esta técnica?
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5. ¿Qué conoce usted de la ingeniería genética?
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6. ¿Qué es un gen?
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7. ¿Qué es un genoma?
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8. ¿Qué entiende por marcador molecular?
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9. ¿Qué son plantas transgénicas?
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10. ¿Usted cree que es posible introducir un gen de una bacteria a una planta? Explique.
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11. ¿Qué entiende usted por bioseguridad en biotecnología?
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12. ¿Usted considera que el consumo de cultivos transgénicos representan un peligro para la salud humana?
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William M. Roca / Hernando Ramírez v
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Autoevaluación - Información de Retorno
Respuestas
Para la pregunta 1
Biotecnología es la aplicación de principios científicos y de ingeniería para el procesamiento de materiales por medio de
agentes biológicos con el objetivo de producir bienes y servicios, en donde los agentes biológicos se refieren principalmen-
te a microorganismos,celulares de animales y plantas, enzimas, material genético aislado y clonado.
Para la pregunta 2
La cerveza, porque se obtiene por un proceso de fermentación.
El queso: es un producto obtenido por un proceso enzimático.
El vino: Se obtiene por un proceso de fermentación.
El pan : en su elaboración interviene un proceso de fermentación.
Para la pregunta 3
El cultivo de tejidos vegetales es una técnica que consiste en aislar una porción de una planta (tejido, órgano o célula), lla-
mado explante, para cultivarlo en unmedio nutritivo en condiciones físicas y químicas artificiales, para regenerar una plan-
ta completa.
Para la pregunta 4
El cultivo de tejidos vegetales puede ser útil para la recuperación de cultivos que estén en vía de extinción, o para la propa-
gación masiva de plantas ornamentales, como el caso de rosas, orquídeas, etc.
Para la pregunta 5
La Ingeniería genética es un conjunto de técnicas que permiten la manipulación del DNA y del RNA. Gracias a la Ingenie-
ría genética se pueden aislar y modificar genes que luego son utilizados para producir animales y plantas transgénicas.
Para la pregunta 6
Un gen es un pequeño segmento de DNA que contiene información para una característica genética. Unidad básica de la
herencia.
Para la pregunta 7
Genoma es el contenido genético total de un organismo. En las plantas el genoma está constituido por el contenido genético
del DNA mitocondrial, del cloroplasto y del DNA nuclear.
Para la pregunta 8
Unmarcador molecular es un segmento específico de DNA que está ligado a una característica genética y se utiliza para el
monitoreo de esta característica en un programa de mejoramiento.
Para la pregunta 9
Las plantas transgénicas son plantas a las que se les ha introducido un gen "extraño", el cual les confiere ciertas ventajas so-
bre las que no lo tienen, como por ejemplo, resistencia a una enfermedad, plaga, herbicida, o el aumento en la producción
de un producto de uso comercial.
Para la pregunta 10
Sí es posible. Algunos genes que confieren resistencia al ataque de insectos en las plantas son aislados de bacterias. El
caso más conocido es el de los genes de Bt, que confieren resistencia a algunos insectos lepidópteros.
Para la pregunta 11
La Bioseguridad consiste de políticas y mecanismos que se establecen para prevenir posibles riesgos de la tecnología del
DNA recombinante en la salud, el medio ambiente y la biodiversidad.
Para la pregunta 12
No. En una planta transgénica sólo se introduce uno o pocos genes cuyos productos han sido cuidadosamente evaluados
antes de ser introducidos a las plantas para descartar cualquier riesgo en la salud, el medio ambiente y la biodiversidad.
Mientras que en el mejoramiento tradicional se introducen muchos genes, de los que se desconocen sus productos y su po-
sible riesgo para la salud, medio ambiente y biodiversidad.
vi William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Objet ivos
• Presentar a los participantes los principios básicos de la biotecnología vegetal en la obtención de
materiales mejorados.
Sección 1
• Conocer los conceptos básicos de la biotecnología en general.
• Conocer algunas etapas de su desarrollo.
• Diferenciar algunos tipos de biotecnologías.
Sección 2
• Entender los principios básicos de las técnicas de cultivo de tejidos vegetales.
• Conocer algunas aplicaciones de estas técnicas.
Sección 3
• Conocer los fundamentos de la tecnología del DNA recombinante.
• Describir las herramientas más importantes de esta tecnología.
• Conocer algunas de sus aplicaciones.
Sección 4
• Entender los principios básicos de los marcadores moleculares.
• Conocer algunas de sus aplicaciones en el mejoramiento vegetal.
Sección 5
• Conocer los fundamentos de la transformación genética de plantas.
• Conocer los dos métodos más utilizados para transformar plantas.
• Conocer algunas aplicaciones de esta tecnología.
Sección 6
• Entender los conceptos de bioseguridad, propiedad intelectual y patentes.
• Conocer algunos factores que se consideran podrían ser causa de riesgo por la introducción de
cultivos transgénicos al campo.
• Entender por qué los cultivos transgénicos son seguros.
William M. Roca / Hernando Ramírez vii
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Estructura general
Explicación
Este flujograma muestra la interacción de las diferentes metodologías de la Biotecnología Vegetal (mar-
cadores moleculares, ingeniería genética o DNA recombinante, la técnica de cultivo de tejidos y la trans-
formación genética de plantas), que en forma lógica permiten la obtención de un cultivo transgénico,
desde la caracterización del germoplasma para la búsqueda de genes útiles, hasta la introducción de estos
genes a los cultivos, que luego son sometidos a todo un proceso de valuación antes de ser comercializa-
dos.
viii William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Marcadores y Mapas
Moleculares
Ingeniería Genética
Marcadores y Mapas Molecular
Cultivo de Tejidos y Trans formación
Genética
Cultivo de
Tejidos
• Marcadores
Moleculares
• Cruzamientos
• Caracterización de la biodivers idad
• Identificación de genes útiles
• Mapeo de caracte res comple jos (QTLs)
Clonación y modificación
de genes
Introducción y expres ión
de genes
Plantas Transgénicas
Mejoramiento Multiplicac ión
Ens ayos de Evaluac ión
Originales para transparencias
William M. Roca / Hernando Ramírez ix
CEDAF Introducción a la Biotecnología
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Marcadores y Mapas
Moleculares
Ingeniería Genética
Marcadores y Mapas Molecular
Cultivo de Tejidos y Transformación
Genética
Cultivo de
Tejidos
· Marcadores
Moleculares
· Cruzamientos
· Caracterización de la biodiversidad
· Identificación de genes útiles
· Mapeo de caracteres complejos (QTLs)
Clonación y modificación
de genes
Introducción y expresión
de genes
Plantas Transgénicas
Mejoramiento Multiplicación
Ensayos de Evaluación
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Presentar a los participantes
los principios básicos de la
biotecnología vegetal en la
obtención de materiales mejorados.
Objetivo General
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Secciones
- Una introducción a la biotecnología
- Cultivos de tejidos vegetales
- Tecnología del DNA recombinante
- Marcadores moleculares
- Transformación genética de plantas
- Perspectivas futuras de la Biotecnología vegetal
Una Introducción a la Biotecnología
William M. Roca / Hernando Ramírez 1
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Sección 1
Sección 1 . Una Introducción a la Biotecnología
2 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Tabla de Contenido
Estructura de la Sección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Objetivos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
Preguntas Orientadoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3
1.1 ¿Qué es la Biotecnología?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.2 Breve Historia de la Biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
1.3 La Nueva Biotecnología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Ejercicio 1.1 Introducción a la Biotecnología Vegetal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Originales para Transparencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Estructura de la Sección
Objetivos
• Conocer los conceptos básicos de la biotecnología en general.
• Conocer algunas etapas de su desarrollo.
• Diferenciaralgunos tipos de biotecnologías.
Preguntas Orientadoras
1. ¿Algún participante nos puede explicar que es biotecnología?
2. ¿Algún participante puede dar ejemplos de productos biotecnológicos?
3 ¿Sabían ustedes que el queso, el pan la cerveza son productos biotecnológicos?
William M. Roca / Hernando Ramírez 3
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Primera
Generac ión
Fermentac ión
• Bebidas
• Alimentos
• Combus tibles
Práctica empírica
Poco conocimiento
c ientífico
Segunda
Generac ión
Fermentac ión
Indus trial
• Fármacos
• Alimentos
• Proces amiento
de des echos
Conocimiento
c ientífico y de
ingeniería
Tercera
Generac ión
Técnicas de
Fermentación y
bioprocesos Cultivo in vitro
de células y
te jidos
DNA
recombinante y
transformación
genética
BIOTECNOLOGÍA
1.1 ¿Qué es la Biotecnología?
La biotecnología se puede definir como: "la aplica-
ción de principios científicos y de ingeniería para
el procesamiento de materiales por medio de agen-
tes biológicos con el objetivo de producir bienes y
servicios, en donde los agentes biológicos se refie-
ren principalmente a microorganismos, células de
animales y plantas, enzimas, y material genético
aislado y clonado" (Sasson, 1989).
El concepto de biotecnología fue ampliado a partir
de 1970, cuando se inician las tecnologías que per-
miten la manipulación de la molécula del DNA,
dando origen a la ingeniería genética y con ella
nace la "nueva biotecnología".
La biotecnología comprende un conjunto de técni-
cas aplicables a diversas actividades de la socie-
dad, cuya base fundamental es multidisciplinaria,
con disciplinas básicas como la biología celular,
la biología molecular, la bioquímica, la genética,
la microbiología, la inmunología, la ingeniería
química y la ingeniería de procesos.
1.2 Breve Histor ia de la Biotecnología
Históricamente el desarrollo de la Biotecnología
puede ser dividido en tres generaciones o etapas:
La biotecnología de primera generación se basó en
la fermentación como proceso básico para la pro-
ducción de bebidas, alimentos y combustibles.
Esta práctica era esencialmente empírica, se hacía
en pequeña escala, y estaba caracterizada por el
mínimo conocimiento científico y de ingeniería.
La biotecnología de segunda generación se carac-
terizó por la utilización de los conocimientos cien-
tíficos y de ingeniería para la obtención de
procesos a escala industrial. Estos procesos esta-
ban basados en la aplicación integrada de la micro-
biología (usando procesos de mutación y de
selección), bioquímica e ingeniería química. Esta
segunda generación incluye: la utilización de fer-
mentaciones (bioconversiones y biocatálisis) para
la producción de fármacos, combustibles, alimen-
tos y procesamiento de desechos. En esta segunda
fase también se incluye el desarrollo de algunas
técnicas recientes, como las de inmovilización de
enzimas y las de cultivo de tejidos vegetales y
animales.
La biotecnología de tercera generación, también
denominada "Nueva Biotecnología" surge a co-
mienzos de 1970 y se inicia con el descubrimiento
de la tecnología del DNA recombinante. Esta ge-
neración se basa en la biología molecular, la cual
tuvo un acelerado desarrollo después del descubri-
miento de la estructura del DNA en 1953. Este
evento y el posterior descubrimiento de las enzi-
mas de restricción dieron origen a la ingeniería ge-
nética y con esta nace la nueva biotecnología.
Estas nuevas tecnologías dieron origen a empresas
biotecnológicas, que explotan las técnicas de inge-
niería genética para "cortar" y "confeccionar" los
genes que son colocados en microorganismos,
como bacterias o levaduras, para que "fabriquen
por encargo" productos químicos y farmacéuticos
de interés.
1.3 La Nueva Biotecnología
Los inicios de la biotecnología se caracterizan por
un lento progreso de los conocimientos. La rápida
expansión llegó con el descubrimiento de la es-
tructura del DNA. La comercialización de mu-
chos de estos descubrimientos ha abierto un
mercado de gran envergadura, que incluye no sólo
la medicina y la genética, sino también, la indus-
tria alimentaria, la agrícola, la zootecnia y espe-
cialmente la farmacéutica, con un aumento de la
propiedad intelectual.
4 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Los eventos más importantes del desarrollo de la
biotecnología incluye:
� 1944
Avery, McCarty y McLeod demuestran que el
DNA puede transfer i r una característ ica he-
redi tar ia de una cepa bacter iana a otra.
� 1948
Beadle y Tatun establecen que el papel de los
genes es especi f icar la información necesar ia
para la producción de proteínas.
� 1951
Wilkins y Frankl in obt ienen las pr imeras imá-
genes de un cr istal de DNA.
� 1952
Hershey y Chase conf i rman que el DNA es el
mater ia l genét ico.
� 1953
Watson y Crick establecen la estructura de la
doble hél ice, proponiendo un modelo tr id i -
mencional en el que las cuatro bases del DNA
se acoplan entre sí , s iguiendo reglas muy pre-
cisas.
� 1957
Kornberg ident i f ica la DNA pol imerasa, enzi-
ma que permite la dupl icación de la doble hé-
l ice del DNA.
� 1958
Steward logra la regeneración de una planta
completa a part i r de células somáticas del
f loema de la zanahor ia, mediante la embrio-
génesis somática.
� 1961
Jacob y Monod proponen un modelo de regu-
lación de los genes basado en la act iv idad
inhibidora de ciertas proteínas.
� 1966
Khorana y Nirenberg desci f ran el lenguaje
del código genét ico: la lectura del DNA se
produce en grupos de tres bases (tr ip letas).
� 1970
Khorana sintet iza de forma química el pr imer
gen.
� 1970
Smith y Wilcox descubren las enzimas de res-
tr icción.
� 1973 -1974
Berg produce la pr imera molécula de DNA re-
combinante (un plásmido) mediante el corte y
poster ior unión de dos fragmentos dist intos
de DNA.
� 1975
Sanger, Maxam y Gilbert desarrol lan técnicas
para la secuenciación del DNA.
� 1975
En Asi lomar, Cal i fornia, se real iza la pr ime-
ra conferencia sobre la biosegur idad en el uso
del DNA recombinante y los organismos ge-
nét icamente manipulados.
� 1977
Se descubre que no todo el DNA de un gen
sirve para la síntesis de una proteína, la cual
ocurre sólo en los "exones", es decir , las par-
tes que son transcr i tas en el RNA mensajero.
Los " intrones" son el iminados del RNA.
� 1978
La compañía Genetech (EE. UU.) ut i l iza bac-
ter ias para la producción de insul ina humana
recombinate, que se comercial iza cuatro años
después.
1982
Palmiter y Brinster crean el pr imer animal
transgénico, introduciendo la hormona de
crecimiento de rata en un ratón.
� 1982
La compañía Calgene (EE.UU.) clona el gen
responsable de la resistencia a un herbic ida.
� 1982
VanMontagu y Schel l producen la pr imera
planta transgénica (tabaco) usando el plásmi-
do Ti del Agrobacter ium tumefaciens.
� 1983
Mull is pone a punto la técnica de la reacción
en cadena de la pol imerasa (PCR), que permi-
te ampl i f icar (mult ip l icar) secuencias de
DNA.
William M. Roca / Hernando Ramírez 5
CEDAF Introducción a la Biotecnología
� 1984
Sanford logra transformar tej idos de plantas
mediante el bombardeo de part ículas (biol ís-
t ica).
� 1985
Jeffreys descubre que el DNA de cada indiv i-
duo produce fragmentos característ icos al
ser tratados con enzimas de restr icción. Por
lo tanto sirven como "huel las dact i lares" mo-
leculares.
� 1985
Se aprueba el patentamiento de plantas trans-
génicas en EE. UU.
� 1986
Tanksley crea los pr imeros mapas genét icos
moleculares usando RFLPs.
� 1987
La compañía Cetus Corporat ion (EE. UU.)
automat iza la técnica del PCR.
� 1988
Se patenta of ic ia lmente en EE.UU. el pr imer
animal transgénico, el "oncoratón".
� 1988
Se inic ia el proyecto del "Genoma Humano",
con el f in de ident i f icar todos los genes que
conforman el DNA del hombre.
� 1990
Wil l iams desarrol la la técnica de RAPD para
la marcación y mapeo de genes.
� 1991
Se anal izan los componentes genét icos
(QTLs) responsables de característ icas com-
plejasusando marcadores moleculares.
� 1993
Se desarrol la la biotecnología de biorreacto-
res para el cul t ivo de células y tej idos vegeta-
les de forma masiva.
� 1994
La compañía Calgene recibe la aprobación
para comercial izar tomates transgénicos de
maduración retardada.
� 1995
Se desarrol lan los pr imeros secuenciadores
automat izados de DNA.
� 1996
Nace la oveja "Dol ly" , la pr imera oveja clo-
nada: el núcleo de una célula somática de una
oveja adul ta donante fue introducido en un
óvulo enucleado.
� 1996
Se siembran los pr imeros cul t ivos comercia-
les de plantas transgénicas (EE.UU.): 3 mi-
l lones de hectáreas.
� 1998
La siembra de cul t ivos transgénicos comer-
ciales cubren 30 mil lones de hectáreas, pr in-
c ipalmente en EE.UU., Canadá, Argent ina,
China y Mexico.
� 1998
Se fabr ican sistemas automat izados (robots)
para la extracción, distr ibucción y plaqueo de
muestras de DNA y otras act iv idades de biolo-
gía molecular.
� 1998
Se producen los l lamados "chips" de DNA:
matr ices diminutas de plást ico para f i jar gran
numero de muestras de DNA para el tamizado
y/o lectura masiva de expresión de genes.
� 1999
Se inic ia la "nanobiotecnología" (miniatur i-
zación del anál is is, detección y separación
de mater ia l genét ico de manera masiva).
� 1999
Se da impulso a la bioinformát ica: la obten-
ción , acumulación, anál is is, comparación e
ident i f icación de datos moleculares / genét i-
cos que son ut i l izados para la ident i f icación
de nuevas secuencias y genes.
6 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Un aspecto importante de la nueva biotecnología
es que es extensiva en el uso del conocimiento
científico. En el período anterior a Pasteur, la bio-
tecnología se limitaba a la aplicación de una expe-
riencia práctica que se transmitía de generación en
generación. Con Pasteur, el conocimiento científi-
co de las características de los microorganismos
comienza a orientar su utilización práctica, pero las
aplicaciones industriales se mantienen fundamen-
talmente como artesanales, con la excepción de
unas pocas áreas en la industria química y farma-
céutica (como los antibióticos), en las cuales se ini-
cia la actividad de investigación y desarrollo en el
seno de la corporación transnacional. En todos es-
tos casos, la innovación biotecnológica surgió en el
sector productivo; en cambio, los desarrollos de la
nueva biotecnología se originan en los centros de
investigación, generalmente localizados en el seno
de las universidades.
Las nuevas biotecnologías pueden agruparse en
tres categorías básicas:
1. Técnicas para el cultivo in vitro de células y tejidos,
incluyendo el cultivo de microorganismos.
2. Técnicas de fermentación y bioprocesos, incluyendo
técnicas de inmovilización de enzimas.
3. Técnicas para la identificación, mapeo, clonación,
manipulación y transferencia de genes.
Aún cuando los tres grupos se complementan en-
tre sí, existe una diferencia fundamental entre los
dos primeros y el tercero. Los primeros se basan
en el conocimiento de las características y compor-
tamiento de las células y microorganismos y en el
uso deliberado de estas características (de cada or-
ganismo en particular), para el logro de objetivos
específicos en materia de nuevos productos y pro-
cesos. Mientras que el tercer grupo se caracteriza
por su potencialidad para manipular la genética y
las características estructurales y funcionales de
los organismos y de la aplicación práctica de esta
capacidad para superar ciertos límites naturales
para el desarrollo de nuevos productos o procesos.
Entre los eventos claves de la nueva biotecnología
que permitieron el desarrollo de la biotecnología
vegetal se incluyen:
a. La regeneración de plantas completas a partir de par-
tes de plantas (explante), cultivadasin vitro;
b. Técnicas para identificar y mapear genes y para de-
tectar diferencias entre individuos comparando di-
rectamente sus genomas ;
c. Técnicas para aislar, modificar y clonar genes;
d. Técnicas que permiten la transferencia de estos ge-
nes a plantas. Estas metodologías serán explicadas
más adelante.
Las aplicaciones a corto plazo de la nueva biotec-
nología en la agricultura incluyen: el manejo y
conservación de recursos genéticos; la propaga-
ción masiva de plantas; los métodos para detec-
ción de plagas y enfermedades y la construcción
de mapas moleculares para agilizar los programas
de mejoramiento tanto animal como vegetal; la in-
troducción y expresión de genes para obtener re-
sistencia a insectos; patógenos, herbicidas; o para
el mejoramiento de la calidad de proteínas, car-
bohidratos y aceites o grasas.
A largo plazo: la manipulación de caracteres com-
plejos, lo cual requiere de un previo entendimiento
de los mecanismos bioquímicos y genéticos de las
características poligénicas de interés.
Por esta razón, las actuales investigaciones en bio-
tecnología vegetal están encaminadas al aisla-
miento y caracterización de genes de importancia
económica, sobre todo de secuencias reguladoras,
tales como: floración, fotosíntesis, fijación bioló-
gica de nitrógeno, etc. Mientras tanto, las aplica-
ciones más importantes incluyen:
a. El uso de mapas genéticos y marcadores molecula-
res para la identificación de genes de resistencia a
plagas y enfermedades;
William M. Roca / Hernando Ramírez 7
CEDAF Introducción a la Biotecnología
b. Transferencia de caracteres de interés de especies
silvestres a cultivadas mediante cruces interespecí-
ficos o distantes;
c. Producción de plantas transgénicas usando genes
simples de resistencia a virus, insectos y herbicidas,
de calidad de proteína de semillas, contenido de al-
midón y para retardar la maduración del fruto;
d. Utilización de marcadores moleculares para el estu-
dio de la diversidad genética de plantas, animales y
microorganismos. La Tabla 1.1 presenta algunas
aplicaciones de la nueva biotecnología en la produc-
ción vegetal.
Un paso crucial para la aplicación de la biotecno-
logía en la solución de problemas de la agricultura
es la identificación de problemas recalcitrantes a
una solución por métodos convencionales, segui-
do de un análisis de costo/beneficio de la aplica-
ción biotecnológica.
La biotecnología tradicional y la nueva biotecnolo-
gía ofrecen también una amplia aplicación no sólo
en la industria alimenticia y farmacéutica, sino
también en muchos procesos industriales (Tabla
1.2).
Tabla 1.1 Aplicaciones de la nueva biotecnología.
Fuente: Roca, W. 1986.
1. En la Producción Vegetal:
• Recursos genéticos
Conservación
Caracterización
Utilización
• Mejoramiento genético
Cruzamientos distantes
Haploidía
Mapas y marcadores moleculares
Transformación genética
• Control biológico
Biopesticidas
• Biofertilizantes
• Agroindustria
Propagación masiva
Control de calidad
Valor agregado
2. En el Manejo (Reciclaje) de Productos Agrícolas
• Bioconversión
3. En la Protección del Ambiente (Aguas y Suelos)
• Biorremediación
Tabla 1.2 Aplicaciones de la biotecnología en el sector
industrial. Fuente: Bull et al. 1982.
Química Producción de:
• Orgánica • Etanol, Acetona, Butanol, Acidos
orgánicos
• Enzimas
• Perfumes
• Polímeros (principalmente polisacáridos)
• Inorgánica • Bioacumulación y Lixiviación
Farmacéutica Producción de:
• AntibióticosAgentes para diagnóstico
(enzimas, anticuerpos)
• Inhibidores de enzimas
• Esteroides
Vacunas
Energía Producción de:
• Etanol (gasohol)
• Metanol (biogas)
Alimentos Producción de :
• Lácteos, productos de pescado y de
carne
• Bebidas (alcohólicas, té y café)
• Levadura para panadería
• Aditivos para alimentos (antioxidantes,
colorantes, saborizantes, estabilizadores)
• Producción de champiñones
• Aminoácidos, vitaminas
• Producción de almidón
• Glucosa y jarabe de alta fructosa
• Modificaciones funcionales de proteínas,
Pectinas
Remoción de toxinas.
Agricultura Producción de:
• Alimentos para animales
• Vacunas para animales
• Ensilaje y procesos de descomposición
• Pesticidas microbianos• Rhizobium y otros inoculantes
bacteriológicos para la fijación de
nitrógeno
• Inoculantes de micorrizas
Servicios
Industriales
• Purificación de agua
• Tratamiento de afluentes
• Manejo de desechos
• Recuperación de aceites
8 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
1.4 Ejercic io 1.1 Introducción a la
Biotecnología Vegetal
Objetivos
• Elaborar el concepto de biotecnología y sus
aplicaciones.
• Diferenciar productos biotecnológicos de uso
cotidiano.
Orientaciones para el Instructor
Con el siguiente ejercicio se busca reafirmar el
concepto de Biotecnología, a través de la identifi-
cación y clasificación de productos elaborados me-
diante procesos biotecnológicos.
La idea es crear un escenario donde los participan-
tes puedan tener contacto directo con productos de
uso cotidiano, muchos de los cuales obtenidos por
procesos biotecnológicos, para motivar una discu-
sión sobre su obtención y las aplicaciones de algu-
nos productos biotecnológicos, muchos de los
cuales hacen parte de nuestra vida cotidiana.
Para la realización de este ejercicio se recomienda
que el Instructor lea atentamente las siguientes ins-
trucciones:
• Suministrar información sobre los objetivos del
ejercicio.
• Ubique en un salón cuatro mesas grandes. En
cada una de ellas colocar los productos mencio-
nados en la lista de recursos.
• Conforme cuatro grupos de trabajo. Ubique
cada grupo en cada una de las mesas (con los
productos).
• En cada grupo de trabajo, los participantes de-
ben separar aquellos productos que ellos consi-
deren son de origen biotecnológico.
• Hacer un listado de los productos selecciona-
dos, argumentando por que consideran que son
productos biotecnológicos en cada selección.
• Luego, solicite a los participantes que clasifi-
quen los productos biotecnológicos selecciona-
dos en productos biotecnológicos de primera, se-
gunda y tercera generación.
• Motive una discusión con base a las respuestas
dadas al ejercicio.
• Proporcione la información de retorno, señalan-
do los productos de origen biotecnológico y su
clasificación de primera, segunda o tercera gene-
ración.
Recursos necesarios
• Papelógrafo, papel, marcadores
• Cuatro mesas grandes
• Un sitio de trabajo ( un salón)
• Los siguientes productos: Queso, pan, cerveza,
vino, papel, insulina, penicilina (antibiótico), ve-
las (de parafina), un "tarro" de grasa, azúcar, sal,
una planta de tomate, tomate (fruto), vinagre.
• Fotocopias de las instrucciones e información de
retorno para los participantes.
Tiempo sugerido: 60 minutos.
Instrucciones para el participante
De acuerdo con la información suministrada en la
Sección 1, y mediante el reconocimiento de produc-
tos de origen biotecnológico, los participantes ten-
drán la oportunidad de desarrollar el concepto de
biotecnología.
Pasos a seguir:
• Conformen cuatro grupos de trabajo de acuerdo
con las instrucciones dadas por el instructor.
• Nombren un relator por grupo, el cual presentará
en plenaria los resultados obtenidos por el grupo.
• Realice un listado de los productos de origen bio-
tecnológico. Argumenten sus selecciones.
• De los productos biotecnológicos selecciona-
dos, realizar un listado de los que corresponden
a la primera, segunda o tercera generación. Ar-
gumenten sus selecciones.
• Al finalizar, el Instructor les proporcionará la
información de retorno.
William M. Roca / Hernando Ramírez 9
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Bibl iograf ía
Bul l , A.T. , Hol t , G. and Li l ly , M.D. 1982. Internat ional
Trends and Perspect ives in Biotechnology: A State of
Art , Par is, OECD.
Banco Interamericano de Desarrol lo (BID). 1988.
Biotecnología: Perspect iva general y desarrol lo en
América Lat ina, p. 207-302. En: Progreso Económico
y social en América Lat ina. Informe 1988. Tema
especial : Ciencia y Tecnología.
Roca, W. 1993. El papel de la biotecnología en la
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Ciencia. Vol . 2. 18-25 p.
Roca, W. 1990. La Nueva Biotecnología: Apl icaciones en
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Developing Countr ies. Proceedings of an
Internat ional Symposium Organized by Nal
CTA/FAO, Luxemburg, 1989.
10 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Ejercicio 1.1 Introducción a la Biotecnología Vegetal - Información de retorno
Producto Clasificación Argumento
Queso Biotecnología
1ra.Generación
Proceso enzimático
Para elaboración de quesos
Pan Biotecnología
1ra generación
Levadura y proceso enzimático.
Cerveza Biotecnología
2da generación
Fermentación
Vino Biotecnología
1ra generación
Fermentación
Insulina Biotecnología
3ra generación
DNA recombinante
Penicilina Biotecnología
2da generación
Bioprocesos
Grasa N O -------
Azúcar N O -------
Sal N O -------
Planta de tomatetransgénica Biotecnología
3ra generación
Ingeniería genética
Fruto de tomateRetarda en madurar Biotecnología
3ra generación
Ingeniería genética
Vinagre Biotecnología
1ra generación
Fermentación
Originales para Transparencias
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CEDAF Introducción a la Biotecnología
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Generación
Fermentación
• Bebidas
• Alimentos
• Combustibles
Práctica empírica
Poco conocimiento
científico
Segunda
Generación
Fermentación
Industrial
• Fármacos
• Alimentos
• Procesamiento
de desechos
Conocimiento
científico y de
ingeniería
Tercera
Generación
Técnicas de
Fermentación y
bioprocesos Cultivo in vitro
de células y
tejidos
DNA
recombinante y
transformación
genética
BIOTECNOLOGÍA
William M. Roca / Hernando Ramírez 13
CEDAF Introducción a la Biotecnología
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Es la aplicación de principios científicos
y de ingeniería para el procesamiento
de materiales por medio de agentes
biológicos para producir bienes y
servicios.
Los agentes biológicos se refieren a:
• Microorganismos
• Células de animales y plantas
• Enzimas
• Material genético aislado y clonado
(Sasson, 1989)
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• Biotecnología de Primera Generación
• Se basó en la fermentación como
proceso básico para producir:
bebidas, alimentos y combustibles.
• Práctica esencialmente empírica.
• Se realizaba en pequeña escala.
• Mínimo conocimiento científico y de
ingeniería.
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Biotecnología de Segunda Generación
• Se caracterizó por la utilización de los conocimientos científicos y de ingeniería.
• Obtención de procesos a escala industrial.
• Se basa en la aplicación integrada de la microbiología, la bioquímica y la
ingeniería química.
• Utiliza bioconversiones y brocatálisis para producir fármacos, combustibles,
alimentos y procesamiento dedesechos.
• También incluye:
• Técnicas de inmovilización de enzimas
• Técnicas de cultivos de tejidos
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Molecular y la Ingeniería genética.
• Biotecnología De Tercera Generación
También llamada “Nueva Biotecnología”
Se inicia con el descubrimiento del DNA recombinante.
Se basa principalmente en la biología
Nacen las empresas biotecnológicas
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• Extensiva en el conocimiento científico
• Se agrupa en tres categorías básicas
Técnicas de cultivo de tejidos y microorganismos
Técnicas de fermentación y bioprocesos y de inmovilización de enzimas.
Técnicas para: Identificación mapeo clonación, manipulación y transfer
genes.
1.
2.
3. encia de
La nueva Biotecnología
Cult ivo de Tej idos Vegetales
William M. Roca / Hernando Ramírez 19
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Sección 2
Sección 2 . Cul t ivo de Tej idos Vegetales
20 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Tabla de Contenido
Estructura de la Sección. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Preguntas Orientadoras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
2.1 Fundamentos del Cultivo de Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2 Aplicaciones del Cultivo de Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Ejercicio 2.1El Cultivo de Tejidos Vegetales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Originales para Transparencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Estructura de la Sección
Objetivos
• Entender los principios básicos de las técnicas de cultivo de tejidos vegetales.
• Conocer algunas aplicaciones de estas técnicas.
Preguntas Orientadoras
1. ¿Sabían ustedes que a partir de una célula somática del floema de la raíz de la zanahoria se puede desarrollar
una planta completa de zanahoria?
2. ¿Algún participante puede dar una definición de cultivo de tejidos vegetales?
3. ¿Sabían ustedes que las flores naturales que venden en floristerías y supermercados son producidas por cultivo
in vitro?
William M. Roca / Hernando Ramírez 21
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Cultivo de
meristemos
Ápices y yemas
Cultivo de
ovulos y
embriones
Cultivo de
anteras
Cultivo de
suspensión
celulares
Propagación
masiva
Eliminación de
enfermedades
Cruces
interespecífico s
Producción de
haploides
Metabolitos secundarios
Micropropagación Contribución al
fitomejoramiento
Cultivo de Tejidos Vegetales
Producción de protoplastos para
transformación o hibridación somática
Introducción
El cultivo de tejidos vegetales es una técnica que
consiste en aislar una porción de una planta (tejido,
órgano o célula), llamado explante, para cultivarlo
en un medio nutritivo en condiciones físicas y quí-
micas artificiales. El objetivo es conseguir que las
células expresen su totipotencialidad, o sea, la ca-
pacidad que tienen las células vegetales de regene-
rar una planta completa cuando son separadas del
organismo. La totipotencialidad de las células ve-
getales cultivadasin vitro fue establecida por
Steward y colaboradores en 1958, quienes descri-
bieron el desarrollo de una planta de zanahoria a
partir de células somáticas del floema de la raíz de
zanahoria. (Figura 2.1).
Cuando los explantes se cultivan en condiciones
apropiadas, es posible inducir la formación de es-
tructuras organizadas y la formación de plantas
completas. Si la formación de la planta completa
se realiza mediante la formación de brotes o yemas
adventicias y posterior enraizamiento de éstos, se
dice que el proceso es de organogénesis. Pero si la
regeneración se obtiene a través de estructuras se-
mejantes a los embriones sexuales, se dice que la
vía es embriogénesis somática.
Puede suceder que al cultivarin vitro un explante
vegetal no se obtengan células diferenciadas o es-
tructuras organizadas, sino la proliferación celular
para formar un tejido amorfo no diferenciado. Este
tejido recibe el nombre de callo. El callo puede ser
sometido a agitación en un medio de cultivo líqui-
do lo cual logra separar sus células constituyentes
para formar un cultivo de células en suspención.
La técnica de cultivo de tejidos puede cubrir un
amplio rango de aplica-
ciones, tales como:
1. Investigación básica so-
bre procesos bioquími-
cos y morfológicos de la
diferenciación celular;
2. Investigación aplicada;
3. Desarrollo de técnicas
para la propagación clo-
nal o para el mejora-
miento genético de
plantas.
El objetivo de este ca-
pítulo es mostrar los
fundamentos básicos
de esta metodología
para que el participante
conozca la importancia
de esta herramienta de
la Biotecnología Vege-
tal.
22 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
Figura 2.1. Desarrollo de una planta de zanahoria a partir de células somáticas
del floema de la raíz. Fuente: Villée y Colaboradores, 1998.
2.1 Fundamentos del Cul t ivo de
Tej idos Vegetales
En el cultivo in vitro n vitro de tejidos vegetales, un
explante (células, tejido, órgano), se cultiva asépti-
camente en un medio de composición definida y en
condiciones ambientales controladas. En la Tabla
2.1 se presenta un cronograma de los eventos cien-
tíficos y tecnológicos más importantes que contri-
buyeron al desarrollo del cultivoin vitro de células
y tejidos de plantas.
Tabla 2.1 Eventos científicos y tecnológicos claves en
la evolución del cultivo in vitro de células y tejidos
vegetales. Fuente: Villalobos (1990).
1665 Hooke Primera descripción de una célula.
1674 Leeuwenhoek Observación de la vida celular.
1835 Von Mohl Descripción de la vida; protoplasta.
1838 Schilden Conjunto celular de las plantas;
totipotencia de la célula vegetal.
1839 Schwann Aplicación del concepto a animales.
1846 Nageli Células vegetales se forman por
divisiones de células existentes.
1855 Virchow Aforismo: Omnis cellula e cellula.
1888
1902
Haberlandt Pruebas de cultivo de células de
mesófilo; predicciones.
1922 Kotte Cultivo de ápices de raíces por
poco tiempo
1926 Went Descubrimiento de las auxinas.
1928 Kuster Trabajos con protoplastos obtenidos
mecánicamente.
1934 White Cultivo de raíces con crecimiento
activo.
1934 Gautheret Cultivo del cambio de árboles.
1937 White Importancia de la vitamina B para el
crecimiento de las raíces.
1937 When & Thimann Trabajos intensivos con auxinas.
1939 Gautheret Uso de las auxinas en los cultivos;
proliferación; potencialmente
crecimiento sin límites.
1939 Nobecourt Cultivo de raíces de zanahoria,
proliferación de células.
1939 While Subcultivos sucesivos de Nicotiana.
1942 Van Overbeek Rescate de embriones en cruzas
interespecíficas.
1949 Camus Diferenciación vascular.
1952 Steward Agua de coco, embriogénesis
somática.
1953 Muir Cultivo de suspensiones celulares;
ailslamento de células individuales.
1953 Tulecke Cutivo de polén.
1953
1955
Skoog Descubrimiento de la cinética.
1956 Nichel Subcultivos durante 4 años de
suspensiones celulares.
1957 Skoog & Miller Diferenciación del callo en vástago
y raíz.
1960 Bergmann Cultivo y pruebas de regeneración
de células aisladas.
1960 Cocking Obtención de protoplastos
empleando enzimas.
1962 Murashige & Skoog Medio MS.
1964 Morel Cultivo de meristemos, eliminación
de virus.
1964 Nitsch Inducciónde flores in vitro.
1964 Guha &
Maheshwar
Plantas haploides a partir de
anteras.
1965 Ledoux Introducción de DNA extraño en
células.
1966 Lutz Totipotencia: uso de la célula
aislada.
1970 Backs – Husemann
Reinert
Técnicas de regeneración completa
a partir de una célula.
1970
1971
Kao et al Pruebas de regeneración de plantas
a partir de protoplastos.
1971 Tabeke Regeneración de plantas a partir de
protoplastos.
1972 Carison Et al. Función de protoplastos y
regeneración de híbridos.
1978 Melchers Pomato. Topato.
Para el establecimiento del cultivoin vitro de una
especie en particular se debe tener en cuenta una
serie de factores, de cuyo manejo depende el éxito
del cultivo.
Cada sistema de cultivoin vitro presenta caracte-
rísticas particulares que permiten producir plantas
completas a partir de explantes. Estas característi-
cas tienen que ver con: el explante, las normas de
asepsia, los medios de cultivo y las condiciones
ambientales de incubación. La interacción de estos
factores es lo que determina la respuesta del ex-
plante al cultivoin vitro.
La formación de plantas por medio del cultivo de
tejidos puede ocurrir como una continuación del
crecimiento y desarrollo de estructuras organiza-
das, por ejemplo, meristemas apicales y axilares
del tallo; o puede ser el resultado de un proceso de
William M. Roca / Hernando Ramírez 23
CEDAF Introducción a la Biotecnología
formación de novo, a partir de células donde no
existía organización alguna; estas células pueden
derivarse de los órganos vegetativos (somáticos) o
de las estructuras sexuales (gaméticas) de la planta.
(Figura 2.2).
La formación de plantas de novo puede ocurrir a
través de la diferenciación de embriones que se ini-
cia en células individuales o en grupos de células
(embriogénesis somática o asexual) o vía diferen-
ciación de órganos vegetativos (organogénesis)
que se inicia en grupos de células.
Como se mencionó antes, la regeneración de plan-
tasin vitro depende de varios factores, siendo los
más importantes: la variedad de la planta (genoti-
po), la clase de tejido a cultivar (explante), la com-
posición química del medio de cultivo (factor
químico) y las condiciones ambientales de la incu-
bación (factor físico).
Las técnicas de cultivo de meristemos, ápices y ye-
mas pueden considerarse como clásicas dentro del
cultivo de tejidos y su aplicación, en la propaga-
ción clonal de plantas, la recuperación de la sani-
dad, así como en la conservación e intercambio de
germoplasma, están ampliamente diseminadas.
Por otro lado, el cultivo de microsporas y de ante-
ras para la producción de haploides es una herra-
mienta importante para el mejoramiento genético
de plantas.
Para cultivar células, tejidos y órganosin vitro se
deben seguir los siguientes pasos:
1. Seleccionar y separar de la planta el explante que
se desea cultivar.
24 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
1
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2
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Figura 2.2 Formación de plantas in vitro. 1. Cultivo de meristemos y yemas del tallo. 2. Regeneración de
plantas. 2A. Vía organogénesis; 2B. Vía embriogénesis somática. Fuente: George y Sherrington, 1984.
2. Desinfectar el explante.
3. Sembrar el explante en un medio de cultivo apro-
piado.
4. Cultivar el explante en condiciones ambientales
controladas.
Entre los factores químicos que influyen en el cul-
tivo in vitro están: los nutrientes (macro y microe-
lementos y fuentes de carbohidratos) y algunos
compuestos orgánicos (vitaminas) y los regulado-
res de crecimiento.
Entre los factores físicos están: la luz, la tempera-
tura, el pH y la concentración de O2 y CO2. Estos
factores ejercen un papel importante en el desarro-
llo y diferenciación celular.
El tipo de diferenciación que ocurre en un cultivo
in vitro en general depende de la relación de dos ti-
pos de reguladores de crecimiento: las auxinas y
las citocininas. Cuando la relación auxina/citoci-
nina es alta se puede dar la formación de raíces, la
inducción de embriogénesis y la inducción de ca-
llos. Mientras que si la relación de auxina/citocini-
na es baja se puede dar el desarrollo de yemas axi-
lares, o la inducción de brotes adventicios.
Manipulando las combinaciones y concentracio-
nes de los reguladores de crecimiento, es posible
regenerar plantas completas a partir de células, te-
jidos u órganos.
2.2 Apl icaciones del Cul t ivo de Tej idos
Vegetales
Las aplicaciones de esta técnica se dan básicamen-
te en tres áreas fundamentales:
a. La micropropagación,
b. La contribución del cultivoin vitro en el mejora-
miento vegetal y
c. La producción de metabolitos secundarios. (Tabla
2.2).
2.2.1 Micropropagación
Uno de los mayores usos del cultivoin vitro de teji-
dos es la propagación vegetativa de plantas, la cual
se realiza en forma extensiva. Esta metodología
William M. Roca / Hernando Ramírez 25
CEDAF Introducción a la Biotecnología
Tecnologías Aplicaciones Plazos para
utilización
Cultivo de Meristemas, ápices,
yemas, embriogénesis somática
1. Propagación masiva - Inmediato
2. Eliminación de enfermedades - Inmediato
3. Conservación de germoplasma - Inmediato
4. Intercambio de germoplasma. - Inmediato
Cultivo de embriones, cultivo de
óvulos, fertilización in vitro
1. Obtención de híbridos entre especies de géneros distintos - Inmediato
Cultivo de anteras, Cultivo de
microsporas, Cultivo de embriones
1. Obtención rápida de líneas genéticamente puras - Inmediato
2. Obtención de variación genética nueva - Mediano
3. Aumento de heterosis
Cultivo de células, callos 1. Obtención de variantes somaclonales - Mediano
2. Acelerar mejoramiento genético intravarietal - Mediano
3. Selección de líneas resistentes a enfermedades, estrés, etc. - Mediano
4. Transformación genética - Largo
Funsion de Protoplastos 1. Obtención de híbridos asexuales. - Largo
2. Transferencia de genes citoplasmáticos - Largo
Tabla 2.2 Técnicas de cultivo in vitro de células y tejidos vegetales y sus aplicaciones en la agricultura. Fuente: Roca
(1986).
permite la multiplicación masiva de plantas en es-
pacio y tiempo reducidos, ganancia que es bastante
significativa cuando se compara con los métodos
convencionales de propagación asexual.
En general, la micropropagación se puede conse-
guir a través de tres vías:
a. Por medio de la proliferación de yemas axilares;
b. Por la inducción de yemas o brotes adventicios y
c. Por embriogénesis somática (Figura 2.2).
Las yemas apicales o axilares se pueden desarro-
llar in vitro promoviendo el crecimiento de las ye-
mas latentes o de las yemas activas. Un segmento
de la planta que contenga una sola yema puede ori-
ginar un solo tallo o puede producir tallos múlti-
ples (Figura 2.3). A medida que el tallo o las ramas
se desarrollan producen a su vez más yemas axila-
res; por el subcultivo periódico se podrán producir
tallos o ramas indefinidamente. Este método de
micropropagación ha sido el más popular debido a
su aplicabilidad a un mayor número de especies
vegetales y a susimple implementación.
Los brotes o yemas adventicias son estructuras que
se originan de novo en áreas diferentes a los sitios
de formación de las yemas axilares o apicales. Los
brotes, raíces, bulbos adventicios y otras estructu-
ras similares se pueden inducir en segmentos de ta-
llo, hojas, tubérculos, cormos, bulbos, rizomas o
estructuras florales. Normalmente el número de
propágulos se incrementa por subdivisión de los
propios órganos inducidosin vitro. Esta vía puede
resultar en un sistema de multiplicación mayor que
la propagación por proliferación de yemas axila-
res.
La embriogénesis somática es el sistema de mayor
potencial para la propagación clonal rápida. A tra-
vés de este método es posible obtener miles de em-
briones somáticos a partir de unos pocos gramos de
callo o de pocos mililitros de una suspensión ce-
lular. Durante este proceso cada célula o grupo de
células es capaz de dividirse y diferenciarse en un
embrión somático, que luego puede dar origen a
una planta completa. Debido a su similitud conlos
embriones cigóticos, los embriones somáticos se
utilizan para la producción de las llamadas semi-
llas artificiales.
La ventaja de la embriogénesis somática, compara-
da con los dos métodos de micropropagación men-
cionados anteriormente, se debe principalmente al
manejo de un alto volumen de material propagado
y a un bajo costo de producción. Sin embargo, el
principal problema de este sistema es el reducido
número de especies que pueden ser propagadas por
esta vía.
La micropropagación tiene una amplia aplicación
en cul t ivos comerciales como plantas
ornamentales, frutales, forestales y especies
hortícolas comestibles. En América Latina existen
unos 180 laboratorios de micropropagación de
variada capacidad. De éstos, sólo 50 desarrollan
propagación de plantas a nivel comercial. Sin
embargo, son pocos los que alcanzan niveles de
26 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
MICRO-PROPAGACIÓN
I. INICIACIÓN II. ENRAIZAMIENTO
Figura 2.3. Cultivos de meristemos de yuca en dos
etapas de micropropagación por cultivo de nudos.
Fuent: Roca, W. 1980.
producción superior al millón de plantas al año
(Tabla 2.3). Las plantas para las cuales se han
desarrollado técnicas de micropropagación
incluyen principalmente ornamentales, herbáceas,
frutales y forestales, aunque la propagación masiva
(a nivel comercial) es más utilizada con las
ornamentales (Tabla 2.4).
Tabla 2.3 Laboratorios de micropropagación
comercial.
País Número de laboratorios
Estados Unidos 105*
Australia 35*
Inglaterra 15*
Nueva Zelandia 15*
Francia 10*
China 10*
Brasil 10*
Israel 7*
Italia 6
Argentina 6
Holanda 5*
Canadá 5*
Rep. Dominicana 5*
México 5*
Colombia 5
Costa Rica 5*
Sur Africa 5
Filipinas 4
Tailandia 4
Indonesia 3
Singapur 3*
Venezuela 3
Kenya 2
Malasia 2
Taiwan 2*
* Producción mayor de 1 millón de plantas.
El mercado potencial para las plantas
micropropagadas es muy grande, siendo Holanda
el pr incipal país productor de plantas
micropropagadas, seguido por los Estados Unidos
de América y por Israel.
Es importante anotar que no todas las especies ve-
getales responden con facilidad a la micropropaga-
ción, como es el caso de especies forestales. Sin
embargo, se debe enfatizar que la micropropaga-
ción es recomendable para la multiplicación rápida
de materiales en vía de extinción y materiales va-
liosos o de alto valor agregado para el comercio.
Tabla 2.4 Plantas propagadas in vitro. Fuente:
Compilado por Roca, W., (1995).
Número de Variedades o Tipos
Tipo de planta Micropropagadas Propagación
masiva
Ornamentales
Herbáceas 189 85
Leñosas 96 9
Frutales 50 40
Forestales
Angiospermas 60 24
Gimnospermas 30 15
Hortalizas 60 10
Gramíneas 50 10
Orquídeas 37 28
Medicinales 43 5
Plantaciones 20 3
Oleaginosas 14 6
Fibras 17 1
Raíces y tubérculos 8 2
Total 672 238
% 100 35
Micropropagación comercial
Existen numerosas compañías comerciales que
producen millones de plántulas al año por micro-
propagación. Compañías de este tipo se hallan lo-
calizadas en EE. UU, Australia, Reino Unido, e
Israel principalmente, donde el principal mercado
son las plantas ornamentales de flores para corte
(Tabla 2.3).
Eliminación de virus y otros patóge-
nos
Las plantas son susceptibles a muchos agentes pa-
tógenos como bacterias, hongos, virus, viroides y
nemátodos. Aunque la esterilización superficial de
los explantes elimina agentes superficiales, este
tratamiento no permite la eliminación de infeccio-
nes sistémicas, de tipo bacteriano o víricas. Aun-
que resulta relativamente sencillo eliminar los
patógenos de etiología fúngica o bacteriana por
tratamiento químico u otros medios, la eliminación
de los virus representa un verdadero problema.
William M. Roca / Hernando Ramírez 27
CEDAF Introducción a la Biotecnología
De la observación de que la distribución de las par-
tículas virales en la planta es irregular y que existe
menor número de partículas virales en los meriste-
mos apicales, fue posible llegar a una soluciónde
este problema.
Los meristemas apicales son grupos de células lo-
calizadas en el extremo del ápice de crecimiento y
que normalmente se dividen activamente y de
modo organizado. El meristema apical de brotes
esterilizados superficialmente pueden ser cortados
conteniendo las células apicales y los primordios
foliares adyacentes, y cultivados en un medio de
cultivo y condiciones de crecimiento adecuados
para obtener plantas completas.
Las plantas producidas por este procedimiento ge-
neralmente no presentan infección viral, compro-
bada por la técnica ELISA (prueba inmunológica
para detección de virus en tejidos vegetales) con
indicadores o con sondas de DNA.
Para que este procedimiento sea eficiente se deben
tener en cuenta factores como: el tamaño del ápice
que se extrae para el cultivo, factores del medio y
tratamientos químicos o térmicos antes o durante
el cultivoin vitro. De todos ellos, el factor más im-
portante es el tamaño del explante; generalmente el
porcentaje de obtención de plantas aumenta con el
tamaño del explante, pero si el meristemo es relati-
vamente pequeño, la proporción de plantas sin vi-
rus será relativamente elevada. En algunos casos
resulta efectivo el tratamiento térmico (por ejem-
plo, durante 10 - 20 días a 35 - 38oC) antes de que
se efectúe la extracción del meristemo, ya que la
multiplicación viral es sensible a las temperaturas
elevadas (Figura 2.4).
La técnica del cultivoin vitro de meristemos ha
sido efectiva para la propagación de plántulas li-
bres de virus en por lo menos unas 65 especies de
plantas.
28 William M. Roca / Hernando Ramírez
Introducción a la Biotecnología CEDAF
PRUEBAS
DE
DETECCIÓN
MATERIAL
CLONAL
TERMOTERAPIA
Día: 35°C Noche: 35°C Día: 40°C Noche: 35°C
CULTIVO DE MERISTEMAS
SEMBRAR EN POTES
PRUEBAS DE DETECCIÓN
PROPAGACIÓN PLANTAS SANAS
PLANTAS SANAS
(-) (+)
CLONES INFECTADOS
DESTRUCCIÓN
PLANTAS ENFERMAS
Figura 2.4. Procedimientos para la producción de plantas de yuca libres de virus mediante la
termopterapia y el cultivo de meristemos. Fuente. Roca y Jayasinghe, 1982.
2.2.2 Contr ibución del cul t ivo in vi t ro
en el mejoramiento vegetal
Rescate de embriones zigót icos
Las barreras que se oponen al logro de la produc-
ción de híbridos entre especies distantes taxonómi-
camente pueden ser superadas mediante las
técnicas de cultivoin vitro. En aquellos casos en
que la fecundación tiene éxito, pero el embrión no
consigue desarrollarse, es posible aislar los em-
briones cigóticos inmaduros y cultivarlos en me-
dios y condiciones apropiadas para regenerar
plantas híbridas (Figura 2.5).
Producción de plantas haploides me-
diante el cul t ivo de anteras y de ova-
r ios
Las plantas haploides contienen el número gaméti-
co de cromosomas, es decir la mitad del número to-
tal de cromosomas de la planta. Son de gran
utilidad en los programas de mejoramiento, tanto
para la producción rápida de líneas homocigóticas,
como para la detección y selección de mutantes re-
cesivos. La producción de haploides puede ocurrir
por medio de la regeneración de plantas a partir del
cultivo de granos de polen inmaduros aislados
(cultivo de microsporas) o contenidos en la antera
(cultivo de anteras). En la cebada, por ejemplo,
que posee del orden de 2 - 3x103granos de po-
len por antera y 60 anteras aprovechables por cada
espiga, existen potencialmente 105 microesporas
por espiga que pueden ser aprovechadas para el
cultivo in vitro.
Mediante el cultivo de anteras es posible regenerar
plantas haploides en más de 50 especies vegetales,
siendo la mayoría de ellas de las familias Grami-
nae, Solanaceae y Cruciferae. Estas familias inclu-
yen muchas especies agrícolas de importancia
económica como el trigo, la cebada, el maíz, el
arroz, el centeno, los pastos, las brassicas, la papa,
el tomate y el tabaco.
Los factores más importantes para la producción
eficiente de plantas haploides son los siguientes:
1. El crecimiento de las plantas donantes en condicio-
nes óptimas,
2. Una muestra adecuada de diferentes genotipos;