Modificación genética de plantas: plantas transgénicas

Desde el inicio de la agricultura la humanidad ha seleccionado las plantas que le proporcionaban un mayor rendimiento en alimentos o materias primas necesarias para la obtención de numerosos productos útiles como drogas, medicinas, colorantes y especias. Los primeros agricultores aumentaban la producción guardando para la siguiente siembra las semillas de las plantas más deseables. En los últimos cien años, con el descubrimiento de las leyes de la Herencia por Mendel y el avance de la biología vegetal, la mejora de las plantas se ha incrementado considerablemente. 

La mejora se realiza e forma tradicional mediante cruzamientos entre individuos de la misma especie o especies próximas hasta obtener individuos híbridos portadores de la característica deseada, sin embargo hay un factor que limita este proceso: la incompatibilidad sexual entre las especies progenitoras. Los programas de mejora actuales utilizan las técnicas de la ingeniería genética para obtener variedades modificadas genéticamente que superen en calidad y resistencia a los conseguidos por métodos tradicionales. 

Durante los últimos años se han aplicado las técnicas de manipulación de ácidos nucléicos a las plantas. La Ingeniería genética permite el acceso y manipulación directa de los genes. El proceso consiste en aislar un fragmento de DNA (con uno o más genes) de un organismo y su inserción en células de otro organismo, en el que se expresarán y darán lugar a unas nuevas características en esa planta. El resultado es la producción de plantas modificadas genéticamente (OGM), portadoras de un gen “extraño” que procede de otra planta de su misma especie, de diferente especie, o de cualquier otro organismo como animales, levaduras, hongos, bacterias o virus.

Se puede obtener ADN de un organismo y unirlo a un plásmido

         

Para obtener estas plantas, necesitamos:


1º Identificar el gen de interés y aislarlo, utilizando enzimas de “restricción” (que cortan trozos del DNA) y nos permiten separa el trozo de nuestro gen

2º Unirlo a un plásmido mediante otras enzimas denominadas “ligasas” (que pegan trozos de DNA) y multiplicarlo 

3º Integrar los genes en los cromosomas de las células vegetales

4º Identificar las células que tiene el gen extraño

5º A partir de estas células, y mediante técnicas de cultivo de tejidos y regeneración, obtener plantas

6º Desarrollo y puesta en cultivo de las plantas transgénicas

                

Métodos para lograr plantas modificadas genéticamente

Uno de los métodos utilizados se basa en el mecanismo natural de infección de la bacteria del suelo Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria es capaz de transferir un gen desde un plásmido propio (un plásmido es una estructura circular de pequeño tamaño formada por DNA que no forma parte del cromosoma) hasta las células de la planta que infecta. Mediante ingeniería genética se introduce en el plásmido de la bacteria los genes que queremos introducir en la planta, sustituyendo los que causan la enfermedad. El gen que se transfiere se integra en el genoma de la planta expresándose y heredándose como cualquier otro gen de la propia planta. Se aplicó con éxito por primera vez en 1984 en tabaco y girasol. Sin embargo, las gramíneas y en general todas las monocotiledóneas presentan gran resistencia a Agrobacterium por lo que este método no es válido para ellas.

                         

Esquema para transformar mediante Agrobacterium tumefaciens

Otro método se desarrolló en el año 1987, este otro método de transformación no requiere de ninguna bacteria, es el método del microcañón o cañón de partículas y logra transformar cualquier planta, incluidas las gramíneas. Este método consiste en bombardear tejidos de la planta con micropartículas de oro o platino recubiertas con fragmentos de DNA que contienen el gen que interesa transferir a la planta, las partículas son “disparadas” por un pequeño cañón, de esta forma pueden atravesar la pared celular y la membrana citoplasmática y liberar los fragmentos de DNA, alguno de los cuales puede insertarse en algún cromosoma y expresarse. 

Método de transformación mediante el cañón de partículas

    Las plantas transgénicas tienen múltiples aplicaciones, muchas de ellas con una importante implantación en el mercado agrícola en el siglo XXI:

- Incremento de la productividad, al proteger los cultivos contra:

plagas, enfermedades, herbicidas, sequía y salinidad del suelo, así como otras condiciones ambientales desfavorables.

- Incremento en la calidad de las cosechas:

al modificar plantas que se destinan para alimentación y que estarán enriquecidas en vitaminas, aminoácidos y metabolitos secundarios de interés, como las antocianinas (protegen frente al cáncer y envejecimiento).

- Producción de medicamentos como anticuerpos monoclonales, vacunas y otras proteínas terapéuticas.

- Creación de plantas con su propio "sistema inmunológico" al poder fabricar ellas mismas anticuerpos ("planticuerpos").

- Retraso de la maduración de los frutos para conseguir dilatar el tiempo de almacenamiento.

- Regeneración de suelos contaminados por metales pesados con plantas transgénicas tolerantes a concentraciones elevadas de estos elementos.

Plantas de maíz modificadas genéticamente y no modificadas frente al ataque de insectos

Tomates púrpura productores de antocianinas