Fitomejoramiento y productos transgénicos

Fitomejoramiento y productos transgénicos

El fitomejoramiento se puede definir como el arte y la ciencia de alterar o modificar la herencia de las plantas para obtener variedades o híbridos mejorados genéticamente, adaptados a condiciones específicas, de mayores rendimientos económicos y de mejor calidad que las variedades nativas o criollas.

El mejoramiento de la productividad, calidad y adaptación de los cultivos se puede conseguir, básicamente, de tres maneras:

1. Por el mejoramiento de las condiciones ambientales a través de prácticas correctas de producción o del manejo adecuado de los insumos, tales como suelo,fertilizantes, agua, pesticidas.
2. Por el uso de semillas genéticamente superiores, que resultan de los programas de mejoramiento.
3. Por el aprovechamiento simultáneo del mejoramiento genético y ambiental.

Tiene como objetivos:

• Mayor capacidad de adaptación
• Mayor producción por planta y/o unidad de superficie
• Mayor calidad de los productos vegetales
• Mayor resistencia o tolerancia a enfermedades e insectos plagas
• Caracteres agronómicos de importancia modificados
• Mayor velocidad de desarrollo

Antecedentes históricos

• El fitomejoramiento, entendido como el arte de selección de plantas, ha sido practicado por el hombre desde el comienzo de la agricultura
• En los inicios de la agricultura las tribus resguardaban aquellas semillas provenientes de las plantas con mejor aspecto para utilizarlas en la siguiente temporada, este proceso gradualmente llevo a las plantas que actualmente cultivamos, de ser individuos silvestres e independientes a ser completamente dependientes del hombre (Acquaah, 2006)

• Entre el 12 000 y 4000 a. C. ya se realizaba una mejora por selección artificial de plantas. Tras el descubrimiento de la reproducción sexual en vegetales, se realizó el primer cruzamiento intergenérico (es decir, entre especies de géneros distintos) en 1876. 
• El fitomejoramiento como ciencia, empezó con el re-descubrimiento de las leyes de Mendel, en 1900, por parte de Correns, De Vries y Tschermak .
• En 1909 se efectuó la primera fusión de protoplastos.
• En 1927 se obtuvieron mutantes de mayor productividad mediante irradiación con rayos X de semillas. 
• En 1983 se produjo la primera planta transgénica. ​ En estas fechas, unos biotecnólogos logran aislar un gen e introducirlo en un genoma de la bacteria Escherichia coli (E. Coli).

Escherichia coli/ Wickham Laboratories Ltd

• Tres años más tarde, en 1986, Monsanto, empresa multinacional dedicada a la biotecnología, crea la primera planta genéticamente modificada. Se trataba de una planta de tabaco a la que se añadió a su genoma un gen de resistencia para el antibiótico Kanamicina. 
• Finalmente, en 1994 se aprueba la comercialización del primer alimento modificado genéticamente, los tomates Flavr Savr, creados por Calgene, una empresa biotecnóloga.

• En el año 2014, los cultivos de transgénicos se extienden en 181,5 millones de hectáreas de 28 países, de los cuales 20 son países en vías de desarrollo.​ En el año 2015, en Estados Unidos, el 94 % de plantaciones de soja lo eran de variedades transgénicas, así como el 89% del algodón y el 89 % del maíz.

Modificación genética

La modificación genética de plantas es definida como la manipulación del desarrollo, estructura o composición de una planta por medio de la inserción de secuencias de ADN específicas. Estas secuencias pueden ser derivadas de la misma planta produciendo organismos intragénicos; pueden también ser generados por la inserción de un gen proveniente de otra planta, produciendo organismos cisgénicos, o bien organismos transgénicos si la fuente del gen proviene de una especie diferente

Gutiérrez Galeano et al 2015

La modificación genética mediante la biotecnología difiere del mejoramiento vegetal convencional en la precisión y especificidad. El mejoramiento convencional está basado en la cruza de genotipos generalmente contrastantes, que contienen cientos de miles de genes, y en la selección de la progenie que presente las mejores características provenientes de los padres; también pueden ser producidos materiales híbridos seguidos por procesos de cruzas y retrocruzas con los materiales parentales , para de esta forma seleccionar los rasgos deseados después de varias generaciones, en las que se disminuyen la presencia de características no deseadas. Sin embargo, en este proceso de mejoramiento es inevitable la transferencia de genes no deseados que están ligados a los que codifican las características de interés, resultando imposible identificar estos genes y sus productos en la nueva planta.Así mismo, el mejoramiento convencional está limitado por las barreras filogenéticas que permiten únicamente el cruce de plantas de la misma especie o de especies estrechamente relacionadas con compatibilidad sexual. De igual forma, el uso de otras estrategias para producir cambios genéticos como la mutagénesis con agentes químicos o físicos puede ser empleado para introducir nuevas variaciones en la especie de interés. Estas estrategias pueden resultar en la introducción o modificación de genes y la obtención de nuevas variedades vegetales, pero los efectos no deseados no pueden ser evaluados fácilmente

Gutiérrez Galeano et al 2015

 ¿QUÉ SON LOS PRODUCTOS TRANSGÉNICOS COMO TAL?

Los alimentos transgénicos son aquellos que han sido producidos a partir de un organismo modificado mediante ingeniería genética y al que se le han incorporado genes de otro organismo para producir las características deseadas. En la actualidad tiene mayor presencia los alimentos procedentes de plantas transgénicas, como el maíz o la soja.

Fitomejoramiento y obtención de productos transgénicos mediante ingeniería genética 

La aplicación de las tecnologías de ingeniería genética han permitido el desarrollo de plantas mejoradas como una alternativa más precisa y efectiva. El término fitomejoramiento molecular, es utilizado para describir el uso de diversas herramientas para manipular el ADN de las plantas con el fin de introducir información génica con propósitos específicos; de este modo se han logrado resultados como la transferencia de un gen deseado de una bacteria a una planta (Acquaah, 2006; Gelvin, 2009). A diferencia del mejoramiento genético convencional en donde las características deseables de una variedad se obtienen mediante la cruza entre individuos de la misma especie, la tecnología transgénica permite la incorporación de atributos provenientes de la misma u otra especie, sin necesidad de la reproducción sexual (Acquaah, 2006); esto fue posible gracias al descubrimiento de las enzimas de restricción, capaces de cortar el ADN en zonas específicas, y las ligasas, que unen dos extremos de ADN, ya que permiten introducir un fragmento de ADN en otro, ganando nueva información genética. 
TECNOLOGÍA TRANSGÉNICA

Un transgénico o también conocidos como organismo genéticamente modificado (OGM) contiene en todas sus células material genético artificialmente introducido. 

PASOS PARA OBTENER UN TRANSGÉNICO

• Inicialmente, se identifica la problemática o las necesidades que justifiquen el desarrollo del transgénico, se localiza el gen o genes que corresponda a la característica que se desea introducir o eliminar.
• Se construye el vector de transformación en el cual también debe ir incluido un gen de selección con el propósito de distinguir y propagar las células transformadas de las no transformadas; se procede a realizar la transformación de las células vegetales ya sea por biobalística u otra técnica seleccionada. 
• El siguiente paso es el crecimiento y regeneración del tejido vegetal transformado mediante un sistema de regeneración in vitro apropiado o por transformación de meristemos, las plántulas desarrolladas serán evaluadas para conocer cuántos eventos de transformación (No. de copias de la construcción en la célula) sucedieron y si la inserción se transcribe y traduce a una proteína. 
• Finalmente se evalúa la funcionalidad de la transferencia génica primero en laboratorio, luego en invernadero y finalmente en campo. 

Entre los métodos más usados para introducir fragmentos de ADN dentro de una célula vegetal, están la biobalística y el uso de Agrobacterium thumefasciens. 

En el caso de la biobalística, ésta consiste en bombardear a las células que se desean transformar con partículas de metal cubiertas con las molécula de los genes que se desea introducir dentro de la célula, el bombardeo se realiza a altas velocidades y presión, utilizando aire o helio comprimido. 

El segundo método más usado, es por infección de una bacteria conocida como Agrobacterium tumefaciens (Broothaerts et al., 2012), que se encuentra de manera natural en el suelo y es responsable de causar la enfermedad conocida como agalla de la corona en las plantas; esta bacteria introduce un fragmento de ADN, conocido como ADN de transferencia (T-DNA), foráneo en la célula vegetal que se incorpora al ADN genómico de la planta. 
GENÉTICA EN REVERSA

Algunos transgénicos con inserción de genes nuevos o mutados son utilizados para identificar funciones génicas, en otras palabras conocer el papel que tiene el gen estudiado en el ciclo de vida, la morfología de la planta o si estás involucrado en la síntesis o degradación de algún compuesto, etc. 

También es posible sustituir o complementar la función de genes “defectuosos” utilizando la tecnología transgénica. La eliminación a nivel transcripcional del producto génico de interés es una estrategia utilizada para conocer su función en la planta, genes que pasan por este proceso se les conocen como mutaciones de eliminación o “Knockout”. 

Uno de los métodos más utilizados para la obtención de mutantes “Knockout” ha sido la tecnología ARN de interferencia (iRNA, por sus siglas en inglés), para seleccionar y destruir ARN mensajero de interés.
CULTIVOS TOLERANTES A SALINIDAD

En áreas en donde la salinidad del suelo o del agua es un problema potencial, los cultivos tolerantes a salinidad pueden convertirse en una opción atractiva, siendo el fitomejoramiento molecular una alternativa para obtener variedades con dicha característica. Incrementar la tolerancia a salinidad en especies sensibles tendría un gran beneficio económico, ya que permitiría a los agricultores sembrar en zonas donde las variedades actuales no han podido cultivarse. 
PLANTAS CON VALOR NUTRICIONAL MEJORADO

La metionina es un aminoácido esencial que se encuentra en bajos niveles en las plantas y semillas, limitando el valor de las plantas como una fuente de proteínas. Actualmente se realizan esfuerzos para incrementar el contenido de metionina en las semillas de las plantas mediante la utilización de métodos de ingeniería genética, como la expresión de proteínas de almacenamiento en semillas ricas en metionina (Altenbach et al., 1990; Avraham et al., 2005). 
INGENIERÍA GENÉTICA EN CULTIVOS TOLERANTES A INSECTOS O PLAGAS.

Los cultivos tolerantes a insectos son una de las aplicaciones más exitosas de la ingeniería genética en plantas; el algodón Gossypium hirsutum L. resistente a la larva de lepidóptera (orugas) y el Maíz (Zea mays L.) resistente a lepidópteras y coleópteras (gusanos de la raíz) han sido utilizados de forma extensiva en la agricultura, lo que ha permitido disminuir la utilización de pesticidas y reducción del costo de producción (Gatehouse, 2008). La identificación de la toxina natural con potencial insecticida en la bacteria Bacillus thuringensis (Bt), hizo posible introducir una nueva característica de tolerancia contra insectos en los cultivos.

Ejemplos

Soja: Modificación en la semilla, para ser más resistente a los herbicidas. La soja se modifica con sólo un gen resistente a glifosato.

Maíz: Genes insertados en el genoma de la planta, para hacerlo más resistente a insectos.Las semillas de maíz se modifican en dos genes: uno mata los insectos que se alimentan de la semilla y otro permite que la semilla tolere el glifosato, un herbicida de uso general.

Trigo: Hacerlo más resistente ante sequías.

Papas: Se invalidan las enzimas de almidón.

Tomates: El primer alimento que se comercializó con genes que no eran propios de la especie fue un tomate, el Flav Sabor que supuestamente había sido alterado para tener mejor gusto y mayor duración. Se inhiben enzimas para lograr que el tiempo de descomposición sea más lento.

Arroz: Introducción de tres genes nuevos, para conseguir un arroz con mayor contenido de vitamina A.

Calabaza: Se modifica para proteger a la planta contra los virus.

Azúcar: Para hacerla resistente a los herbicidas.

Banana: Para hacerla más resistente, se cruzan dos especies para su elaboración.

Algodón: Con serios riesgos en su consumo en el caso del aceite de algodón.

Alfalfa: Se agregan transgénicos para hacerla resistente al herbicida Roundup.

Naranjas: Expuestas a una sustancia (etileno) que apresura la degradación de la clorofila.

Girasol: Se alteran los genes para hacerlo resistente a la sequía.

Ciruela: Se agregan transgénicos para incrementar su productividad 

Alimentos transgénicos en la actualidad

Justificación

1. El uso de especies transgénicas en la agricultura no sólo aumenta la productividad promedio al minimizar las plagas de insectos y maleza, sino que también hace un uso más racional de los agroquímicos, reduciendo los costos económicos, ​sanitarios y ambientales asociados.
2. Los caracteres introducidos mediante ingeniería genética en especies destinadas a la producción de alimentos comestibles buscan el incremento de la productividad (por ejemplo, mediante una resistencia mejorada a las plagas) así como la introducción de características de calidad nuevas.
3.  Debido al mayor desarrollo de la manipulación genética en especies vegetales, todos los alimentos transgénicos corresponden a derivados de plantas y hasta ahora se han empezado experimentaciones para manipular genéticamente especies animales.
4. Por otro lado, la práctica de modificar genéticamente las especies para uso del hombre, acompaña a la humanidad desde sus orígenes.
5. Algunos autores afirman que los transgénicos pueden contaminar las áreas de centro de origen, destruyendo la biodiversidad y sus asociaciones a culturas tradicionales, sin embargo, se ignora que el flujo genético del cual derivó el actual maíz de consumo ha tenido lugar por cientos de años y que contrariamente a la idea de pérdida de diversidad, fue gracias a este flujo entre diferentes individuos que tenemos al maíz actual.
6. Considerando la problemática de la aceptación de los consumidores por los productos genéticamente modificados, se recomienda que solamente se utilicé esta tecnología en el mejoramiento vegetal cundo se requiera y no exista otra alternativa de mejoramiento genética convencional.
7. La modificación genética de las plantas es una alternativa de los métodos de genética molecular en desarrollo que permite acelerar el proceso de mejoramiento molecular vegetal, combinado con técnicas de mutagénesis. El mejoramiento molecular involucra ambos procesos tanto asistencia de marcador como ingeniería genética, inicialmente se utilizaban marcadores morfológicos para isoenzimas y recientemente se utilizan marcadores para ADN.
8. Hoy en día la tecnología de fitomejoramiento molecular es una de las estrategias más utilizadas por las grandes compañías de semillas.

Bibliografía
Mejoramiento Genético de Plantas-Franco Alirio Vallejo Cabrera, Edgar Iván Estrada Salazar. Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira 2002.
ESTADO ACTUAL DE LOS CULTIVOS GENÉTICAMENTE MODIFICADOS EN MÉXICO Y SU CONTEXTO INTERNACIONAL.