La clonación de plantas: una antigua técnica

La clonación de plantas: una antigua técnica

La reproducción en la plantas

El mejoramiento de los cultivos por la mano del hombre no es una práctica nueva. De hecho, desde los comienzos de la agricultura el hombre aprendió que podía obtener nuevas plantas con características que les resultaban más útiles y beneficiosas.

Se estima que la agricultura tuvo sus comienzos hace unos 12.000 años, cuando los antepasados del ser humano comenzaron a domesticar las especies vegetales y se convirtieron de recolectores nómades a campesinos sedentarios.

La actividad agrícola continuó su desarrollo a medida que el hombre comenzó a mejorar las características de las plantas para su beneficio, y las adaptó a las condiciones climáticas y a las características del suelo. Así aprendió que podía obtener plantas mejoradas a partir del cruzamiento de dos tipos de progenitores con buenas características, o a partir de segmentos de una única planta.

La formación de nuevas plantas a partir de dos progenitores constituye el proceso de reproducción sexual. Cada progenitor aporta sus gametas (células sexuales) que se unen y forman la cigota, la primera célula del nuevo individuo que contará con una combinación de material genético de ambos progenitores. De este modo, los descendientes pueden heredar una combinación de rasgos que le ofrecen ciertas ventajas adaptativas en diferentes condiciones ambientales.

A diferencia de la reproducción sexual, que aporta gran diversidad a la descendencia, la reproducción asexual se caracteriza por la presencia de un único progenitor que se divide, y da origen a individuos genéticamente idénticos al progenitor y entre sí. Este tipo de reproducción se utiliza para obtener plantas que son copias (clones) de la planta original seleccionada por sus buenas características agronómicas.

La reproducción asexual o clonación en las plantas

La clonación de plantas existe hace miles de años. Los agricultores y floricultores la practican desde hace muchos años para la producción de plantas or¬namentales y alimenticias que son copias del progenitor. En la actualidad una gran cantidad de plantas de valor comercial, como las bananas, uvas y naranjas sin semilla, entre muchas otras, han perdido la capacidad de producir semillas y deben ser propagadas por pro reproducción asexual.

El siguiente esquema resume las variadas formas que puede utilizar el hombre para reproducir asexualmente una planta y obtener copias idénticas o clones:

La multiplicación vegetativa

La multiplicación o propagación vegetativa es posible ya que cada una de las células de un vegetal, posee la capacidad de multiplicarse, diferenciarse y generar un nuevo individuo idéntico al original. A esta característica se la denomina totipotencialidad.

Por ejemplo, la multiplicación se produce a partir de las partes vegetativas de la planta, como las yemas, hojas, raíces o tallos que conservan la potencialidad de multiplicarse para generar nuevos tallos y raíces a partir de un grupo de pocas células.

La multiplicación vegetativa comprende desde procedimientos sencillos, como la propagación por gajos o segmentos de plantas, hasta procedimientos más complejos como es el cultivo de tejidos in vitro:

1) Propagación a partir de esquejes, estolones, rizomas o tubérculos. Estos son diferentes segmentos de las plantas que conservan la potencialidad de enraizar.

 Esquejes. Muchos árboles y arbustos cultivados, son reproducidos a partir de esquejes o segmentos de tallos que, cuando se los coloca en agua o tierra húmeda, desarrollan raíces en sus extremos. Uno de los ejemplos más conocidos es el árbol de sauce que tiene una gran capacidad para formar raíces y crecer. Los esquejes pueden ser también de hoja, como los que se utilizan en la reproducción asexual de la begonia.

 Estolones. Muchas plantas, como la fresa y la frutilla, desarrollan tallos delgados, largos y horizontales, llamados estolones. Éstos crecen muchos centímetros a ras de la tierra y producen raíces adventicias que, en cada nudo, dan origen a una nueva planta erguida. También hay distintos tipos de pastos, como el gramón y el trébol blanco que se reproducen de esta forma.

 Rizomas. Otras plantas se extienden por medio de tallos denominados rizomas, que crecen bajo la superficie de la tierra. Muchas plantas aromáticas como el jengibre, menta, orégano, estragón y romero se reproducen a través de rizomas. Algunas malezas como la "pata de tero" y otras consideradas como plagas, son muy difíciles de controlar porque se extienden también por medio de estolones o rizomas.

 Tubérculos. Los tubérculos son tallos subterráneos engrosados por acumulación de sustancias alimenticias, y sirven también como medio de reproducción. Ejemplos típicos de tubérculos son las papas y las batatas. Algunas de las variedades de papa que se cultivan casi nunca producen semillas, y deben ser propagadas plantando un trozo de tubérculo que tenga una yema u "ojo" del cual surgirán nuevas raíces y tallos. De esta forma se origina una nueva planta de papa, genéticamente idéntica a la que le dio origen.

2) Propagación por injertos. El injerto es la unión del tallo de una planta, con el tallo o raíz de otra, con el fin de que se establezca continuidad en los flujos de savia bruta y savia elaborada, entre el tallo receptor y el injertado. El tallo injertado forma un tejido de cicatrización junto con el tallo receptor y queda perfectamente unido a él pudiendo reiniciar su crecimiento y producir hojas, ramas y flores. Esta técnica es muy antigua y ya era practicada por los horticultores chinos desde tiempos remotos. Tiene grandes ventajas, sobre todo para el cultivo de árboles

frutales, pues permite utilizar como base de injerto plantas ya establecidas que sean resistentes a condiciones desfavorables y enfermedades, utilizándolas como receptoras de injertos de plantas más productivas y con frutos de mejor calidad y mayor producción.

Una de las industrias que recurren con mayor frecuencia a esta técnica es la vitivinicultura o cultivo de la vid para mejorar la producción de viñedos. Con gran frecuencia las plantas productoras de uvas de baja calidad, pero muy resistentes a la sequía y a las enfermedades, son injertadas con segmentos de vides de alta producción y calidad.

3) Propagación de tejidos vegetales en cultivo in vitro.

El cultivo de tejidos consiste en aislar una porción de la planta (explanto) y proporcionarle artificialmente las condiciones físicas y químicas apropiadas para que las células expresen su potencial de regenerar una planta nueva. Estas técnicas se realizan en el laboratorio en recipientes de vidrio (in vitro),

en condiciones de asepsia para mantener los cultivos libres de contaminación microbiana. Las plantas se desarrollan en un medio de cultivo que está compuesto por macronutrientes, micronutrientes, gelificantes y compuestos orgánicos tales como hidratos de carbono, vitaminas, aminoácidos y reguladores del crecimiento. Así, se puede lograr la propagación masiva de plantas genéticamente homogéneas, mejoradas, y libres de microbios. La técnica de cultivo in vitro se encuentra ampliamente desarrollada en el cuaderno N° 35.

La Apomixis

La apomixis es un recurso muy útil para la agricultura, por el cual se obtienen plantas genéticamente iguales a la planta madre a través de la propagación por semilla sin que haya ocurrido fecundación de la gameta femenina. Por lo tanto, las semillas apomípticas contienen embriones cuyo origen es totalmente materno. Actualmente, la propagación por apomixis está tomando más fuerza ya que representa una forma de clonación de plantas a través de semillas, que brinda la oportunidad a los agricultores de desarrollar nuevos y únicos cultivares de especies. La propagación de cítricos usando semilla apomíctica es la forma de propagación más utilizada y eficiente. Muchos pastos comerciales también se propagan de esta forma, tales como Paspalum notatum “pasto horqueta”, Pennisetum ciliare “pasto buffel” y Poa pratensis L. “blue grass o pasto azul de Kentucky”.

Aunque las causas de la formación del embrión sin fecundación sean aún difíciles de determinar, la apomixis constituye una forma de reproducción de especies que asegura un mejor control en la producción. Debido a que no hay intercambio de material genético, la apomixis permite la reproducción de especies con características favorables, resaltando su eficiencia y la producción de semillas de alta calidad. Es decir que esta técnica combina las ventajas de la propagación por semilla (por fecundación) y los métodos de propagación vegetativa.

La clonación de plantas y su uso en la biotecnología moderna

La clonación de plantas, fundamentalmente el cultivo in vitro, constituye un paso fundamental en la obtención y regeneración de plantas genéticamente modificadas, o transgénicas. La obtención de una planta transgénica mediante técnicas de Ingeniería Genética depende de la introducción de ADN foráneo en su genoma que determina la manifestación de un nuevo rasgo de interés. Normalmente se utilizan cultivos de tejidos, seguido de la regeneración de la planta completa y la subsiguiente expresión de los genes introducidos, o transgenes (Ver El Cuaderno N° 18 y Nº 28).

El avance de la Ingeniería Genética vegetal se debió principalmente al desarrollo de dos importantes técnicas durante la década de los 80:

 Regeneración de plantas completas y fértiles a partir de cultivos de células o tejidos in vitro.

 Introducción de ADN foráneo en la planta, seguido de su inserción en el genoma y su expresión (expresión de la proteína recombinante).

Mediante estas técnicas se han podido regenerar casi todas las plantas de interés agrícola: cereales, leguminosas, hierbas forrajeras, caña de azúcar, papaya, plátano, y de aquí la importancia del cultivo in vitro como paso fundamental para la obtención y regeneración de plantas genéticamente modificadas.

ACTIVIDADES

OBJETIVOS:

1. Revisar los conceptos explicados en el texto y profundizar a partir de trabajos de investigación de actualidad.

2. Interpretar la información del texto a partir de la realización de experiencias relacionadas.

3. Incorporar las experiencias de laboratorio como parte del aprendizaje y poner énfasis en el registro de datos y la interpretación de los resultados.

DESTINATARIOS:

Con diferentes niveles de profundización este Cuaderno puede ser adaptado a alumnos de EGB y a alumnos de Polimodal. Incluso con los alumnos más pequeños es posible trabajar aspectos básicos referidos a la reproducción de plantas. En EGB 3 y Polimodal este Cuaderno se puede aplicar al abordar conceptos vinculados a la reproducción, sexual y asexual, el origen de la diversidad y la variabilidad genética, la herencia y la evolución. A su vez, a partir de la experimentación con plantas es posible trabajar aspectos vinculados a la observación, la recolección, el registro y el análisis de datos.

CONSIDERACIONES METODOLÓGICAS:

El tema desarrollado en este Cuaderno se vincula con conceptos previos que los alumnos poseen, probablemente de la vida cotidiana, como es la multiplicación de plantas que pueden realizar en su propio jardín o huerta. Es importante retomar en clase estas ideas previas y trabajarlas a partir de los conceptos teóricos que se presentan en el Cuaderno. Esto se verá favorecido con el análisis de textos y con la realización del trabajo práctico que se propone, el cual puede llevarse a cabo en la escuela, con materiales cotidianos y en forma sencilla.

Si estos temas se incluyen al trabajar el tema reproducción, es interesante que los alumnos puedan establecer similitudes y diferencias entre los diferentes tipos y mecanismos de reproducción que presentan las plantas y los animales. Se pueden incluir conceptos tales como: órganos reproductivos, células sexuales, meiosis, mitosis, fecundación, gestación, semilla, útero, etc.

Asimismo, es importante relacionar los procesos de reproducción, sexual y asexual, con el origen de la variabilidad genética y la diversidad, y los beneficios o perjuicios

que podrían aportar para la evolución de las especies en un medio ambiente cambiante. También se incluyen en este tema el concepto de mutaciones como fuente de variabilidad en los organismos que se reproducen asexualmente. Estos conceptos se aplican preferentemente en el nivel Polimodal al trabajar el tema Evolución.

Otro aspecto que es posible trabajar con los alumnos se refiere al concepto mismo de la clonación. Habitualmente, se considera la clonación una técnica nueva debido, fundamentalmente, a la gran difusión que recibió en los medios de comunicación la clonación de la oveja Dolly. Es interesante interpretar la clonación de plantas como un procedimiento antiguo y, a su vez, plantear las diferencias que presenta con la clonación de animales cuyas células difieren en cuanto a su totipotencialidad. En tal sentido, es interesante trabajar con los alumnos, preferentemente en el nivel Polimodal, las implicancias que tuvo la clonación de Dolly en cuanto a los conocimientos acerca del ADN y su función. La clonación de mamíferos replanteó algunas teorías existentes acerca del ADN, según las cuales las células adultas de mamíferos perdían su totipotencialidad, debido a la inactivación de segmentos de ADN. Esto determinaba que no pudieran diferenciarse y dar origen a un organismo completo. Sin embargo, y a pesar de la dificultades que sufrió Dolly, esta oveja clonada se originó a partir del ADN extraído de células adultas.

Respecto al análisis de artículos de divulgación es importante que los mismos sean trabajados y analizados en clase, e incorporados como parte de los contenidos a ser evaluados, al igual que otros textos escolares.

ACTIVIDAD 1. Comprensión de los conceptos

Las siguientes preguntas pueden guiar una discusión o evaluación acerca de los temas trabajados en el Cuaderno.

1. El mejoramiento de las especies vegetales no es una práctica nueva. Explicar esta afirmación.

2. ¿Qué formas de reproducción pueden presentar las plantas? Desarrollar brevemente cada una de ellas y establecer algunas similitudes y diferencias. Nota para el docente: Tener en cuenta la diversidad de caracteres y la recombinación de ADN en la descendencia, el uso en la producción de plantas de interés agronómico, etc. A continuación se sugiere un cuadro que podría emplearse para comparar los principales aspectos de la reproducción sexual y la asexual:

Reproducción sexual Reproducción asexual

Cantidad de progenitores

Formación de gametas

Etapa de Fecundación

Formación de la cigota

Desarrollo del embrión

Variabilidad entre los descendientes

Ejemplos de organismos

a. Completar el cuadro.

b. Explicar por qué desde el punto de vista evolutivo, se considera que la reproducción sexual ofrece más ventajas que la asexual.

3. Explicar qué es la clonación y cuál es su relación con la reproducción asexual.

4. La clonación no es una técnica nueva, a pesar de haberse difundido en los medios de comunicación en los últimos años. Explicar esta afirmación y dar ejemplos de especies vegetales que se clonan en la actualidad.

5. Explicar el concepto de totipotencialidad.

6. Describir brevemente los diferentes tipos de multiplicación vegetativa teniendo en cuenta el tejido u órgano que se utiliza para la producción de una nueva planta.

7. ¿A qué se denomina Apomixis?

8. ¿Qué es el cultivo in vitro?

9. ¿Cómo se relaciona el cultivo in vitro con la producción de organismos transgénicos?

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