VI. METODOS DE MEJORAMIENTO GENETICO EN PLANTAS AUTOGAMAS

Hay un conjunto de técnicas y procedimientos que se tienen que realizar en forma ordenada para crear una nueva variedad; sin embargo, el fitomejorador puede desviarse considerablemente de acuerdo a su capacidad, iniciativa y experiencia; por supuesto sin alejarse de los principios generales o básicos.

En plantas autógamas el porcentaje de polinización cruzada natural es tan pequeña que puede considerarse despreciable desde el punto de vista de mejoramiento genético.

6.1 PRINCIPALES METODOS DE MEJORAMIENTO PARA CREAR NUEVAS VARIEDADES DE ESPECIES QUE SE AUTOFECUNDAN

1. Introducción

2. Selección

3. Hibridación

1. INTRODUCCION.- Consiste en colectar o introducir material genético foráneo con los siguientes fines:

a) Para uso inmediato como nueva variedad.- Muchas variedades o especies nuevas han ingresado al país y han tenido una buena adaptación, por lo que han sido inmediatamente cultivadas como variedad nueva. Ejm. Variedad Precoz de garbanzo.

b) Para uso mediato.- cuando al introducir una nueva variedad o especie, se requiere realizar algunas pruebas de adaptación y rendimiento, antes de seleccionar la mejor. Algunas variedades de garbanzo, trigo, han sido aceptadas como nueva variedad después de algunos años de pruebas.

c) Para uso como progenitor.- En este caso, las variedades o especies nuevas solamente tienen valor desde el punto de vista de ser portadores de algún gen de resistencia a algún problema específico (hongos, virus, bacterias, sequía, salinidad, etc.), entonces se les utiliza como progenitores dentro de un plan de hibridaciones para no perder las características deseables de las variedades locales; pero incorporando los genes de resistencia necesarios.

Para introducir material genético, se debe recurrir a los centros de origen o de diversificación ya que según Vavilov allí se encuentra la mayor variabilidad genética de las especies; sin embargo es mucho más práctico recurrir a los Centros Internacionales donde se encuentran los Bancos de Germoplasma.

El CIP, el CIMMYT, CIAT, ICARDA, ICRISAT, etc., son algunos de los centros internacionales donde se mantiene el germoplasma que el fitomejorador requiere como materia prima para sus trabajos de mejoramiento genético y a los cuales puede recurrir cuando sea necesario.

Cuando se ingresa un nuevo material genético al país, se debe cumplir con realizar la cuarentena a fin de evitar que nuevos patógenos ingresen junto con las plantas o semillas; lo cual está a cargo de un ente oficial.

38

2. SELECCIÓN.- Es uno de los procedimientos de mejoramiento más antiguo y constituye la base de todo mejoramiento genético. Es un proceso natural o artificial mediante el cual se separan un grupo de plantas de una población mezclada (con variabilidad genética). La eficiencia de la selección depende de la variabilidad genética. Para crear nuevas variedades que se autofecundan, existen dos métodos de selección:

a) Selección masal.

b) Selección individual o de líneas puras

a) Selección masal.- Consiste en cosechar la semilla de las mejores plantas fenotípicamente superiores por un determinado carácter, se mezcla dicha semilla, y se siembra la siguiente generación. Ese grupo de semilla mezclada, es una selección masal y está compuesta por genotipos más o menos similares; con cierta variabilidad genética sobre todo en sus características cuantitativas como rendimiento, tamaño o calidad. Ejm. Por selección masal se ha mantenido a través de los años la variedad de “pallar criollo”, sin requerir mayores conocimientos de mejoramiento genético. Es un método fácil, simple y económico cuyo objetivo es mejorar el promedio general de la población mezclando genotipos superiores ya existentes; es decir, no se crea nada.

Un procedimiento general para la creación de nuevas variedades por selección masal es el siguiente:

- Primer año.- Se seleccionan algunos cientos de plantas de fenotipo semejante, se cosechan y se mezclan sus semillas.

- Segundo año.- Se realizan pruebas preliminares de rendimiento comparando con un testigo, el cual puede ser la variedad original. Se evalúan características importantes.

- Del tercero al sexto año.- Se continúan las pruebas de rendimiento y adaptación comparando con testigos.

- Séptimo año.- Se inicia la multiplicación de semilla para su distribución.

DESVENTAJAS:

- Cuando se inicia la selección, no se sabe si las plantas son homocigotas o heterocigotas por lo que puede haber segregación y se hace necesario repetir la selección fenotípica.

- El carácter seleccionado puede ser ambiental y no genético.

b) Selección Individual o de Lineas Puras .- Una línea pura es la progenie que desciende únicamente por autofecundación de una sola planta. Una variedad de línea pura es más uniforme que una variedad obtenida por selección masal ya que todas las plantas de una línea pura son exactamente iguales. Un ejemplo del procedimiento general para obtener una nueva variedad de línea pura es el siguiente:

- Primer año.- Se seleccionan un buen número de plantas fenotípicamente superiores de una población mezclada.

- Segundo año.- se siembra la progenie de cada planta en un surco individual. Se cosechan las plantas superiores y se eliminan las inferiores. Cada progenie que queda es una línea experimental.

39

- Tercer año.- se siembran las líneas en lotes de observación con repeticiones. Sólo se cosechan las líneas sobresalientes.

- Del Cuarto al Séptimo año.- Se realizan pruebas de rendimiento.

- Octavo año.- Se multiplica la mejor línea para su distribución.

La selección de líneas puras se practica en poblaciones segregantes después de la hibridación artificial de dos variedades. La prueba de progenies es esencial en la selección de líneas puras con el objeto de evaluar en forma precisa el comportamiento genético de la planta seleccionada.

El tiempo de permanencia de una línea pura depende de la especie de que se trate, de su estabilidad genética, del porcentaje de polinización cruzada natural y del cuidado que se tenga.

Una línea pura puede dejar de serlo por: mezclas mecánicas con semilla de otras variedades, por cruzamiento natural con otras variedades y por mutación.

DESVENTAJAS:

- Su rango de adaptación es muy estrecho;

- Es poco estable frente a variaciones ambientales;

- Es muy vulnerable frente a la aparición de nuevas enfermedades.

Se propone la creación de multilíneas porque tiene mayor variabilidad genética, pero puede tener el inconveniente de que son menos atractivas por la falta de uniformidad que puede dificultar la certificación de los campos semilleros y generalmente tiene menor rendimiento que la mejor línea dentro de la mezcla.

TEORIA DE LA LINEA PURA:

El botánico danés, Johannsen estableció la teoría de la línea pura en 1903, experimentando con la variedad de frijol “Princess”:

- Seleccionó al azar semillas grandes y pequeñas de un lote de semillas.

- Sembró estas semillas y cosechó cada planta por separado.

- Las semillas que se cosecharon en cada planta, variaron en tamaño, pero el peso promedio de la progenie que provenía de las semillas grandes fue mayor que el peso promedio de la progenie que provenía de las semillas pequeñas.

- Esto indicó que la selección fue eficaz al separar las semillas por tamaño (genes diferentes para tamaño).

- Para probar la eficiencia de la selección, Johannsen seleccionó 19 líneas puras de la mezcla de semillas (el frijol se autofecunda).

- Dentro de cada línea pura, seleccionó una semilla pequeña y otra grande.

- La progenie de las semillas grandes y pequeñas dentro de una misma línea pura, variaron en los pesos individuales; pero el peso promedio de la progenie de semillas grandes fue semejante al peso promedio de la progenie de semillas pequeñas dentro de una misma línea pura.

Estos resultados indican que:

40

- La población original tenía variabilidad genética y ambiental;

- La línea pura, luego de ser aislada, no presentó variabilidad genética. La variabilidad observada en el tamaño era solamente ambiental.

- En una línea pura la selección es ineficaz porque no hay variabilidad genética.

3. HIBRIDACION.- Consiste en combinar las características de variedades progenitoras en una línea pura para que se reproduzca idéntica a sí misma. En este método, se cruzan dos variedades, se selecciona en la descendencia segregante las plantas en las cuales se combinen los caracteres deseables de los progenitores, para su multiplicación y prueba.

Si los segregantes de una cruza muestran superioridad a sus progenitores en caracteres cuantitativos, cuya herencia está determinada por genes múltiples, se llaman segregantes transgresivos.

Para mejorar especies que se autofecundan, el cruzamiento entre progenitores es por polinización artificial, para lo cual, previamente se ha tenido que hacer emasculación (remoción de las anteras o estambres) antes que se haya producido el derrame del polen. Cada cultivo o especie tiene sus propias particularidades requiriéndose por lo tanto un absoluto conocimiento de los hábitos de floración de la especie con la cual se está trabajando.

PROCEDIMIENTOS DE SELECCIÓN DESPUES DE LA HIBRIDACION:

1. Selección genealógica

2. Selección de población masal

1. Selección Genealógica .- Se selecciona a partir de la F2 (primera generación de autofecundación), las plantas con la combinación deseada y se vuelve a seleccionar en las progenies sucesivas de cada planta seleccionada en las generaciones subsiguientes hasta lograr pureza genética.

2. Selección de población masal .- La selección se pospone hasta la F5 ó F6 en que la segregación prácticamente ha cesado y hay un alto grado de homocigosis.

Pueden pasar entre 10 a 15 años antes de lanzar una nueva variedad después de la hibridación y selecciones respectivas.

CRUZAMIENTO MULTIPLE.- Es un sistema complejo en el que se cruzan sistemáticamente de 8 a 16 variedades o líneas puras. La cruza múltiple se origina por el cruce de pares de progenitores, cruzando luego pares de F1, y finalmente se cruzan en una progenie común. Se trata de reunir en forma rápida combinaciones de genes de distintos progenitores en una sola planta. El esquema sería el siguiente:

A x B C x D E x F G x H AB x CD x EF x GH

ABCD x EFGH

ABCDEFGH

41

La desventaja es que pueden producirse combinaciones indeseables que se tienen que eliminar mediante selecciones eficaces, retrasando más de lo necesario la obtención de la cruza final.

CRUZA REGRESIVA.- Es una hibridación recurrente, por medio de la cual se incorpora una característica sobresaliente a otra variedad que adolece de ella; pero que tiene otras características ventajosas. El procedimiento es simple: se cruzan las dos variedades progenitoras (una recurrente: local, adaptada y la otra donante: con el gen favorable, llamado también no recurrente).

El propósito de la cruza regresiva es recuperar el genotipo del progenitor recurrente, excepto el nuevo gen que se está incorporando utilizando el progenitor donante. La cruza regresiva es una forma de consanguinidad en la que las características del progenitor recurrente se recuperan automáticamente después de varias cruzas sucesivas. El número de cruzas regresivas puede variar de una a ocho, según lo que el fitomejorador desee recuperar de la variedad recurrente. Podemos observar el siguiente ejemplo:

Cruza original: Var. Resistente a roya RR x Var. Local rr “Donante“ “Recurrente”

1ra. Cruza regresiva F1: Rr x rr50% de genes de var. Recurrente

2da. Cruza regresiva R1 ( Rr:rr ) x rr75% de genes de var. Recurrente

3ra. Cruza regresiva R2 (Rr:rr) x rr87.5% de genes de var. Recurrente

4ta. Cruza regresiva R3 (Rr:rr) x rr93.75% de genes de var. Recurrente

Se autofecunda R4 ( Rr:rr) 96.875% genes de var. Recurrente

1RR : 2Rr : rr

De esta forma se obtiene plantas homocigotas RR (resistentes a roya, con genes de la variedad local o recurrente)

Nota.- Solamente las plantas Rr (resistentes a roya, comprobadas por inoculación artificial son las que se cruzan regresivamente o retrocruzan con la variedad local o recurrente).

RETROCRUZAS.- Es una cruza regresiva. Este método lo propusieron Harlan y Pope (1922), para plantas autógamas, pero en la actualidad se usa también para plantas alógamas. La retrocruza se puede utilizar cuando se quiere incorporar una o dos características deseables de genes mayores a cualquier material genético.

La retrocruza se considera como un método para desarrollar líneas homocigotas. Uno de los objetivos principales de las retrocruzas es transferir genes de resistencia a enfermedades, provenientes de genotipos inferiores resistentes, a genotipos superiores susceptibles.

La retrocruza se usa en la formación de líneas isogénicas o isolíneas para crear después compuestos multilineales en autógamas. Se requiere satisfacer tres condiciones:

a) Selección del padre recurrente y el padre donador

b) Conservación del carácter por transferir

42

c) Suficiente número de retrocruzas.

VII. METODOS DE MEJORAMIENTO EN PLANTAS ALÓGAMAS

Cada especie tiene su propia particularidad, dependiendo además de su sistema de reproducción y de su biología floral, del carácter a mejorar y de la decisión del fitogenetista.

Los principales métodos convencionales por medio de los cuales se crean variedades nuevas en especies de polinización cruzada, pueden agruparse de la siguiente manera:

1. Introducción

2. Selección

3. Creación de variedades sintéticas

4. Hibridación

1. Introducción.- Es un método de mejoramiento, mediante el cual se introducen nuevos genotipos ya sea porque no existe en nuestra zona o país o porque no hay suficiente variabilidad genética. En especies alógamas, las introducciones son fuentes importantes de nuevas variedades. Se sabe que el material introducido puede ser utilizado en forma inmediata, en forma mediata y como progenitor por tener genes favorables deseados. En Estados Unidos se introdujo la variedad Balboa de centeno, de Italia y se adoptó como una nueva variedad, sin modificaciones. En Perú, se adoptó como nueva variedad al híbrido de espárrago UC-157. Algunas cucurbitáceas como melones, sandía, etc., se someten a algunas pruebas previas para ser adoptadas como nuevas variedades en nuestras zonas. En otros casos, solamente se traen nuevos materiales para utilizarlos como variedades donantes de algún gen favorable con resistencia a alguna enfermedad, plaga o stress abiótico, en cuyo caso, se programan hibridaciones y luego la progenie es seleccionada mediante los métodos más convenientes.

2. Selección.- A diferencia de las plantas autógamas, en las que se utiliza el método de selección individual o de línea pura, en plantas de polinización cruzada, se utiliza:

a) Selección en masa

b) Selección de progenies y mejoramiento por líneas

c) Selección recurrente

a) Selección en masa.- Se basa en la selección fenotípica de plantas individuales y se mezcla su semilla para la siguiente generación. Es el método más antiguo. Su objetivo es incrementar la frecuencia de genotipos sobresalientes dentro de la población. La eficiencia de la selección masal depende de: la variabilidad genética de la población, de la precisión en que el fenotipo refleje al genotipo, de la habilidad del fitomejorador y del tipo de carácter a seleccionar (hay mayor facilidad en caracteres cualitativos de herencia simple que en caracteres cualitativos de herencia compleja). Ejm. Algunas variedades locales de maíz mantienen su pureza varietal de esta manera.

43

b) Selección de Progenies y Mejoramiento por Líneas.- La selección de progenies es conocida también como surco por planta, consiste en seleccionar plantas madres, cuya cosecha se mantiene por separado y en forma individual, de modo que cada planta origina un surco en la siguiente generación, de tal manera que se pueden comparar las progenies de acuerdo a la variabilidad (heterocigocidad) que muestren. En este método, se pueden realizar una o dos generaciones de autofecundación para fijar caracteres como resistencia a enfermedades, precocidad, etc.; sin embargo, se sabe que estas autofecundaciones tienden a disminuir el vigor en las especies alógamas, por lo cual se debe permitir la polinización cruzada a fin de recuperar el vigor de las plantas. También se puede permitir la polinización cruzada entre un grupo de líneas que se han autofecundado para fijar determinados caracteres, manteniendo su aislamiento de otro grupo de líneas.

c) Selección Recurrente.- Consiste en seleccionar en una población, plantas sobresalientes respecto a un carácter deseado, (generalmente cuantitativos). Estas plantas se autofecundan y su semilla se utiliza para producir progenies en surco por planta. Estas progenies se cruzan en todas las formas posibles. Las semillas híbridas de estas cruzas se mezclan y se produce una población (1er. Ciclo de selección recurrente). En esta población se seleccionan las plantas con el carácter deseado y nuevamente se siembra la progenie en surco por planta, se cruzan nuevamente y la semilla híbrida se mezcla de nuevo para producir una población (2do. Ciclo de selección recurrente) y se repite esto hasta comprobar que en la población se ha fijado el carácter deseado, sin pérdida de variabilidad genética.

3.- Formación o Creación de Variedades sintéticas .- La formación de variedades sintéticas se basa en la combinación de líneas que han sido sobresalientes cuando se les ha cruzado previamente; es decir, las combinaciones híbridas sobresalientes se pueden mezclar para formar una variedad sintética. Recordemos que para formar variedades sintéticas, cuando se cruzan líneas, se tiene en cuenta la Habilidad Combinatoria General (HCG).

4.- Hibridación.- Consiste en la combinación de caracteres deseables por cruzamiento entre variedades o especies. En plantas alógamas, se utilizan dos procedimientos básicos de hibridación:

a) Cruzamientos intervarietales e interespecíficos

b) Utilización del vigor híbrido.

a) Cruzamientos intervarietales e interespecíficos.- Se refiere a los cruzamientos que se realizan entre variedades dentro de una misma especie o entre especies dentro de un mismo género, de plantas con polinización cruzada, aunque cada planta puede ser por sí misma un híbrido, por lo cual se presentará segregación dentro de la generación F1. Después de la hibridación, los procedimientos de selección serán distintos de los que se aplican a las especies que se autopolinizan. Las plantas híbridas que fenotípicamente reúnan los caracteres deseados deberán someterse a una o más generaciones de autofecundación para fijar dichos

44

caracteres y posteriormente se realizarán los cruzamientos dirigidos para restaurar el vigor perdido durante las autofecundaciones.

b) Utilización del Vigor Híbrido.- El aumento en vigor, crecimiento, tamaño, rendimiento o actividad de una progenie híbrida (F1) con respecto a sus progenitores se denomina vigor híbrido o heterosis. El vigor híbrido se utilizó por primera vez en la producción de maíz híbrido, pero actualmente se hace lo mismo en el sorgo, cebolla, tomate, y muchos otros cultivos comunes y hortícolas. El uso del vigor híbrido requiere de tres pasos:

1. Producción de líneas homocigotas, autofecundadas (uniformes).

2. Cruzamiento entre estas líneas para producir las cruzas simples o híbridos simples uniformes y productivos

3. Cruzamiento entre cruzas simples para producir los híbridos dobles uniformes y muy productivos.

El principio fundamental de este método de mejoramiento es el conocimiento de que las líneas autofecundadas son estables y uniformes entre la séptima y octava autofecundación, aunque pierden vigor, fijan los caracteres deseados. El híbrido simple que se forma por la combinación de líneas autofecundadas es productivo y vigoroso y el híbrido doble lo es mucho más.

VARIEDADES SINTÉTICAS EN MAÍZ

Por lo general, las variedades sintéticas se forman por medio de cruzamientos al azar de cinco o más líneas autofecundadas previamente seleccionadas con base a su habilidad combinatoria general (HCG). La semilla de dichas líneas se mezcla en cantidades iguales, se siembra en un terreno aislado, se deja polinizar libremente y después la variedad se propaga como cualquier variedad criolla.

Si se hace una buena selección de las líneas autofecundadas que intervienen en la formación del sintético, el rendimiento de éste puede ser definitivamente mayor que el de las variedades criollas.

La variedad sintética puede propagarse por tiempo indefinido de igual forma que una variedad de polinización libre y la semilla obtenida se puede utilizar para la próxima siembra.

Una variedad sintética es mucho más variable que un híbrido, por lo que se puede adaptar a una mayor diversidad de ambientes. Las variedades sintéticas son heterogéneas porque se forman de genotipos heterocigotas.

Al igual que los híbridos y las variedades criollas, las variedades sintéticas dan su mayor rendimiento sólo cuando se cultivan bajo condiciones de suelo y clima a las que están mejor adaptadas.

45

Primera generación

Población amplia б²G

(variedad criolla)

Se autofecundan un cierto número de plantas sobresalientes

Segunda generación

Líneas S1X

Probador

Formación de mestizos

Tercera generación

Evaluación de mestizos

Selección de las mejores cinco o seis líneas

Cuarta generación Recombinación de

líneas seleccionadas

Sembrar con semilla remanente en un terreno aislado las cinco o seis líneas seleccionadas para recombinar

Variedades sintéticas

Esquema: Formación de variedades sintéticas en maíz.

VIII. METODOS DE MEJORAMIENTO EN ESPECIES DE MULTIPLICACION VEGETATIVA O PROPAGACIÓN ASEXUAL

La propagación asexual se utiliza en las especies que producen semillas en forma muy deficiente o que solamente producen semillas bajo condiciones muy especiales como la caña de azúcar, la papa, algunas gramíneas (pastos), etc. y los procedimientos para el mejoramiento de este tipo de plantas son:

a) Selección clonal

b) Hibridación

a) Selección clonal.- La selección clonal puede llevarse a cabo en poblaciones mezcladas de especies de propagación asexual y consiste en escoger fenotípicamente dentro de dicha población, clones sobresalientes. Una vez que se ha seleccionado el mejor fenotipo que debe representar el mejor genotipo, la multiplicación vegetativa mantiene dicho genotipo sin ninguna variación, hasta que se produzcan quimeras o mutaciones, que generalmente no son beneficiosas.

46

b) Hibridación.- En este grupo de plantas, se utiliza la reproducción sexual para crear variabilidad genética, combinando caracteres deseables. Las progenies híbridas creadas, se usan como fuente para la selección de los mejores clones. Posteriormente pueden probarse dichos clones por rendimiento y otras características importantes. El mejor clon seleccionado mantiene su pureza genética mediante la propagación vegetativa. Si en la cruza realizada se ha producido combinaciones indeseables, se puede recurrir a las cruzas regresivas para recuperar las características favorables y después propagar vegetativamente.

IX. OTROS METODOS DE MEJORAMIENTO

Además de la introducción, selección e hibridación que son los métodos de mejoramiento tradicionales o convencionales, se puede contar con otros métodos o herramientas que el mejoramiento genético utiliza para cambiar la herencia de las plantas en menor tiempo o bajop otras condiciones controladas, entre los cuales se puede mencionar:

a) Mutación

b) Poliploidía

c) Biotecnología

a) Mutación.- Desde que el hombre comprobó que la mutación natural o espontánea ha sido y es causa importante de la evolución de las especies, ha recurrido a las mutaciones artificiales o inducidas mediante agentes mutagénicos para crear variabilidad genética en especies que no son de la zona o región o que han disminuido significativamente su base genética. Las irradiaciones se han venido utilizando con mucha frecuencia en el mejoramiento de plantas, como cebada, trigo, frijol, etc., y son los rayos gamma los que actualmente vienen obteniendo resultados satisfactorios en especies alimenticias. Después de una irradiación, se genera variabilidad genética y luego se tiene que seguir el método de selección más adecuado, teniendo en cuenta si se trata de plantas de autopolinización o de polinización cruzada.

b) Poliploidía.- El conocimiento de que existen poliploides naturales que presentan características superiores a los genotipos diploides normales, ha motivado a los fitogenetistas a utilizar un alcaloide como la colchicina para inducir poliploidía; es decir, para crear poliploides: triploides (3n), tetraploides (4n), pentaploides (5n), etc., los cuales presentan un mayor tamaño, mayor vigor y mayor productividad, posiblemente debido al incremento del tamaño de las células. No todas las especies pueden lograr tener éxito al formar poliploides, ya que algunas presentan fenotipos inferiores.

c) Biotecnología.- Es el manejo, modificación genética y propagación de organismos vivos mediante el uso de tecnologías nuevas, como el cultivo de tejidos y la ingeniería genética, que dan como resultado la obtención de organismos nuevos o mejorados y productos que pueden utilizarse de varias formas. Por ejemplo pueden cultivarse anteras de una planta en medio nutritivo y producir plantas haploides que después pueden manipularse para obtener plantas dihaploides homocigotas y mediante el cultivo de los tejidos, obtenerse millones de plantas idénticas en tan solo unos meses. Esto nos

47

da una mínima idea de la herramienta que actualmente tienen los fitogenetistas en sus manos para modificar en menor tiempo la herencia de las plantas, en favor de la humanidad.

X. LA BIOTECNOLOGIA COMO HERRAMIENTA EN EL MEJORAMIENTO GENETICO DE LAS PLANTAS

Durante siglos, la humanidad ha introducido mejoras en las plantas que cultiva a través de la selección y mejora de vegetales, la hibridación y la polinización controlada de las plantas. Estas mejoras se lograban por medio del cruce de una planta o flor con otra, con la esperanza de producir una planta con cualidades particulares, como una flor más grande o un fruto más dulce. Los procedimientos que aún se utilizan intentan lograr tales resultados en las plantas combinando todas las características de una planta con las de otra.

Pero, con el aumento de los conocimientos sobre la vida vegetal, los científicos han encontrado maneras de acelerar este proceso y hacerlo más preciso y fiable. Ahora es posible identificar exactamente cuáles son los genes responsables de cada atributo o carácter y utilizando esta información, los científicos pueden hacer cambios pequeños y específicos en una planta sin afectarla en otras maneras.

La disponibilidad de sistemas eficientes de transformación en especies cultivadas ha permitido la aplicación de estas técnicas al mejoramiento. Actualmente, más de 50 especies de plantas cultivadas entre dicotiledóneas importantes y monocotiledóneas como el arroz, maíz y trigo, pueden ser transformadas por ingeniería genética.

Los progresos han sido rápidos y ciertos genes que controlan estos caracteres ya han sido introducidos con éxito en bastantes especies cultivadas. Líneas manipuladas genéticamente de soya, algodón, arroz, colza, remolacha azucarera, tomate y alfalfa han entrado en el mercado a partir del año 1993. La investigación en la manipulación genética de otros caracteres como tolerancia al estrés, eficiencia fotosintética, asimilación de nitrógeno y composición de proteínas de semilla está menos avanzada, debido a las dificultades intrínsecas de los sistemas fisiológicos y genéticos implicados.

Por ejemplo, puede extraerse óvulos excedentes de vacas de alta producción de leche, fecundarse in vitro utilizando espermatozoides de machos de alto valor e implantarse en vacas comunes poco productivas que después parirán crías de calidad excelente, que serían buenas productoras de leche; puede insertarse el gen de la insulina humana en una bacteria no patógena que después se reproduce y origina cantidades ilimitadas de insulina que puede ser utilizada por personas que sufren de diabetes. O bien pueden cultivarse las anteras de una planta en medio nutritivo y producir plantas haploides que después pueden manipularse para obtener plantas dihaploides homocigotas y mediante el cultivo de los tejidos obtener millones de plantas idénticas en tan solo unos meses.

La Biotecnología Vegetal se basa en un conocimiento profundo de la biología molecular (de las plantas), en el uso de varias técnicas de cultivo de tejidos vegetales y en la capacidad de identificar, aislar y transferir genes específicos de un tipo de organismo (vegetal) a otra planta u otro organismo. Asimismo, la Biotecnología Vegetal permite la rápida clonación de las plantas, acelera y

48

amplía los límites del fitomejoramiento y permite obtener productos vegetales industriales especializados bajo las condiciones del cultivo de tejidos.

10.1 LA BIOTECNOLOGÍA VEGETAL.

La biotecnología vegetal es una extensión de la tradición de modificar las plantas, con una diferencia muy importante: la biotecnología vegetal permite la transferencia de una mayor variedad de información genética de una manera más precisa y controlada.

Al contrario de la manera tradicional de modificar las plantas que incluía el cruce incontrolado de cientos o miles de genes, la biotecnología vegetal permite la transferencia selectiva de un gen o unos pocos genes deseables. Con su mayor precisión, esta técnica permite que los mejoradores puedan desarrollar variedades con caracteres específicos deseables y sin incorporar aquellos que no lo son.

Muchos de estos caracteres desarrollados en las nuevas variedades defienden a las plantas de insectos, enfermedades y malas hierbas que pueden devastar el cultivo. Otros incorporan mejoras de calidad, tales como frutas y legumbres más sabrosas; ventajas para su procesado (por ejemplo tomates con un contenido mayor de sólidos); y aumento del valor nutritivo (semillas oleaginosas que producen aceites con un contenido menor de grasas saturadas).

El desarrollo más crucial para la biotecnología fue el descubrimiento de que una secuencia de DNA (gen) insertado en una bacteria induce la producción de la proteína adecuada. Esto amplió las posibilidades de la recombinación y la transferencia de genes, con implicaciones a largo plazo para la agricultura a través de la manipulación genética de microorganismos, plantas y animales.

10.2 APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA AGRARIA

En el campo de la agricultura las aplicaciones de la biotecnología son innumerables. Algunas de las más importantes son:

10.2.1 RESISTENCIA A HERBICIDAS.

La resistencia a herbicidas se basa en la transferencia de genes de resistencia a partir de bacterias y algunas especies vegetales, como la petunia. Así se ha conseguido que plantas como la soja sean resistentes al glifosato, a glufosinato en la colza y bromoxinil en algodón. 

Así con las variedades de soja, maíz, algodón o canola que las incorporan, el control de malas hierbas se simplifica para el agricultor y mejoran la compatibilidad medioambiental de su actividad, sustituyendo materias activas residuales. Otro aspecto muy importante de estas variedades es que suponen un incentivo para que los agricultores adopten técnicas de agricultura de conservación, donde se sustituyen parcial o totalmente las labores de preparación del suelo. Esta sustitución permite dejar sobre el suelo los rastrojos del cultivo anterior, evitando la erosión, conservando mejor la humedad del suelo y disminuyendo las emisiones de CO2 a la atmósfera. A largo plazo se consigue mejorar la estructura del suelo y aumentar la fertilidad del mismo. 

10.2.2 RESISTENCIA A PLAGAS Y ENFERMEDADES.

Gracias a la biotecnología ha sido posible obtener cultivos que se autoprotegen en base a la síntesis de proteínas u otras sustancias que tienen

49

carácter insecticida. Este tipo de protección aporta una serie de ventajas muy importantes para el agricultor, consumidores y medio ambiente:

Reducción del consumo de insecticidas para el control de plagas.

Protección duradera y efectiva en las fases críticas del cultivo.

Ahorro de energía en los procesos de fabricación de insecticidas, así como disminución del empleo de envases difícilmente degradables. En consecuencia, hay estimaciones de que en EEUU gracias a esta tecnología hay un ahorro anual de 1 millón de litros de insecticidas (National Center for Food and Agricultural Policy), que además requerirían un importante consumo de recursos naturales para su fabricación, distribución y aplicación

Se aumentan las poblaciones de insectos beneficiosos.

Se respetan las poblaciones de fauna terrestre.

Este tipo de resistencia se basa en la transferencia a plantas de genes codificadores de las proteínas Bt de la bacteria Bacillus thuringiensis, presente en casi todos los suelos del mundo, que confieren resistencia a insectos, en particular contra lepidópteros, coleópteros y dípteros. Hay que señalar que las proteínas Bt no son tóxicas para los otros organismos. La actividad insecticida de esta bacteria se conoce desde hace más de treinta años. La Bt es una exotoxina que produce la destrucción del tracto digestivo de casi todos los insectos ensayados.

Los casos más avanzados de plantas resistentes a enfermedades son los de resistencias a virus en tabaco, patata, tomate, pimiento, calabacín, soja, papaya, alfalfa y albaricoquero. Existen ensayos avanzados en campo para el control del virus del enrollado de la hoja de la patata, mosaicos de la soja, etc.  

10.3 MEJORA DE LAS PROPIEDADES NUTRITIVAS Y ORGANOLÉPTICAS.

El conocimiento del metabolismo de las plantas permite mejorar e introducir algunas características diferentes. En tomate, por ejemplo, se ha logrado mejorar la textura y la consistencia impidiendo el proceso de maduración, al incorporar un gen que inhibe la formación de pectinasa, enzima que se activa en el curso del envejecimiento del fruto y que produce una degradación de la pared celular y la pérdida de la consistencia del fruto.

En maíz se trabaja en aumentar el contenido en ácido oleico y en incrementar la producción de almidones específicos. En tabaco y soja, se ha conseguido aumentar el contenido en metionina, aminoácido esencial, mejorando así la calidad nutritiva de las especies. El gen transferido procede de una planta silvestre que es abundante en el Amazonas (Bertollatia excelsia)  y que posee un alto contenido en éste y otros aminoácidos. 

10.4 RESISTENCIA A ESTRÉS ABIÓTICOS.

Las bacterias Pseudomonas syringae y Erwinia herbicola, cuyos hábitat naturales son las plantas, son en gran parte responsables de los daños de las heladas y el frío en muchos vegetales, al facilitar la producción de cristales de hielo con una proteína que actúa como núcleo de cristalización. La separación del gen implicado permite obtener colonias de estas bacterias que, una vez inoculadas en grandes cantidades en la planta, le confieren una mayor resistencia a las bajas temperaturas.

50

La resistencia a condiciones adversas como frío, heladas, salinidad, etc., es muy difícil de conseguir vía biotecnología, por su herencia poligenética.  

10.5 OTRAS APLICACIONES.

En el campo de la horticultura se han obtenido variedades coloreadas imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación, como en el caso de la rosa de color azul a partir de un gen de petunia y que es el responsable de la síntesis de delfinidinas (pigmento responsable del color azul). En clavel se ha conseguido insertar genes que colorean esta planta de color violeta.

Se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas. Otra línea de trabajo es la transferencia a cereales de los genes de nitrificación de dichas bacterias, aunque es enormemente compleja al estar implicados muchísimos genes. 

En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una sal derivada del butírico. Cuando estos genes se expresan en plantas se sabe que de cada 100 gr de planta se puede obtener 1 gr. de plástico biodegradable.

Producción de plantas transgénicas productoras de vacunas, como tétanos, malaria en plantas de banana, lechuga, mango, etc.

MECANISMOS QUE REGULAN LA APROBACIÓN Y SEGURIDAD DE LOS CULTIVOS MEJORADOS GENÉTICAMENTE.

La novedad de estos avances y las posibilidades que abren han hecho que las administraciones de todo el mundo articulen sus legislaciones bajo el criterio de precaución, que significa que cada una de estas mejoras debe ser evaluada “caso por caso”, y como si se tratara de un nuevo medicamento se autorice o rechace ante la más mínima duda sobre su seguridad. Así, las variedades actualmente autorizadas lo han hecho de acuerdo con las pautas recomendadas por comités de expertos como los de la FAO, OMS y otras instituciones de reconocido prestigio.

En el periodo de aprobación, se evalúan tanto las características que corresponden a la mejora introducida (gen, proteína a la que da lugar, etc.) como el cultivo mejorado en sí (comportamiento agronómico, impacto sobre especies no objetivo, etc.) y tanto desde el punto de vista medioambiental, como en lo que respecta a su seguridad de uso para alimentación humana o para fabricación de forrajes.

Actualmente, se está exigiendo que los productos transgénicos o los derivados de transgénicos, brinden la suficiente información en sus etiquetas, de modo tal que el usuario tenga libertad de elegir su consumo o su rechazo.

51