MARGARITA PEREA *

Através de la historia de laagricultura, el hombre hatrabajado para obtener ma-

yor producción y mejor calidad. Acomienzos del Siglo con el desa-rrollo de la bioquímica, fisiología ygenética, se obtuvieron progre-sos científicos y se establecieronbases para lo que se ha denomi-nado la agricultura moderna.

Después de la Segunda GuerraMundial, uno de los logros obteni-dos en la agricultura fue la crea-ción de variedades más producti-vas de maíz, trigo, arroz y otroscultivos con la ayuda de fertilizan-tes, plaguicidas y herbicidas y rie-go tecníficado contribuyendo demanera eficaz a la producción dealimentos.

A mediados de la década de losSesenta en Estados Unidos, algu-nos países de Europa, AméricaLatina y Asia, las investigacionessobre vegetales concentraron laatención en la denominada "Re-volución Verde", para designar elconjunto de esfuerzos realizadosen el aumento de la producciónagrícola mediante la obtención denuevas variedades. La selecciónde estas variedades de alto rendi-miento se consiguieron mediantela transferencia de un conjunto decaracteres cromosómicos por in-termedio de cruces, los cuales sehacían al azar y requerían tiem-pos prolongados para la evalua-ción (Sasson, 1984).

• Coordinadora Cultivo de tejidos vege-tales, Instituto de Biotecnologia, Uni-versidad Nacional.

Biotecnolog(a agrícola

La nuevarevolución verde

A pesar de que la "RevoluciónVerde" no ha constituido un éxitocompleto, realizó un aporte muyímportante para el bienestar de lahumanidad. Sin embargo, en losúltimos años se constató que nose obtuvo el incremento de la pro-ducción, que la revolución verdehabía previsto alcanzar.

Nueva Revolución Verde

La "Nueva Revolución Verde"de la que se habla desde media-dos de los años setenta, proyectaen el futuro crear y cultivar "nue-vasplantas". La obtención de es-tos clones no se basa en las técni-cas de cruce, de hibridación y depolinización cruzada. En efectolas nuevas metodologías estánorientadas al cultivo de células,protoplastos y tejidos, además delas técnicas de recombinación ge-nética para conseguir una gran di-versidad biológica a partir de losmecanismos moleculares y celu-lares (Sasson, 1984).

Actualmente, el desarrollo delas técnicas de cultivos de célulasy tejidos "in vitre" como recursopara mejorar variedades con ca-racterísticas deseables, ha permi-tido avances significativos en lasolución de diferentes problemasen cultivos de importancia eco-nómica, habiéndose logrado unnovedoso desarrollo.

El cultivo de células y tejidosvegetales constituyó la gran di-versidad biológica, que proyecta-da en el campo de la biotecnolo-gía, abre perspectivas muy inte-resantes para la búsqueda de so-luciones nueva y útiles. SegúnSondahl1986, estas pueden agru-parse de la siguiente manera:

A. Corto Plazo:

1) Obtención de plantas libresde patógenos, 2) Propagación clo-nal, 3) Almacenamiento de ger-moplasma.

B. Mediano Plazo:- Mejoramiento Genético: 1)

Producción de plantas haploides,2)Variación somaclonal, 3) Resca-te de embriones.

C. Largo Plazo:

1) Hibridación somática, 2) In-geniería genética, 3) Metabolitossecundarios.

Los ensayos iniciados por el Bo-tánico Alemán Haberlandt (1902)cuando se discutía sobre la totipo-tencia de las células fueron conti-nuados por Kotte y Robbins. Pos-teriormente, los progresos logra-dos por White en Estados Unidos,Street en Inglaterra, Gautheret yNobecourt en Francia, demostra-ron la posibilidad de cultivar seg-mentos de tejidos (raíces) indefi-nidamente bajo la forma de es-tructuras celulares indiferencia-das. Luego con los trabajos exito-sos de Steward y Skoog en Esta-dos Unidos y otros investigadoreseuropeos contribuyeron a solucio-nar varios problemas moríofisio-lógicos (Auge y otros 1984).

Los avances logrados por Muir,Hildebrant y Riker (1954) en el es-tablecimiento de los primeros cul-tivos de células en suspensión, si-milares a los microorganismos,solucionaron algunos factoresbiológicos. Los cultivos vegetalestuvieron mayor interés desdecuando Morel y Martín (1952) de-mostraron que los tejidos meris-

78 Revista Universidad Nacional

temáticos tenían la capacidad dedesarrollar "in vitro" plantascompletas exentas de virus.

A. METODOLOGIADE APLICACIONCORTO PLAZO

Cultivo de MeristemosEl meristemo es una pequeña

masa de células indiferenciadassituadas en la parte terminal deltallo "ápices o yemas", ofrece laposibilidad de eliminar patógenosvasculares y sistémicos como losvirus, viroides y micoplasmas degran número de especies propa-gadas vegetativamente. Sin em-bargo, el hecho de utilizar el culti-vo de meristemos no asegura laerradicación total de ciertos virus,es entonces, cuando se recomien-da utilizar la termoterapia para laerradicación de virus específicos.El Centro Internacional de la PapaCIP en Lima-Perú, se encarga delimpiar para algunos países asiá-ticos y africanos sus variedadesde papa y suministrarles las semi-llas básicas libres de patógenos.

La Propagación Clonal o Micro-propagación

Consiste en la poliferación debrotes mediante la fragmentaciónde ápices o yemas axilares lascuales son manipuladas en condi-ciones asépticas y transferidas aun medio de cultivo apropiadopara luego ser desarrolladas encondiciones asépticas.

Una de las ventajas de la micro-propagación es la posibilidad derealizar en poco tiempo y en espa-cios reducidos, la multiplicación agran escala de clones seleccionA-dos por sus calidades de produc-ción o por su estado sanitario. Va-rias de las especies de plantascultivadas que son propagadaspor la vía asexual, están siendomultiplicadas "in vitro" con el ob-jeto de conservar ciertas caracte-rísticas esenciales de la variedad,ya sea porque son estériles o bienpor que su gen ama es demasiadocomplejo y la reproducción sexualpodria presentar variaciones fe-notípicas (Figura No. 1).

FIGURA No. 1

(a)

Micropropagación de diferen-tes especies:a) Quina (Clnehona pubescens),especie arbórea.b) Dlgltalls purpurea, especie her-bácea.e) Uchuva (Physallls peruvlana),frutal.

Bogotá, Marzo-Abril 1989 79

Investigaciones realizadas en el La-boratorio de Cultivo de Tejidos -De-partamento de Biología, Instituto deBiotecnología- Universid.adNacional,Bogotá.

(b)

(e)

Biotecnología Agrícola

FIGURA No. 2

Embrlogénesls somática de cacao(Theobrom. C8C80).Se observa la secuencia del desarro-llo de embriones somáticos (asexua-les) en los diferentes estadios: globu-lar, corazón y torpedo.

Investigaciones realizadas dentro delPrograma Conjunto con el OrganismoInternacional (IAEA), la FAO y la Uni-versidad Nacional - Bogotá.

En plantas ornamentales y al-gunas herbáceas se utiliza de ma-nera eficiente la propagación ve-getativa "in vitro", sin embargo,las especies arbóreas han presen-tado algunas dificultades por sucondición estructural y porque losprocesos morfológicos, fisiológi-cos y bioquímicos han sido menosestudiados. Recientemente, sehan obtenido algunos progresoslogrando regenerar plantas com-pletas, i.e. Eucaliptus en Brasil yAustralia, pino en México y Cana-dá. En lo que respecta al grupo demonocotiledones, el sistema depropagación ha sido desarrolladomás lentamente, en especial pal-ma africana, (Rabechault et al1972), Musáceas (Krikorian, 1988)y gramíneas (Conger et. al. 1988).

Los investigadores australia-nos han logrado la clonación deleucalipto de ribera. La importan-cia de ello radica en que dichos ár-boles pueden crecer en suelosmuy salinos no apropiados para laagricultura, es decir, en tierrasque se pueden dedicar a plantareucaliptos. La esperanza está enque al crecer extraigan el agua delsuelo, lo que permítiria limpiar lassales de las capas superficialesdel suelo (Prentis, 1987).

Otros sistemas de propagaciónmasiva son la Organogénesis y laEmbriogénesis Somática (directao indirecta), ofrecen también unexcelente potencial para el mejo-ramiento genético.

La formación de los embrionespuede ocurrir a partir de una o va-rias células, las cuales pasan poruna secuencia de estructuras si-milares a la formación de embrio-nes zigóticos (globular, corazón ytorpedo) (Figura No. 2).

La producción masiva de em-briones completos y la capacidadde estos para germinar y desarro-llar plantas es de un potencial dealta significancia, para cruces na-turales en cultivos perennes.

De Langhe (1986), consideraque la embriogénesis somáticapodria ser en un futuro la clavepara el mejoramíento en plátano ybanano.

Con los recientes avances de laembriogénesis somática y rege-

80 Revista Universidad Nacional

neración de plantas de plátano ybanano, se estableció perfecta-mente la sincronización de losembriones somáticos, lo cual abrenuevas perspectivas a la tecnolo-gía de "semillas artihciales" enMusáceas como una metodologíaalterna de propagación en el futu-ro (Novak, et. al., 1988) (FiguraNo. 3).

Preservación de Germonoplas-ma

La destrucción de ecosistemaspor sobre explotación, la contami-nación y la introducción de varie-dades de alta productividad hanido desplazando aquellas varie-dades tradicionales. Este cons-tante aumento de la producciónagrícola va en detrimento de lavariabilidad genética de la mayo-ría de las especies cultivadas y sil-vestres.

El cultivo de tejidos permitemantener gran cantidad de mate-rial vegetal tal como plantas, teji-dos somáticos y aún células, al-macenado en un crecimiento con-trolado por bajas temperaturas,en condiciones asépticas. Esta al-ternativa permite mantener im-portantes bancos de germoplas-ma de leguminosas, cereales y re-presentaría una posibilidad paraaquellas especies frutales, made-rables, forrajes y plantas medici-nales, que debido a la deforesta-ción desaparecen a pasos agigan-tados de las zonas tropicales.

B. METODOLOGIADE APLlCACION

A MEDIANO PLAZOMejoramiento Genético

La variabilidad genética en el fi-tomejoramiento tradicional cons-tituye para los genetistas y fito-mejoradores una herramientamuy importante. Actualmente,con la implementación y los avan-ces de cultivo y células vegetalesse pueden lograr nuevas varian-tes naturales a partir de tejidossomáticos, lo cual permite el ha-llazgo de mutaciones espontá-neas en corto tiempo.

Con la obtención de plantas ha-ploides, el rescate de embriones,

la fertilización "in vitro" , el uso dela ingeniería genética y la muta-génesis se pueden lograr varieda-des de mayor rendimiento, pro-ductividad, resistencia a enfer-medades y a condiciones adver-sas (Perea, 1988).

Producción de Plantas Haploi-des: Cultivo de Anteras

El cultivo de anteras tiene relie-vancia en la utilización de sus teji-dos haploides, es decir,los granosde polen son utilizados como ma-terial genético altamente especí-fico. Dicho material permite muta-ciones seguras y así obtención devariedades nuevas de genomasconocidos.

Rescate de EmbrionesA medida que las especies di-

vergen unas de otras de un ances-tro común, sus genomas se vanhaciendo cada vez más diferentesy van perdiendo homología. Elcultivo "in vitro" salva estos pro-blemas a través de la fusión decélulas somáticas, la transforma-ción genética y el rescate de em-briones. Por medio de este meca-nismo, se pretende pues, el au-mento del rango de entrecruza-miento rescatando embriones in-maduros, antes de ser abortadospor incompatibilidad.

La Variación Somoclonal

Denominada también variabili-dad genética resultante de lasplantas derivadas "in vitro" decélulas somáticas. Este fenómenoobservado por Larkin y Scowcroft(1981) en gran número de espe-cies regeneradas a partir de célu-las, tejidos de la planta de origen,lo denominaron variación soma-clonal (de células somáticas) ga-metoclonal (de células sexuales ogenéticas) protoclonal (de prato-plastos) cloroclonal (de cloroplas-tos) o mericlonal (de meristemos).

C. METODOLOGIADE APLICACIONA LARGO PLAZO

(Células y Protoplastos)Hibridación Somática

El potencial genético de las cé-lulas vegetales para regenerar

plantas fue establecido por Ste-ward y Krikorian (1971). Este me-canismo origina variabilidad ge-nética la cual es utilizada por losmejoradores en la selección de va-riedades agronómicamente im-portantes.

La fusión de células vegetalesaisladas o intactas es imposiblepuesto que poseen una pared ce-lular rígída, mientras que las célu-las animales están limitadas úni-camente por la membrana celular.En 1960, Cocking en Inglaterrademostró la posibilidad de elimi-nar la pared de las células por lavía enzimática y obtener célulasviables, desnudas a las que deno-minó protoplastos. Estas unida-des constituyen los receptoresmás apropiados para la transfe-rencia de genes, macromoléculasy organelos celulares de preferen-cia cloroplastos y mitocondrias yen consecuencia la posible incor-poración a una célula de un nuevocontrol genético para producirnuevas enzimas en otros compo-nentes deseados (Fowke y Gam-borg, 1980).

Ingeniería GenéticaExisten otros aspectos de granimportancia que se pueden lograrmediante la transformación degenes específicos. El intento deintroducir genes o fragmentos deADN que puedan transmitir aotras células un ADN extraño hasido estudiado particularmente,por Van Montagu y Schell en Bél-gica y Alemania.

El sistema más estudiado hasido la utilización del Agrobacte-rium tumefasciens, la bacteriaque produce tumores en los vege-tales. Estos tumores consisten enuna masa de células de la plantaque prolíferan con rapidez porqueno obedecen a los mecanismosnormales de control de crecimien-to de la agalla y, en este sentido,es análogo a los tumores anima-les. El Agrobacterium tumefas-ciens,presenta en el interior de lacélula un pequeñísimo fragmentocircular de ADN llamado plásmidoinductor de tumor (plásmido Ti)(Prentis, 1987)

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Biotecnología Agrícola

FIGURA No. 3

(8)

Embriogénesis somática de plátano ybanano.a) Formación de embrionesb) Desarrollo de embrionese) Regeneración de plántulas prove-niente de embriones somáticos.

Investigaciones realizadas dentro delPrograma Conjunto con el OrganismoInternacional de Energla Atómica(IAEA), la FAO y la Universidad Nacio-nal, Bogotá

(b)

(e)

Revista Universidad Nacional82

La proliferación de células seproduce cuando se transfierenplásmidos inductores de tumordesde las bacterias hasta los cro-mosomas de la planta infectada,es entonces cuando el cambio desu constitución genética inducelas células de la planta a crecer ydividirse muy rápidamente.

Metabolitos SecundariosEl potencial en la producción de

compuestos útiles a partir de al-gunas plantas permite asumir unfuturo promisorio en el incremen-to de sustancias económicamenteimportantes.

Con la utilización de los cultivoscelulares "in vitro",la posibilidadde obtener sustancias de gran in-terés en la Farmacia, Alimenta-ción e Industria, ha tomado mu-cho interés; es así como actual-mente ya se obtienen compues-tos a escala comercial en variospaíses industrializados.

Cultivo de Tejidos en Colombia

La Biotecnología Agrícola en Co-lombia ha tenido últimamente, unincremento importante donde sedestaca el cultivo de tejidos vege-tales. Es así, como por ejemplo, di-versas empresas particulares deflores se dedican a producir mate-rial sano mediante la propagación"in vitro" de algunas especies or-namentales, como clavel, crisan-temo, rosas, alstromeria, gysophí-las y otros.

De otra parte la Unidad de Bio-tecnología del CIAT (Centro In-ternacional de Agricultura Tropi-cal) realiza investigaciones dirigi-das al mejoramiento genético ysaneamiento de especies del pri-mer orden en las áreas tropicalescomo son: la yuca, el arroz y legu-minosas. Además, ha establecidoBancos de Germoplasma de granrelievancia.

El ICA (Instituto ColombianoAgropecuario) ha demostradogran interés y ha desarrollado al-gunas investigaciones en el culti-vo de meristemos de papa, mi-croinjertación de cítricos y otroscultivos. Recientemente, este Ins-tituto presentó un proyecto de de-sarrollo de la Biotecnología para

las diferentes seccionale s delpaís.

La Federación Nacional de Ca-feteros en el LIQC, (Laboratoriode Investigaciones de la Químicadel Café) ha realizado investiga-ciones con algunas variedades deimportancia para el país, obte-niendo la regeneración de plantasa partir de la embriogénesis so-mática de café. Ultimamente, seha intensificado el trabajo hacia ladiversificación de algunos fruta-les (Pitahaya).

Por otra parte, en los Laborato-rios de CENICAFE en Chinchiná-Caldas, realizan igualmente in-vestigaciones orientadas al mejo-ramiento genético de cultivaresde café por la vía de la embriogé-nesis somática. En Musáceas,plátano y banano, se ha realizadola micropropagación de algunasclones de plátano de interés parala institución.

Las entidades de Educación Su-perior, han establecido Laborato-rios de Cultivo de Tejidos, en don-de desarrollan investigaciones.

En el caso de la UniversidadINCCA de Colombia, ha demos-trado interés por la propagaciónde especies maderables como lospinos y últimamente, han logradoavances en la feijoa.

La Pontificia Universidad Jave-riana, en el Departamento de Bio-logía, ha venido trabajando desdehace varios años en especies fo-restales como Podocorpussp..

En la Universidad de Caldas, laFacultad de Agronomia, desarro-lla un programa de investigaciónorientado a la propagación y se-lección de Musáceas. Otra de lasinvestigaciones que realiza es }aregeneración de plantas de Bam-bú.

El Departamento de Biología dela UIS, Universidad Industrial deSantander, Bucaramanga, dirigesus investigaciones a la propaga-ción de forestales de interés en laregión y algunas ornamentales.

En la región de los LlanosOrientales, La Universidad Tec-nológica de los Llanos, Facultadde Agronomia, se establece unprograma para la propagación deespecies Tropicales.

La Universidad Tecnológica deTunja, se ha dedicado al estable-cimiento de propagación de fruta-les de hoja caduca.

La Universidad Pedagógica Na-cional de Bogotá, realiza investi-gaciones para la docencia, pro-yecta la realización de investiga-ciones en mejoramiento genético.

Recientemente entidades comoCENIBANANO-AUGURA y COR-NARE (Corporación Andina Re-gional - Rionegro, Antioquia), enel Departamento de Antioquia,han iniciado sus trabajos en culti-vo "in vitro"

La Universidad Nacional de Co-lombia, Facultad de Agronomía,Sede en Medellin y Bogotá, se de-dican a la propagación de bananoy a la investigación de otros culti-vos tropicales.

Dentro de las investigacionesque se adelantan en los Laborato-rios de cultivos "in vitro" de la Fa-cultad de Ciencias y el Institutode Biotecnología, está el Progra-ma de Musáceas, orientado al me-joramiento genético para la ob-tención de clones resistentes aenfermedades especialmente, ala Sigatoka negra y el Mal de Pa-namá

Se han logrado avances consi-derables en la embriogénesis so-mática e inducción de mutantespara la regeneración de plantas,las cuales deben ser evaluadas encampo.

Recientemente, se ha estable-cido la metodología para la obten-ción de embriogénesis somáticaen cacao con el propósito de esta-blecer mutantes y regenerar plan-tas a partir de células para desa-rrollar líneas resistentes a algu-nas enfermedades que atacaneste cultivo, tales como la moWia-sis, escoba de bruja yotras.

El Grupro es pionero a nivel na-cional en el desarrollo de embrio-génesis somática en plátano, ba-nano y cacao. Pocos Investigado-res en esta área a nivel mundialhan podido llegar a obtener estosresultados.

Se proyecta el desarrollo de tec-nología de vanguardia para el me-joramiento de Musáceas (Cultivode Células y Protoplastos).

Conclusiones- Es importante precisar que

los procesos Biotecnológicos queinvolucran las Ciencias Biológi-cas, ofrecen muchas posibilida-des para aumentar la produccióny calidad de nuestros germoplas-mas. Esta nueva revolución Bio-tecnológica, fundamentada en di-chas disciplinas, permite a travésde las metodologías "in vitro" laposibilidad de propagar, modifi-car y transferir de manera contro-lada, genes para la obtención denuevas variedades.

- Los beneficios potenciales,en cuanto a la aplicabilidad de laBiotecnología Agrícola, podráncontribuir eficazmente al incre-mento de la producción agrícolanacional; por esta razón es impor-tante, establecer prioridades deinvestigaciones y desarrollo,aglutinando grupos interdiscipli-narios que permitan realizar de-sarrollos tecnológicos, que impli-can trabajos de laboratorio, prue-bas y evaluación en grupo; paraobtener como producto final, va-riedades mejoradas en cuanto acalidad, producción y resistenciaa enfermedades y plagas.

- Una ventaja adicional radicaen que estas técnicas son accesi-bles puesto que la infraestructurarequerida para la producción declones no es costosa y se podríamultiplicar el trabajo dotando la-boratorios en diferentes regionesdel país, con el fin de estudiargran variedad de cultivos, deacuerdo a las diferentes condicio-nes ecológicas.

-Tal como se ha mencionado,las investigaciones catalogadascomo realizables a corto plazo, yase están desarrollando en el país.Sin embargo, es prioritario poten-ciar los recursos humanos y finan-cieros con el fin de emplear lasmodernas técnicas de BiologíaMolecular en Vegetales. Este sal-to cualitativo permitiría realizarmanipulación genética para obte-ner variedades con mayor conte-nido proteíco y/o resistentes a pa-tógenos incorporando genes deresistencia o producción de meta-bolitos que actúen como insectici-das.

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