¿Por qué deberíamos preparar un arca moderna para conservar plantas?
Porque en nuestro planeta, además de la fauna, un gran número de especies vegetales se encuentran en riesgo de extinción, ya que enfrentan un problema severo debido al cambio climático, la tala inmoderada de bosques y selvas, así como el cambio de uso de suelo, entre otras actividades humanas.
Los reportes que presentan las instituciones dedicadas a la conservación de las especies a nivel mundial, son alarmantes: por ejemplo, en el 2007 la Lista Roja de Especies Amenazadas de la UICN (Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza) reportó que, de las 12043 plantas clasificadas, 8447 fueron consideradas como especies amenazadas, y los organismos vegetales endémicos, aquellos que son únicos a cierta región del mundo, son los principales que están en riesgo. En el 2016 se realizó el primer censo mundial de plantas, el cual estuvo dirigido por el centro botánico Kew Gardens de Londres, concluyó que el 21 % de las plantas a nivel mundial, están en peligro de extinción, de las casi 391,000 especies que han sido clasificadas.
En México, el Diario Oficial de la Federación publicó que en el 2010 existían 987 especies de plantas dentro de alguna de las categorías de riesgo [amenazadas (A), sujeta a protección especial (Pr), peligro de extinción (P) o extinta (E) del medio natural], debido a que la gran mayoría de las plantas en estado silvestre son extraídas de su hábitat natural y se comercializan de manera ilegal. El mayor número de especies más vulnerables a la desaparición son de los órdenes Caryophyllales (32 P, 87 A y 157 Pr), Asparagales (15 P, 73 A, 134 Pr y 1 E), Cycadales (38 P, 8 A y 4 Pr), Pinales (15 P, 2 A y 13 Pr), Fabales (7 P, 8 A y 2 Pr), Poales (7 P, 2 A 4 Pr) y Saxifragales (11 P, 2 A y 5 Pr). Entre éstas, tenemos especies de pinos, orquídeas, agaves, cactus y bromelias, entre otras.
Por tal motivo, la preocupación mundial se hizo evidente en el acuerdo celebrado entre 183 países para el catálogo de la Convención sobre el Comercio Internacional de Especies Amenazadas de Fauna y Flora Silvestre (CITES), acordando que 60 especies de la flora silvestre no pueden comercializarse sin previa autorización.
¿Cómo se conserva la diversidad vegetal?
Para contrarrestar estas pérdidas, durante la última década varias instituciones nacionales e internacionales están aplicando técnicas de conservación a corto, mediano y largo plazo, teniendo como principal objetivo el rescatar, salvaguardar y usar en un futuro esta gran diversidad. Principalmente tenemos la conservación in situ (dentro de su hábitat) como los parques nacionales y las áreas naturales protegidas. Además, se cuenta con técnicas de conservación ex situ (fuera de su sitio de origen), componentes fundamentales de un programa de conservación global que contempla esencialmente las operaciones de almacenamiento y propagación de germoplasma, ejemplo de estas técnicas son los jardines botánicos y los bancos de semillas o de germoplasma.
Parques y Áreas Naturales.- Los parques y áreas naturales protegidas mantienen los ambientes originales o no han sido significativamente alterados por la actividad humana o que requieren ser preservados y restaurados. México actualmente administra 176 áreas naturales de carácter federal que representan más de 25,394,779 hectáreas. Cabe señalar que cuando las amenazas a las especies en su propio hábitat o al hábitat mismo, persistan a largo plazo, es importante evaluar la necesidad de iniciar un programa de conservación ex situ. Aunado a esta problemática, las plantas en sus áreas naturales enfrentan problemas por plagas, enfermedades, incendios e inundaciones.
Jardines Botánicos.- En los jardines botánicos se mantienen bajo resguardo colecciones vivas para uso público, educativo, científico o como parques recreativos. Actualmente, estos rescatan y conservan material amenazado, con lo que se alberga mundialmente casi un tercio de las especies de plantas vasculares conocidas, unas 100,000 especies diferentes, representadas por unos 4,000,000 de accesiones. Existen 532 jardines botánicos en Europa, solamente 82 en África y 66 en Latinoamérica. En México se conservan aproximadamente 198 familias de plantas y 3275 especies, lo que representa más del 10% del total de especies registradas, aunque no todas las especies incluidas en estos jardines son nativas.
Bancos de semillas.- Estos bancos de semillas o germoplasma, son uno de los principales métodos de conservación ex situ, ya que pueden almacenar un rango amplio de variabilidad genética, en extensivas plantaciones a cielo abierto para mantener la diversidad genética de una especie, principalmente para especies de importancia económica o ecológica. En México, la localización geográfica de sitios con experiencias en el manejo ex situ es heterogénea y las instituciones asociadas son igualmente diversas. Varias de ellas están ligadas a herbarios, universidades, centros de investigación científica, asociaciones civiles, gobiernos federal y estatal.
Un ejemplo de un gran proyecto de conservación de germoplasma es el que se encuentra en el Ártico Norte, en el archipiélago noruego de Svalbard, lugar donde se encuentra ubicada la Bóveda Global de semillas de Svalbard desde el 26 de febrero de 2008. Está construida a 130 m de profundidad dentro de una montaña rodeada de hielo. Este modelo de conservación de plantas es una alusión de lo que fue “el arca de Noé”, para el resguardo de los animales. Ésta se ha diseñado para proteger la biodiversidad de las especies cultivadas que sirven como alimento, en donde se pueden almacenar en su interior hasta 2,000 millones de semillas.
Diversas especies no pueden ser conservadas de esa manera, debido a problemas asociados con la producción, manipulación y almacenamiento óptimo de las semillas.
Un papel importante y significativo en el establecimiento de métodos eficaces de propagación y conservación lo presenta la biotecnología, la cual ofrece herramientas para el cultivo in vitro no solo de semillas, sino también de células, tejidos y otros órganos (vegetativos), que representan una solución viable y segura para la conservación, a este procedimiento se le conoce como “Conservación in vitro”
Conservación de plantas in vitro
Las técnicas de almacenamiento mediante la conservación in vitro, constituyen una alternativa válida a la conservación de especies raras o amenazadas, sobre todo de aquellas que no soportan la conservación con los métodos anteriormente descritos. Esta técnica se ha aplicado de forma extensiva en la conservación de recursos fitogenéticos de plantas cultivadas desde periodos cortos hasta un largo plazo y se basa en establecer y mantener cultivos de células, tejidos, órganos e incluso plántulas, en sistemas in vitro bajo condiciones controladas de cultivo (ver Saber Más No. 10:21-24).
Los métodos de conservación in vitro a corto y mediano plazo, consisten en mantener los diferentes tipos de cultivo por periodos de meses, pero raras veces por años, haciendo uso de los cuartos de cultivo o cámaras de crecimiento con condiciones controladas de temperatura (25°C) y luz (intensidades y fotoperiodo). Para extender los períodos de conservación, los cultivos son sometidos a disminuir su crecimiento, reduciendo la disponibilidad de nutrientes (medios mínimos), la temperatura y/o iluminación e incorporando retardadores de crecimiento. Debido a que deben de realizarse re-cultivos continuos, hay riesgo de pérdida del material vegetal por deshidratación y por contaminación microbiana.
Por tal motivo, la conservación in vitro a largo plazo es una alternativa para reducir los re-cultivos, evitando dichos riesgos de pérdida de material. Un método relativamente moderno y eficiente para la conservación por períodos largos es la crioconservación.
La crioconservación: el futuro de la conservación de plantas
Al mantenimiento de células vivas, tejidos y órganos vegetales a temperaturas ultra bajas, desde los -80 ºC hasta los -196 ºC, la temperatura del nitrógeno líquido, se le conoce como crioconservación. A esta temperatura se detienen la mayoría de las actividades metabólicas, así como la división celular. Bajo estas condiciones se consigue la supervivencia extremadamente larga y solo se ve limitada por la acumulación de daños en el genoma, producto de la radiación de fondo.
Desde hace tiempo, se sabe que el almacén de semillas y tejidos vivos en condiciones a temperaturas muy bajas y con un contenido bajo de agua, permite su conservación por periodos largos y, de acuerdo con este modelo, deberían mantenerse viables durante siglos, quizás hasta milenios.
La crioconservación del material cultivado in vitro plantea dificultades mayores que la crioconservación de semillas, debido al contenido mayor de humedad presente en los tejidos. Por eso, con la crioconservación se persiguen condiciones celulares de ausencia de agua en estado líquido, energía cinética molecular baja y una difusión extremadamente lenta, para así lograr que las reacciones químicas y biológicas se encuentren prácticamente detenidas. Sin embargo, en algunas especies de plantas crioconservadas, se han observado roturas de las semillas y agrietamiento de las cubiertas seminales, así como daños en las células vegetales, principalmente en la membrana celular. Estos daños se pueden evitar con el control de la velocidad de enfriamiento, el contenido de humedad y la velocidad de descongelación.
Pasos importantes para lograr la crioconservación de plantas
Para superar los problemas anteriormente mencionados, se realizan investigaciones que involucran el uso de sustancias crioprotectoras y se desarrollan protocolos específicos de congelación y descongelación. Las sustancias crioprotectoras que previenen la desnaturalización de los constituyentes de las células durante la fase de desecación y estabilizan el estado de vitrificación (no se forman cristales de hielo a pesar de contener agua congelable dentro de los tejidos), son el dimetil sulfóxido (5-15%), glicerol (5-20%) y etilenglicol (10%-15%). Para la deshidratación de los tejidos celulares se emplean cantidades altas de sacarosa (mayores a 0.2 M= 68.46 g/L) entre otros azúcares. La aplicación de éstas, dependerá del tipo de material y la especie que se desee crioconservar.
Otro paso crucial en la crioconservación es la descongelación del material vegetal, que aunque es un proceso sencillo, está considerado como el paso más crítico durante la crioconservación, ya que si ocurre una re-cristalización se podrían formar grandes cristales de hielo que dañarían la integridad celular. Hay métodos que se basan en la descongelación paulatina para recuperar el material, cultivándolo en medios y condiciones de cultivo que permitan una correcta recuperación que lleve a la regeneración de las plantas. Con la modificación y adaptación de estos pasos se han logrado altos porcentajes de supervivencia.
Ventajas y avances de la crioconservación de plantas
Comparada con otras técnicas, la crioconservación presenta ventajas muy favorables en cuanto a la optimización de costos y procesos. Desde que el material se almacena en tanques, el espacio para mantener la colección resulta ser mucho menor, el costo para labores y mantenimiento es mínimo (solamente mantener el nivel de nitrógeno en el tanque) y, una vez almacenadas las muestras, éstas no se manipulan, lo que disminuye significativamente los costos de regeneración.
Más de 40 géneros y 60 especies de plantas leñosas tropicales han sido objeto de estudio para lograr protocolos viables de crioconservación. Así, la crioconservación se ha aplicado con éxito en semillas, ejes embrionarios, embriones somáticos, suspensiones celulares, callos, meristemos, brotes y polen.
Un estudio detallado realizado recientemente en el que se compararon los costos del establecimiento y mantenimiento de una de las colecciones de café más grandes del mundo en el Centro Agronómico Tropical de Investigación y Enseñanza (CATIE) en Costa Rica, como colección en el campo y por crioconservación, demostró claramente que la crioconservación cuesta menos (en perpetuidad por accesión) que la conservación en bancos de germoplasma de campo.
En los últimos 10 años, la actividad de investigación sobre la crioconservación se ha incrementado significativamente a nivel mundial. Es importante destacar que se ha brindado apoyo financiero cada vez más a proyectos nacionales, regionales e internacionales, con el fin de avanzar en la investigación básica y aplicada de la crioconservación de plantas y lograr una mejor coordinación con los investigadores y usuarios mediante la creación y el funcionamiento de redes científicas y técnicas. Sin embargo, podemos mencionar pocas instituciones que se dedican a la crioconservación de plantas, entre ellas están el Kew Garden en Londres (Royal Botanic Gardens Kew) y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) en Costa Rica.
México se ha sumado a esta gran labor a través del establecimiento del Centro Nacional de Recursos Genéticos (CNRG), propuesto con el propósito de preservar de manera apropiada y sistemática, las colecciones de germoplasma (semillas, plántulas, tejidos, células somáticas, gametos, embriones, ácidos nucleicos, etc.), como reserva estratégica para la conservación que asegure la supervivencia de especies útiles y resguardar la riqueza genética de México.
Además, una de las grandes ventajas de este tipo de almacenamiento es que las células presentan un mínimo de riesgo de sufrir cambios genéticos, por lo que el material vegetal puede conservarse durante períodos prolongados de tiempo (más de 10,000 años), con la certeza de que el material crioconservado tendrá las mismas características con las que se almacenó.
Con esta ventaja, el material podría estar disponible para que las generaciones futuras puedan repoblar los sitios de origen, o bien, utilizar dichos materiales para el mejoramiento genético. Finalmente, la crioconservación ofrece el establecimiento de bancos de germoplasma ultra modernos, que incluye a los bancos genómicos o de ADN, considerados como “el arca moderna de Noé” para la conservación de plantas.
Saber más
González-Arnao M.T. y Engelmann F. (eds.). 2013. Crioconservación de plantas en América Latina y el Caribe. http://www.iica.int/sites/default/files/publications/files/2015/b3099e.pdf
Abdelnour A. 1999. Crioconservación de plantas, estado actual de la investigación en Costa Rica. Agronomía Costarricense, 23(2):205-204.
Iriondo-Alegría J.M. 2001. Conservación de germoplasma de especies raras y amenazadas (Revisión). Invest. Agr.: Prod. Prot. Veg.,16(1):5-24.
http://www.inia.es/gcontrec/pub/germoplasma_1161158274546.pdf
García-Águila L. et al. 2007. Aspectos básicos de la conservación in vitro de germoplasma vegetal. Biotecnología Vegetal, 7(2):67-79.
https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/359/727
Centro Nacional de Recursos Genéticos (CENRG).
http://www.inifap.gob.mx/SitePages/centros/cnrg.aspx
La Dra. Martha E. Pedraza Santos es Ingeniera Agrónoma con especialidad en Fruticultura por la Facultad de Agrobiología “Presidente Juárez” de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) con estudios de Doctorado en Ciencias en Fisiología Vegetal en el Colegio de Posgraduados en Ciencias Agrícolas. Es Profesora Investigadora de la Facultad de Agrobiología de la UMSNH, donde desarrolla investigación en el área de conservación, propagación y mejoramiento genético de recursos de plantas ornamentales nativas de México.
Ulices Ivan Santos-Pérez es Ing. Agrónomo con especialidad en Fitomejoramiento por la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH) con estudios de Maestría en Ciencias en Recursos Genéticos y Productividad-Genética en el Colegio de Postgraduados Campus Montecillos. Actualmente es estudiante del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas opción en Conservación y Manejo de Recursos Naturales, adscrito a la Facultad de Biología de la UMSNH.