LA PROPAGACIÓN DE PLANTAS IN VITRO, UN ÉXITO BIOTECNOLÓGICO

Escrito por Rafael Salgado Garciglia

Desde hace 50 años se ha demostrado el avance en el desarrollo de la biotecnología vegetal, principalmente en la propagación de especies vegetales. Para este propósito existe toda una tecnología biológica en grandes laboratorios e invernaderos de diferentes países, que reditúa ganancias en miles de millones de pesos. A este sistema de propagación se le conoce como micropropagación, que tiene como base principal el cultivo in vitro de tejidos vegetales, una de las más importantes aplicaciones para la producción masiva de plantas de interés económico o biológico.

Cultivos in vitro de tejidos vegetales

El término “cultivo in vitro de tejidos” significa cultivar algunas partes de las plantas también llamados “explantes”, como segmentos de hoja, tallo y raíces, además de otros tejidos u órganos vegetales, dentro de un frasco de vidrio en un ambiente artificial, en los que deben de controlarse la asepsia, el crecimiento y el desarrollo de estos diferentes tejidos. No deben de crecer microorganismos como bacterias y hongos, y los tejidos o plantas deben de mostrar un óptimo desarrollo.

Para lograr un cultivo in vitro de plantas, los tejidos y órganos (incluyendo semillas) deben ser esterilizados de manera superficial (asepsia) y se cultivan en soluciones nutritivas especiales, con frecuencia en medios solidificados con agar. A estos medios de cultivo se le incorporan combinaciones adecuadas de auxinas y citocininas, dos de las principales fitohormonas del crecimiento vegetal. Con la aplicación de éstas y el cultivo controlado como el pH, la luz y la temperatura, es posible reproducir todos los factores que puedan incidir en el crecimiento y desarrollo de los tejidos o de las plantas in vitro.

Los cultivos in vitro se mantienen en cuartos o cámaras de crecimiento con luz artificial, en una temperatura promedio de 25°C, una intensidad de 25 a 35 µmol/m2 seg con un fotoperiodo de 12 a 16 horas de luz. Aunque de manera comercial existen diversos medios de cultivo, éstos generalmente se componen de una mezcla de sales minerales (macro- y micro- elementos), vitaminas y sacarosa. La composición del medio depende de la especie vegetal y del tipo de cultivo que se requiere.

La elección del explante para iniciar un cultivo in vitro adecuado, constituye el primer paso para el establecimiento de los cultivos. Se ha demostrado que la edad fisiológica del explante es un factor importante en la formación de órganos, entre más joven, más fácil será su adaptación y respuesta al cultivo in vitro. El explante más usado para los procesos de propagación in vitro son las yemas apicales y axilares de las plantas.

Micropropagación

La micropropagación es un sistema de propagación asexual, a partir de un segmento de una planta madre, que da como resultado la propagación masiva de plantas genéticamente idénticas, denominadas clones. Con esta biotécnica se incrementa de forma exponencial el número de plantas en microexplantes menores a 1 cm de longitud o de diámetro, en los que se forman minúsculos brotes que se desarrollan hasta la formación de plantas, mediante el fenómeno de la regeneración vegetal. Lo anterior se explica debido a que las células vegetales son capaces de generar una planta a partir de una simple célula, proceso conocido como “totipotencialidad”.

La formación de plantas en tejidos vegetativos como los tallos y las hojas, puede llevarse a cabo por dos diferentes maneras, en tejidos sin diferenciación celular (callos) y de forma directa en los explantes cultivados, regenerando plantas mediante la formación de brotes (organogénesis) o de embriones somáticos (embriogénesis somática).

Los callos son un grupo de células con alta división celular que han perdido el control de la diferenciación, que crecen de modo continuo en forma de cúmulos celulares, a partir de los cuales pueden formarse brotes o embriones somáticos. Para la generación de las plantas, los brotes deben de ser inducidos a producir raíces y los embriones somáticos a germinar. Estos últimos se desarrollan de forma similar a un embrión cigótico (dentro de la semilla) a diferencia que los embriones somáticos provienen de células de tejidos vegetativos y no por la interacción de las células sexuales, como es el caso para los embriones cigóticos. Estos procesos de regeneración se obtienen por la adición de las auxinas y citocininas (reguladores de crecimiento vegetal), que dependiendo de la concentración y combinación de ambas, será la respuesta regenerativa.

El número de plantas que se regenere en un explante y el tiempo de cultivo, dependen de la especie vegetal, en plantas herbáceas pueden producirse un gran número de plántulas por explante en no más de 60 días de cultivo, pero en plantas leñosas o arbóreas solamente unas cuantas y puede lograrse hasta los 180 días. Al cultivarse segmentos de 1 cm2 de hoja de violeta (Saintpaulia), pueden producirse hasta 50 plántulas en 60 días de cultivo; en yemas de aguacate solo se regeneran de 3 a 5 brotes, formando plántulas hasta los 120 días del cultivo.

Una vez que las plantas se han multiplicado y desarrollado in vitro, éstas deben de trasplantarse a suelo o sustrato específico de cada especie, pasando por un periodo de aclimatación, en el cual se adaptan a las condiciones de humedad de una cámara de crecimiento o del invernadero, disminuyendo progresivamente la humedad relativa e incrementando progresivamente la intensidad de luz. Las plantas primero se cultivan en contenedores cubiertos por un plástico y posteriormente son plantadas en maceta para su crecimiento y desarrollo en invernadero.

La importancia de la micropropagación está basada en las siguientes ventajas:

 

  • Permite la obtención de plantas de alto registro fitosanitario, ya que al someter al tejido vegetal a este sistema de cultivo se eliminan totalmente las enfermedades de tipo bacteriano y fúngico y en algunas ocasiones las de tipo viral.
  • Las plantas obtenidas por este sistema son réplicas exactas entre si y fieles copias de la planta progenitora.
  • El número de individuos obtenidos por este método es muy superior al obtenido por cualquier otro método de propagación, por unidad de propágulo.
  • En algunas ocasiones es posible acortar los tiempos de producción de plantas.
  • Permite tener en espacios relativamente pequeños con un gran número de plantas.
  • Facilita el almacenaje y transporte de plantas reales o potenciales.
  • Elimina los problemas de largas cuarentenas a que son sometidas las plantas en las fronteras cuando se trata de introducirlas de un país a otro.

 

Debido a lo sofisticado de la técnica, la micropropagación es restringida y aplicada solo en laboratorios de investigación o en grandes empresas que cuentan con recursos para el mantenimiento del proceso y hacerlo costeable económicamente, lo cual es un hecho debido a la gran cantidad de plantas que por esta vía se obtienen. Es justificable el método solo en plantas con reproducción natural difícil, plantas en peligro de extinción, plantas con características importantes únicas como las transgénicas y plantas de uso ornamental con valor unitario elevado.

Exito en la propagación in vitro de plantas

Recientemente se han establecido sistemas de micropropagación utilizando medios de cultivo líquidos con el objetivo de automatizar la propagación de plantas, aumentar el número de éstas por explante y por lo tanto disminuir los costos de producción. Esto se ha logrado con el diseño de biorreactores, en especial los llamados biorreactores de inmersión temporal, un método exitoso para la propagación masiva de diversas plantas que es muy utilizado por los grandes laboratorios de biotecnología.

Estas técnicas de propagación in vitro han abierto nuevas posibilidades para el manejo de la genética básica y obtener nuevos cultivares. Dentro de las alternativas se presentan la facilidad de la creación y mantenimiento de nuevo material genético para la clonación in vitro, la obtención de material haploide a partir de anteras o cultivo de óvulos e incrementar la variabilidad genética por métodos de hibridación, selección y obtención de mutantes. A nivel práctico se han obtenido cultivares mejorados, producción de semillas de variedades comerciales y una rápida propagación (clonación) de cientos de especies.

En los últimos años se estima que se cultivan unas 800 millones de hectáreas con plantas micropropagadas, sin incluir a las plantas transgénicas, producidas por más de 50 laboratorios en Latinoamérica y más de 1,000 alrededor del mundo, donde se propagan miles de millones de plantas por año. Las plantas propagadas por esta técnica que mayormente se comercializan son fresa y otras frutillas, papa, plátano, caña de azúcar, eucalipto, bambú, orquídeas y algunas cactáceas. En Amércia Latina, los países con mayor producción son México, Argentina, Brasil, Cuba, Costa Rica, Colombia, Perú y Chile, donde se micropropagan y comercializan plantas como fresa, café, vid, arándano, cereza, agave, aguacate, tulipanes y orquídeas.

A nivel mundial, diversas instituciones educativas y de investigación han implementado un alto número de protocolos de micropropagación de plantas de interés agrícola, forestal, medicinal y en riesgo de extinción. En México, la Universidad Autónoma de México, Universidad Autónoma Metropolitana, Universidad Autónoma de Chapingo, Universidad Veracruzana, Instituto Politécnico Nacional, CINVESTAV, CIATEJ, CICY y la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, entre otras instituciones, tienen laboratorios que se dedican a la micropropagación.

Para saber más:

http://www.inia.org.uy/publicaciones/documentos/lb/ad/2004/ad_382.pdf

http://www.youtube.com/watch?v=T8xVOskdrE0

http://www.youtube.com/watch?v=W6_H92iDU3w

http://www.fagro.edu.uy/~fisveg/docencia/cursos%20posgrado%20y%20optativos/curso%20de%20micropropagacion/mateoricos/Micropropagacin%202009.pdf

El Dr. Rafael Salgado Garciglia, es Profesor e Investigador del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, responsable del Lab. de Biotecnología Vegetal.

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