Este documento describe los principales métodos de mejoramiento genético en plantas autógamas, incluyendo la selección, la hibridación y la introducción de nuevos materiales genéticos. Explica los procesos de selección masal, selección individual de líneas puras y cruces híbridas, así como técnicas específicas como cruza regresiva y retrocruza. El objetivo final de estos métodos es combinar características deseables de variedades progenitoras para crear nuevas variedades mejoradas.

1. 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. 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
fenotípicamente superiores de una población mezclada.
39
de
plantas

3. -
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.
-
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
40

4. 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:
-
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 F 2 (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
F 5 ó F 6 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:
AxB
AB
x
CxD
CD
ABCD
x
x
41
ExF
EF
x
EFGH
GxH
GH

5. ABCDEFGH
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:
1ra. Cruza regresiva
2da. Cruza regresiva
3ra. Cruza regresiva
4ta. Cruza regresiva
Se autofecunda
Var. Resistente a roya RR x Var. Local rr
“Donante“
“Recurrente”
F1: Rr
x
rr
50% de genes de var. Recurrente
R1 ( Rr:rr ) x
rr
75% de genes de var. Recurrente
R2 (Rr:rr) x
rr
87.5% de genes de var. Recurrente
R3 (Rr:rr) x
rr
93.75% de genes de var. Recurrente
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:
42

6. a)
Selección del padre recurrente y el padre donador
b)
Conservación del carácter por transferir
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.
2.
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.
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
43

7. cualitativos de herencia simple que en caracteres cualitativos de herencia
compleja). Ejm. Algunas variedades locales de maíz mantienen su pureza
varietal de esta manera.
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
44

8. híbridas que fenotípicamente reúnan los caracteres deseados deberán
someterse a una o más generaciones de autofecundación para fijar dichos
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
(uniformes).
de
líneas
homocigotas,
autofecundadas
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

9. Primera
generación
Población amplia б² G
(variedad criolla)
Segunda
generación
Líneas S1
X
Probador
Tercera
generación
Evaluación de
mestizos
Cuarta
generación
Recombinación de
líneas seleccionadas
Se autofecundan un cierto
número
de
plantas
sobresalientes
Formación de mestizos
Selección de las mejores
cinco o seis líneas
Sembrar
con
semilla
remanente en un terreno
aislado las cinco o seis
líneas seleccionadas para
recombinar
Variedades sintéticas
Esquema:
VIII.
Formación de variedades sintéticas en maíz.
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

10. 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

11. 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
MEJORAMIENTO GENETICO DE LAS PLANTAS
EN
EL
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

12. 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
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13. 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.
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14. 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.
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