Cultivo Vegetal in Vitro Y Su Aplicación En Biotecnología
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Introducción
¿Qué es un cultivo in vitro? Historia Fundamentos
Preparación de un cultivo in vitro Componentes Proceso Aplicaciones biotecnológicas Plantas libres de patógenos Micropropagación Mejora vegetal Compuestos de interés farmacéutico Perspectiva de futuro Conclusión Bibliografía
¿Qué es un cultivo in vitro? Historia Fundamentos
Cultivo in vitro: Conjunto de técnicas diseñadas para el crecimiento y multiplicación de células, tejidos u órganos utilizando soluciones nutritivas en un entorno aséptico y controlado.
El cultivo in vitro consiste en tomar una porción de una planta y colocarla en un medio nutritivo estéril suplementado con fitorreguladores. El explante crece como una masa de células indiferenciadas conocida como callo.
Ventajas únicas como homogeneidad, el control de parámetros extracelulares y la continua disponibilidad de biomasa.
Haberlandt: sobrevivieran durante varios meses pequeñas masas celulares. No hubo multiplicación celular. Roblins y Kott: puntas de raíces logrando mantenerlas con vida durante casi seis meses. Al cesar su crecimiento los cultivos se perdieron. White: obtuvo por primera vez el cultivo indefinido. Este éxito dio lugar a esfuerzos renovados. Gautheret: cultivo indefinido de tejidos de zanahoria. Nobecourt y White: resultados análogos el cultivo in vitro de tejidos vegetales tuvo su origen a partir de ese momento.
Curación de plantas afectadas con enfermedades virales mediante la ayuda del cultivo in vitro de meristemo.
Morel y Martin cultivar in vitro meristemos de dalia y papa afectados por enfermedades virales. In vitro plantas completas.
1952 curar plantas afectadas por enfermedades virales.
Gautheret (1940), Camus (1943) y Skoog (1944) aprovecharon las técnicas de cultivo in vitro para analizar el fenómeno de la gemación agalla de corona”. A.C. Braun (1941) fue uno de los primeros en estudiar este fenómeno. Las primeras pruebas de manipulación genética en nuestros días. Torrey, en 1957 posibilidad de obtener una proliferación de tejidos a partir de una sola célula vegetal cultivada in vitro.
Gracias a las técnicas de cultivo in vitro, tejidos compactos, meristemos, yemas, raíces y células aisladas se han convertido en el material de elección para fisiólogos vegetales y botánicos. Control sobre la evolución hacia una u otra fase de desarrollo.
Principales conceptos fisiológicos aplicables a cultivo in vitro
Totipotencialidad celular Indiferenciación / Rediferenciación Embriogénesis y organogénesis
Varias células de un individuo vegetal poseen la capacidad necesaria para permitir el crecimiento y el desarrollo de un nuevo individuo completo.
Células diferenciadas
Totipotencialidad
Células meristemáticas
Totipotencialidad de una célula diferenciada disminuye con el grado de diferenciación alcanzado por esa célula, pero puede revertirse. Regresan la célula adulta a la etapa juvenil, capaz de orientarse hacia la formación de casi cualquier órgano. La célula vegetal puede remontar las etapas de su historia y según las condiciones hormonales y nutritivas convertirse en callo o embrión.
Órgano
Condiciones
Embrión
Organogénesis
Formación de órganos
Organogénesis
Directa
Indirecta
Embriogénesis somática
Embriones se regeneran a partir de células somáticas se contrapone a la embriogénesis sexual o zigótica
Embriogénesis Somática
Directa
Indirecta
Componentes Proceso
Componentes del medio Material y equipos Condiciones externas
Composición de medios de cultivo para explantes vegetales
Composición del medio de cultivo propuesto por Murashige y Skoog (1962)
AUXINAS
CITOQUININAS
Promueven la elongación celular, formación de callos y raíces adventicias. Inhiben la formación de brotes axilares y, a veces, la embriogénesis.
Promueven la división celular. Regulan el crecimiento y el desarrollo de los tejidos vegetales.
Área de preparación
Instrumental de vidrio Componentes del medio de cultivo Maquinaria
Área de lavado y esterilización
Todo el proceso debe desarrollarse en condiciones asépticas, por lo que es necesaria la esterilización de todos los materiales.
Autoclave Filtración: compuestos termolábiles
Área de transferencia
Depósito del explante en el medio de cultivo Cabina de flujo laminar
Condiciones Asépticas
Área de incubación
Conservación de los vegetales en unas condiciones externas controladas para su crecimiento óptimo.
Temperatura Calidad e intensidad de la luz Fotoperiodo
Humedad Relativa pH
Área de observación y examen
Análisis de los resultados obtenidos
Plantas libres de patógenos Micropropagación Mejora vegetal Compuestos de interés farmacéutico
Ejemplos de aplicaciones en diversos campos de cultivos vegetales desarrollados in vitro.
Estudios básicos Obtención de híbridos interespecíficos Producción de semillas sintéticas Obtención de plantas haploides Clonación de individuos Establecimiento de suspensiones celulares Obtención de híbridos somáticos Inducción de variación somaclonal
Características y técnicas
Gran repercusión económica Rentabilidad de los cultivos
-
Termoterapia
Cultivo in vitro
Termoterapia
Método clásico Cultivar a temperaturas elevadas FINALIDAD: inactivar patógenos
INCONVENIENTE: - Genotipos sensibles al calor - Patógenos resistentes a Tª usadas
Termoterapia: CÍTRICOS
La termoterapia es totalmente ineficaz para su eliminación.
A pesar de estos inconvenientes la técnica sigue usándose a pequeña escala, fundamentalmente para obtener plantas sanas en frutales.
PLANTAS LIBRES DE PATÓGENOS
Cultivo in vitro
El cultivo de tejidos es la biotecnología moderna que probablemente ha tenido mayor impacto en la agricultura en los últimos años.
Técnicas utilizadas basadas en:
Ápices caulinares patógenos .
normalmente
libres
de
Regenerar plantas enteras a partir de estos pequeños ápices.
PRIMERA DEMOSTRACIÓN de eliminación de virus mediante cultivo de ápices in vitro la realizó el Dr. Morel en Francia en 1948 que obtuvo plantas de Dahlia libres de virus a partir de plantas infectadas.
PLANTAS LIBRES DE PATÓGENOS
Se desconocen las causas por las que los ápices caulinares permanecen normalmente libres de patógenos Hay distintas explicaciones.
Los patógenos se mueven a larga distancia en las plantas a través del sistema vascular. Restringidos a estos tejidos. Ápices caulinares sin diferenciaciones vasculares que los conecten con el resto de la planta.
PLANTAS LIBRES DE PATÓGENOS
Virus y viroides también se mueven a través de los plasmodesmos. Casos concretos se han encontrado virus en las células del domo. Se han realizado diversas hipótesis 1. Competencia de las células meristemáticas con los virus para la replicación 2. La dificultad de funcionamiento de las proteínas de movimiento de los virus en las células meristemáticas. Método de cultivo perfeccionado por F. Quarck que convirtió esta técnica en una línea rutinaria de saneamiento.
PLANTAS LIBRES DE PATÓGENOS
Usos
Transporte de material vegetal vivo a través de las fronteras internacionales.
Almacenamiento y conservación de germoplasma
Cultivo de meristemos previo a la preparación de germoplasma para su almacenamiento o transporte
Bancos de germoplasma Técnicas de regeneración in vitro
PLANTAS LIBRES DE PATÓGENOS
Propagación de plantas in vitro
Conjunto de técnicas y métodos de cultivo de tejidos utilizados para multiplicar plantas asexualmente de forma rápida, eficiente y en grandes cantidades.
Técnica muy utilizada en cultivos de importancia rapidez
Medios específicos Condiciones ambientales controladas Posible automatización
Constituye uno de los métodos biotecnológicos que mayores logros ha aportado al desarrollo de la agricultura: producción masiva
Permite controlar las condiciones ambientales, debido a su independencia de los mismos (luz, temperatura y humedad controlada).
Permite estudiar diversos procesos fisiológicos. riesgo de contaminación con
Evita el patógenos.
Se pueden obtener gran cantidad de individuos en espacios reducidos.
Permite la obtención de individuos uniformes. Facilita el transporte del material.
MICROPROPAGACIÓN
La ingeniería genética ha permitido incrementar el abanico de productos obtenibles, así como la mejora cuantitativa y cualitativa de la producción vegetal. Esto es una fuerza económica fundamental dentro de la organización productiva de las sociedades humanas.
Muchos genes han sido introducidos en variedades de interés agrónomo con objetivos de mejora. Algunos de los logros:
Resistencia a herbicidas Resistencia o mayor tolerancia a plagas y enfermedades Mejora de la calidad nutritiva
La imagen situada a la derecha muestra un cultivo normal, mientras que la situada a la derecha muestra un cultivo resistente a herbicidas
Proceso de inclusión de genes Cry al genoma de determina das plantas
MEJORA NUTRITIVA
El tomate “FLAVR SAVR” se caracteriza por la reducción del ablandamiento que se produce durante el almacenamiento.
Tomate transgénico “FLAVR SAVR”.
MEJORA NUTRITIVA
El enzima cuya síntesis se inhibe es la poligalacturonasa responsable del ablandamiento y senescencia del fruto maduro. Al no ser activo este proceso es muy lento y los tomates pueden cogerse maduros de la planta.
Inhibición por inserción de un gen en “antisentido”
MEJORA NUTRITIVA
A partir de la introducción de genes de “Platija ártica”
Fresas resistentes a bajas temperaturas
Las plantas superiores producen un gran número de productos químicos orgánicos de muy diversa naturaleza, y a menudo muchos de ellos tienen un gran interés industrial y farmacéutico.
Para mejorar el rendimiento en la producción de metabolitos secundarios se emplean los biorreactores.
A partir de un explante se pueden establecer cultivos de células para producir compuestos de interés, o para obtener embriones somáticos y semillas artificiales, entre otras aplicaciones.
Principales metabolitos secundarios obtenidos a partir de cultivos vegetales con fines terapéuticos
Técnica con enorme potencial en investigación y producción Cada año se logran avances y sofisticaciones
Existen inconvenientes como: pobre conocimiento del mecanismo de acción de las hormonas vegetales, altos costes de los procesos, mano de obra especializada.
Solución en un futuro gracias al trabajo de fisiólogos vegetales en el campo hormonal y de ingenieros en la mecanización de los procesos.
CONCLUSIÓN
Las tecnologías descritas tendrán sin duda un importante impacto medio y largo plazo, ya que permitirán obtener plantas de mayor calidad y más tolerantes a plagas, enfermedades y condiciones ambientales adversas. La investigación de estas tecnologías es estratégica para España con el fin de evitar la dependencia tecnológica de otros países, lo que puede condicionar el desarrollo de nuestra cultura. Se están abordando de forma intensa investigaciones en este campo por un amplio grupo interdisciplinar de investigadores, lo que garantiza por el momento el desarrollo de una tecnología propia que contribuirá sin duda a una mejora, de todos los sectores productivos.
Libros Artículos Científicos Páginas Web
LIBROS
J.M Seguí Simarro (2010). Biología y biotecnología reproductiva de las plantas. Editorial UPV. H. Vidalie (1986). Cultivo in vitro. Editorial Científica S.A. J. Barceló Coll, G. Nicolás Rodrigo y Otros (2003). Fisiología Vegetal. Ediciones Pirámide. Mary K. Campbell,Mary K. Campbell Shawn O. Farrell. Bioquímica. K Lindsey y MGK Jones (1992). Biotecnología vegetal agrícola. Editorial Acriba. Foro Agrario (2003). La biotecnología vegetal en el futuro de la agricultura y la alimentación. Ediciones Mundi-Prensa John E. Smith (2006). Biotecnología. Editorial Acribia. Dr. W.M. Morgan. Cultivo de tejido vegetal. International Plant Laboratories, Baltonsborough, UK.
