Biotecnología vegetal. Transformación Genética de Maíz

INTA 16/07/2014 | 17:07 (actualizado hace 107 días)

Biotecnología vegetal. Transformación Genética de Maíz.

Ing. Agr. Dalia M. Lewi

La siembra de cultivos transgénicos aumenta cada año mundialmente.

Durante el 2003, en la Argentina se cultivaron 13,9 millones de hectáreas de cultivos transgénicos (3% más que en el 2002), lo que representó el 21% del área mundial.

Esta adquisición de nuevas tecnologías por parte de los productores argentinos obedece a sus ventajas agronómicas, económicas y ambientales. Los eventos que se siembran y comercializan actualmente en la Argentina comprenden a la soja con resistencia al herbicida glifosato, el maíz Bt, el algodón Bt (con resistencia a plagas de insectos lepidópteros) y el recientemente aprobado maíz con resistencia a glifosato.

Es indiscutible y probado que estos eventos proporcionan ventajas al productor en el manejo del cultivo respecto de plagas y malezas que redundan luego en la calidad de la cosecha. La percepción de los consumidores con respecto a los alimentos derivados de OGM’s (Organismos Genéticamente Modificados) se centra en la cuestión de su origen (generalmente de compañías privadas) y las ventajas relativas (no tan tangibles como las percibidas por los productores), que les aporta cotidianamente en los productos que adquieren. Esta situación podría revertirse una vez que comiencen a comercializarse los eventos obtenidos a partir de los numerosos esfuerzos que se están realizando en instituciones como el INTA. Existen numerosos proyectos de biotecnología aplicada al agro que persiguen el fin de agregar valor a los cultivos y solucionar problemas puntuales mediante la aplicación práctica de los conocimientos desarrollados. Cultivos económicamente importantes para el país como el maíz, el trigo, la soja, el algodón, el girasol, la alfalfa, la papa, el arroz, y la cebada, tienen sus referentes dentro del INTA en cuanto al desarrollo de la biotecnología para su mejoramiento mediante el uso de herramientas innovadoras. Tomando en cuenta las necesidades y problemáticas para cada cultivo se establecen proyectos institucionales donde se aborda cada ítem según la especialidad.

Las biotecnologías

Para la obtención de plantas transgénicas deben confluir numerosos conocimientos desarrollados en disciplinas diversas como la genómica, la biología molecular, cultivo de tejidos, ingeniería genética, fisiología, etc.

Cada especie y más aún , cada genotipo, precisa de diferentes condiciones de crecimiento in vitro. Esto hace que se requiera ajustar los parámetros de cada genotipo una vez que se comenzó un proyecto de transformación genética vegetal.

Considerando a la transformación propiamente dicha, hay dos tecnologías que se pueden utilizar. Una está basada en el uso de una bacteria del suelo patógena para algunas especies vegetales: Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria tiene la capacidad de incorporar al núcleo de la célula vegetal un sector del ADN que posee en una molécula de ADN circular. De esta manera, si se incuba la bacteria con la célula a transformar se puede lograr incorporar el ADN que codifique para el gen que se quiere incorporar.

Mediante el otro procedimiento, de Biolística, el ADN es introducido en la célula mediante el bombardeo con microproyectiles de oro recubiertos con plásmidos portadores de las secuencias de interés. Una vez que el oro atraviesa la pared celular, el DNA se disuelve en el citoplasma y es integrado al genoma de la planta.

Una vez realizado el procedimiento de la transformación, las células deben desarrollarse en medios de cultivo que contengan el agente selectivo apropiado para que se diferencien mediante el creciemiento las células transgénicas de las wild type. Las células que logran crecer en esas condiciones luego son subcultivadas a otro medio de cultivo para la obtención de embriones y luego de plantas

Básicamente este breve resumen ilustra el proceso general. Pero cada especie admite diferentes tratamientos, e incluso diferentes sistemas de transformación.

¿Cuál es la aplicación que tiene esta tecnología?

El empleo de la ingeniería genética en el mejoramiento vegetal es lo que se

denomina agrobiotecnología o biotecnología vegetal. Sus objetivos consisten en aumentar la productividad de los cultivos, mejorar los alimentos y poder emplear a las plantas como fábricas para la producción de medicamentos, vacunas, polímeros y otras moléculas. Así, podemos distinguir tres “olas” de cultivos transgénicos:

Primera ola: se refiere al mejoramiento de rasgos agronómicos, como el tamaño del grano o la resistencia a plagas. Son ejemplos de esta ola los cultivos transgénicos que se comercializan en el mundo: soja tolerante a herbicida, maíz resistente a insectos, entre otros.

Segunda ola: se refiere a los cultivos que generan alimentos más sanos y nutritivos que los convencionales. Son ejemplos el arroz con alto contenido beta-caroteno, papas que absorben menos aceite, maní hipoalergénico, etc.

Tercera ola: se refiere al empleo de las plantas como fábricas de moléculas de interés industrial, como medicamentos, vacunas, biopolímeros, etc.

Tranformación genética de maíz en el INTA Castelar

Uno de los problemas que tiene este cultivo y que no ha sido aún resuelto ni abordado biotecnológicamente por ninguna empresa, es el de la enfermedad provocada por el virus del Mal de Río Cuarto. Esta enfermedad, que apareció por primera vez en esa zona de la Provincia de Córdoba, es causada por un virus (MRCV: Mal de Río Cuarto virus), transmitido por una chicharrita en las regiones donde se encuentra la enfermedad y que aún no se ha encontrado resistencia mediante mejoramiento genético convencional. Sí se cuenta con materiales tolerantes y, en general, si el manejo de la enfermedad se basa en el uso de esos materiales y en la elección de la fecha de siembra, se logra escapar al momento de mayor densidad de población de la chicharrita en el campo para evitar la transmisión del virus a las plántulas pequeñas que son particularmente susceptibles a la enfermedad.

En el INTA de Castelar se está desarrollando un proyecto de investigación que involucra a un grupo de investigadores en los Institutos de Biotecnología (Dra. del Vas) y de Genética (Ing. Lewi) que, coordinados por el Dr. Hopp, trabajan conjuntamente en la obtención de plantas de maíz transgénicas con resistencia al MRCV mediante una estrategia llamada silenciamiento post transcripcional (PTGS). El sistema planteado es similar a la de las vacunas en humanos, que consiste en inmunizar plantas de maíz con secuencias derivadas del genoma del patógeno contra el que se las desea proteger (en este caso MRCV), que son incorporadas establemente en el genoma de la planta. Las células de éstas plantas transgénicas serían capaces de degradar el genoma del virus desafiante, y por consiguiente inmunes a la enfermedad.

Este proyecto comenzó hace 6 años y contó con el financiamiento de la Agencia Nacional de promoción científica y técnica por medio de un PICT. Esto permitió realizar la secuenciación de la mayor parte del genoma dl virus, identificar los genes, su funcionamiento, y discriminar cuáles serían las secuencias candidatas más aptas para introducir en la célula del maíz con el objetivo de generar el silenciamiento y posterior resistencia al virus. De estos trabajos se generaron dos patentes en los años 2003 y 2004. Paralelamente se establecieron las condiciones de transformación de maíz para contar con el sistema en el momento en que estuvieran listos los plásmidos con las secuencias candidatas.

Con el objetivo de contar con financiamiento para las siguientes etapas se firmó un Convenio de Vinculación Tecnológica con la empresa BIOCERES, a partir de enero de 2003. El convenio involucra las tareas de subclonado de las secuencias del MRCV en los plásmidos que se usarán para la transformación, obtención de plantas de maíz transgénicas, análisis molecular de los eventos y desafío de los mismos con el virus.

Actualmente ya se han obtenido numerosos eventos en forma de callo (in vitro) de los que se han regenerado plantas transgénicas por embriogénesis somática en medio selectivo. Estos eventos, una vez multiplicados, serán desafiados con el virus para seleccionar las de mejor comportamiento en la resistencia a la enfermedad.

Otro de los proyectos en ejecución de biotecnología de maíz es el estudio de la tolerancia a bajas temperaturas que se ha realizado en una gramínea patagónica. Este proyecto, que se desarrolla también en el INTA Castelar (iniciado por la Dra. Puebla y actualmente liderado por la Dra. Heinz) comprende la identificación y clonado de los genes que serían responsables de la tolerancia a frío de la especie Bromus pictus, originaria de la Patagonia Argentina.

El proyecto en desarrollo parte de estudiar cómo crecen naturalmente las especies de plantas nativas en la Patagonia y cómo resisten durante su ciclo de vida a los factores ambientales adversos como bajas temperaturas y sequías. Muchas plantas acumulan hidratos de carbono de reserva (azúcares), dos de ellos son la sacarosa (azúcar común) y los fructanos (polímeros de la fructosa). Se postula que los fructanos cumplen en las gramíneas el doble rol de reserva y de agentes protectores contra las bajas temperaturas y la sequía. Los cereales de invierno (trigo, cebada, centeno, etc.) acumulan estos fructanos, mientras que los de verano, como el maíz, carecen de ellos. Se piensa entonces que estas moléculas podrían tener un rol de protección ante las bajas temperaturas. Se están evaluando los futuros resultados de transferir por ingeniería genética, mediante la obtención de plantas transgénicas, los genes potencialmente responsables de la tolerancia a bajas temperaturas de los pastos patagónicos en cultivos como el maíz. De esta manera, la biotecnología moderna permite abordar este problema desde una nueva perspectiva con el aprovechamiento de nuestra biodiversidad.

Otro de los proyectos en desarrollo es el de la obtención de plantas transgénicas con el fin de producir antígenos y utilizarlas como vacunas orales. En el INTA hay diversos grupos que están desarrollando esta tecnología, como por ejemplo la de antígenos de aftosa en alfalfa. En el caso del maíz se planteó como objetivo obtener vacunas contra la enfermedad de Newcastle. Se trata de una virosis que produce la enfermedad en aves de corral. El proyecto, que se desarrolla en el Instituto de Biotecnología del INTA Castelar (Dras. Carrillo, Berinstein y Vázquez) consiste en transformar plantas de maíz con secuencias que producen las proteínas antigénicas necesarias para inmunizar a las aves contra este virus. El objetivo es producir esta vacuna oral preferentemente en semillas de maíz de tipo flint, ya que es el tipo de granos que se utilizan en la alimentación de este tipo de aves. De esta manera podría administrarse la vacuna directamente en el alimento. Otra ventaja es la facilitad que tendría el manejo de las vacunas ya que no se requeriría conservar la cadena de frío para mantener las dosis en el campo. Ya se han obtenido resultados promisorios en plantas de papa (esta especie se utiliza como modelo experimental) transformadas con los genes involucrados en la vacuna oral.

Así es como en el INTA se desarrollan proyectos con la aplicación de las últimas tecnologías en función de la solución de las problemáticas agropecuarias. Estos desarrollos sin duda se complementan y se sinergizan con los logros obtenidos por todos los grupos de investigación, desarrollo y extensión que conforman nuestra Institución. Los productos que surgirán de estos serán sin duda alguna de interés para el productor agropecuario que los apreciará porque le aportan soluciones, y por el consumidor, que conocerá el origen del desarrollo y la función de estos eventos en la cadena agroalimentaria de nuestro país.

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