400 puntos por literatura en inglés sobre cultivo de tejidos vegetales.
R. Daniel Lineberger
Profesor de Horticultura
Universidad de Texas A&M. m University
College Station, TX 77843
El webmaster de Agriculture College Station (operación a escala comercial) está trabajando actualmente en manzanas, manzanos silvestres, azaleas y algunas otras flores de especies leñosas seleccionadas. . El propósito de este último estudio fue examinar brevemente “lo que se está haciendo” y explorar “lo que se puede hacer” con respecto al cultivo de tejidos de plantas ornamentales. Esta consideración incluye necesariamente una visión general del cultivo de tejidos como herramienta de propagación. Sin embargo, el principal impacto del cultivo de tejidos vegetales no ha sido en el campo de la micropropagación, sino en el campo de la manipulación controlada de plantas a nivel celular en formas que no eran posibles antes de la introducción de la tecnología de cultivo de tejidos.
El arte y la ciencia de la micropropagación
De todos los términos aplicados a este proceso, el término "micropropagación" transmite mejor información sobre la técnica de cultivo de tejidos más utilizada en la actualidad. El prefijo "micro" suele referirse al pequeño tamaño del tejido utilizado para la propagación, pero también puede referirse al tamaño de la planta resultante.
La micropropagación permite la producción de un gran número de plantas a partir de pequeños parches de plantas originales en un período de tiempo relativamente corto. Dependiendo de la especie en cuestión, los bloques de tejido crudo se pueden tomar de puntas de brotes, hojas, yemas laterales, tallos o tejido de raíces (Figura 1). En la mayoría de los casos, la planta original no se destruye durante el procesamiento, lo cual es un factor bastante importante para los propietarios de plantas raras o inusuales. Una vez que las plantas se colocan en cultivo de tejidos, la proliferación de yemas laterales y adventicias (Figura 2) o la diferenciación directa de yemas de callos (Figura 3) da como resultado un aumento significativo en la cantidad de yemas disponibles para enraizar. Los "microesquejes" o "plántulas" enraizados de muchas especies ya están establecidos en producción y se han cultivado con éxito en contenedores o en plantaciones de campo. Las dos lecciones más importantes aprendidas de estos ensayos son que este método es un medio para acelerar la propagación vegetativa y que las plantas producidas mediante estas técnicas responden de manera similar a cualquier planta que se propague vegetativamente a partir de sus propias raíces. La micropropagación ofrece varias ventajas distintas que las técnicas de propagación tradicionales no pueden ofrecer. Un solo explante puede propagarse en miles de plantas en menos de un año. Para la mayoría de las especies, la obtención de explantes de tejido crudo no destruye la planta madre. Una vez establecidos, los cultivos que se dividen activamente son una fuente continua de microdisección, lo que puede conducir a la producción de plantas en condiciones de invernadero sin interrupciones estacionales. Utilizando métodos de micropropagación, los trabajadores de los viveros pueden introducir rápidamente un número suficiente de clones seleccionados de plantas ornamentales superiores para tener un impacto en el mercado de plantas de jardín.
Mejora de plantas mediante cultivo de tejidos
Al presentar esta última investigación, se mencionó que el principal impacto de la tecnología de cultivo de tejidos no está en el campo de la micropropagación, sino en las plantas a nivel celular. nivel. El campo en el que se controla el germoplasma. La capacidad de desordenar, reorganizar y recombinar componentes de plantas superiores se ha demostrado hasta ahora con unos pocos sistemas modelo, pero esta investigación básica se ha realizado en árboles y arbustos ornamentales con el objetivo de obtener nuevas y mejores plantas paisajísticas.
Seleccionar plantas con mayor resistencia al estrés o a las plagas
Quizás el área del cultivo de tejidos más investigada en la actualidad es el concepto de selección de plantas resistentes a enfermedades, resistentes a insectos o tolerantes al estrés. plantas mediante cultivo de tejidos. Así como la aptitud de muchas especies se ha mejorado significativamente mediante la selección y reproducción de individuos superiores, el uso de sistemas in vitro puede acelerar enormemente el estudio de estos individuos superiores. Dichos sistemas podrían intentar explotar la variabilidad natural que se sabe que ocurre en las plantas, o la variabilidad podría ser inducida por agentes químicos o físicos que se sabe que causan mutaciones.
Todos aquellos familiarizados con el movimiento de las yemas, las hojas abigarradas y otros tipos de mosaicos aprecian la variabilidad natural en la composición o expresión de los genes de las plantas. El quimerismo es una expresión celular alterada visible, pero para cada una de las observadas, puede haber más diferencias, pero están enmascaradas por el tejido general de la planta. Por ejemplo, incluso en especies tolerantes al frío, ciertas células o grupos de células pueden ser resistentes al frío. Sin embargo, debido a que la mayoría de los organismos mueren por las heladas, las células tolerantes eventualmente mueren porque no pueden sustentarse sin el resto del tejido vegetal. El tejido vegetal cultivado en tubos de ensayo puede liberarse del tejido de toda la planta mediante la formación de callos. Si estas poblaciones de células se someten a un ensayo selectivo, como la congelación, entonces aquellas que sean resistentes pueden sobrevivir, mientras que todas las células susceptibles morirán.
Este concepto se puede aplicar a muchos tipos de estrés y resistencia a patógenos fúngicos y bacterianos y a varios tipos de agentes químicos fitotóxicos. El objetivo al seleccionar tales líneas celulares resistentes es reconstituir a partir de ellas plantas enteras que mantendrán la resistencia seleccionada (Fig. 4). La investigación actual en esta área abarca muchos intereses, incluidos intentos de seleccionar líneas de tomate tolerantes a la sal, plantas de tabaco resistentes a las heladas, cultivos resistentes a los herbicidas y una variedad de plantas con mayor resistencia a los patógenos. ¡Imagínese, si lo desea, el impacto de un peral Bartley tolerante al fuego, un clon de roble para suelos alcalinos o una selección de magnolias del sur resistentes a la zona 4!
Cultivo de tejidos y plantas libres de patógenos
Otro propósito para el que el cultivo de tejidos vegetales es particularmente adecuado es la adquisición, el mantenimiento y la propagación masiva de plantas libres de patógenos específicos. El concepto detrás del Índice de Plantas Libres de Plagas está estrechamente relacionado con el concepto de utilizar el cultivo de tejidos como sistema de selección. Los tejidos vegetales que se sabe que están libres del patógeno en cuestión (virus, bacterias u hongos) se seleccionan físicamente como explantes para el cultivo de tejidos. En la mayoría de los casos, elija la cúpula apical de una punta de vástago que se alarga rápidamente (Figura 5). Se les permite expandirse y multiplicarse en condiciones estériles en cultivo in vitro (Figura 6), y las plántulas resultantes se analizan para detectar la presencia de patógenos (un procedimiento llamado indexación). Los cultivos expuestos a la presencia de patógenos se destruyen, mientras que aquellos indexados como libres de patógenos se retienen como reserva de material libre de patógenos. Se han utilizado con éxito métodos similares a estos para obtener plantas libres de virus de muchas especies y plantas libres de bacterias de especies que se sabe que padecen ciertas enfermedades de las manchas foliares. El impacto de obtener plántulas libres de patógenos sólo puede ser especulativo, ya que pocos estudios han documentado la propagación de enfermedades virales, bacterianas o fúngicas mediante la propagación de plantas ornamentales leñosas.
Hibridación somática
La capacidad de fusionar células vegetales de especies potencialmente incompatibles como un híbrido sexual, y la capacidad de las células vegetales de asimilar e integrar código genético extraño, pasarán a través de los tejidos. El campo del cultivo para la modificación de plantas se extiende hasta los límites de la imaginación. La mayoría de estas operaciones se realizan con "protoplastos" vegetales. Los protoplastos son células individuales cuyas paredes celulares han sido eliminadas mediante un tratamiento enzimático. Una sola hoja tratada en estas condiciones puede producir decenas de millones de células individuales, cada una de las cuales, en teoría, podría dar lugar a una planta completa. El concepto ha suscitado especulaciones que van desde la posibilidad de obtener maíz fijador de nitrógeno hasta el descubrimiento de una violeta africana de flores amarillas.
La observación que motivó gran parte de esta investigación es que cuando las células son despojadas de sus paredes celulares y puestas en estrecho contacto, tienden a fusionarse entre sí (Figura 7). Esta "hibridación somática" no sufre los problemas de incompatibilidad que limitan las estrategias tradicionales de fitomejoramiento. Posiblemente se podrían cruzar las bayas de junio con manzanos silvestres o ciruelas, pero aún no se ha realizado la investigación básica necesaria para demostrar este evento.
El potencial de la hibridación somática para generar nuevas combinaciones de material genético ha sido demostrado en los géneros Petunia y Nicotiana. La investigación financiada en parte por el Instituto de Investigación de Horticultura de la Universidad de Washington está investigando la viabilidad de utilizar esta técnica en especies leñosas. Brent McGown y sus colegas han obtenido con éxito células desnudas de cultivos de tejidos de abedul y rododendro, pero hasta ahora no han obtenido plantas a partir de células individuales ni han logrado la fusión celular. Sin embargo, futuras investigaciones en esta área prometen tener un gran impacto en nuestros conceptos sobre la diversidad de plantas leñosas. Tan convincente como la idea de fusionar protoplastos vegetales es la idea de incorporar material genético extraño al código genético de las células vegetales. Esta transformación se ha llevado a cabo en los llamados experimentos de "empalme de genes", en los que la información para producir insulina se integra en bacterias. No sólo se transmite la información necesaria a la siguiente generación de bacterias, sino que el cultivo bacteriano también se convierte en un sintetizador de insulina. Se puede hacer que las células vegetales reciban un código genético extraño, pero no hay evidencia de que este código genético pueda transmitirse a las células hijas y realizar la función prevista. Por ejemplo, ¿qué pasaría si la información genética necesaria para acumular niveles muy altos de azúcar se integrara en un clon de arce azucarero? ¡Se puede pensar bastante si esta categoría está llena de volúmenes serios!
Resumen
La investigación en cultivo de tejidos vegetales es multidimensional. Si bien la mayoría de los propietarios de viveros ya conocen las técnicas y ventajas de la micropropagación, pocos se aventuran a utilizarla como herramienta de propagación. Se ha demostrado la idoneidad de la micropropagación de árboles leñosos, ya que todos los aspectos de la tecnología confirman el hecho de que los árboles producidos con este método tienen un aspecto y un crecimiento similares a los árboles producidos con métodos de clonación tradicionales.
Otros aspectos de la investigación del cultivo de tejidos son menos conocidos. El potencial para seleccionar plantas libres de patógenos, el potencial para seleccionar clones de plantas tolerantes al estrés y resistentes a patógenos, y nuevas combinaciones genéticas a través de la hibridación somática son direcciones de investigación que podrían tener un profundo impacto en la industria de los viveros.