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Clonación de plantas a través de semillas

Muchos de los cultivares más productivos y resistentes son el resultado del cruce de dos variedades genéticamente diferentes, cada uno con sus propios genes beneficiosos. Sin embargo, esta combinación de genes que hace que el híbrido sea tan robusto desaparece en la siguiente generación debido a que los genes se mezclan y forman nuevas combinaciones durante la formación de los gametos y la reproducción sexual. Entonces, si nos ponemos a pensar en una forma de preservar esta combinación genética beneficiosa, generación tras generación, la respuesta sería la clonación.

Muchos investigadores han buscado la forma de clonar preciados híbridos en grandes cantidades. En el laboratorio, se pueden clonar fácilmente las plantas a través del cultivo de tejidos vegetales in vitro, usando medios de cultivo especiales que transforman cualquier célula somática en un embrión capaz de producir una nueva planta, con una carga genética idéntica al de la planta original. Este proceso es conocido como embriogénesis somática.

Sin embargo, este proceso sería muy costoso como para llevarlo a cabo a gran escala. La forma más viable de obtener clones sería a través de la producción de semillas. Pero, como mencionamos anteriormente, las semillas son el resultado de la unión de los gametos masculinos presentes en el polen con los gametos femeninos presentes en el pistilo. Los gametos se forman a través de un mecanismo de división celular conocido como meiosis en el cual ocurre la recombinación genética. Las semillas tendrán diferentes combinaciones de los genes del padre y de la madre.

Entonces, ¿por qué no cruzamos la planta consigo misma (autofecundación) para así mantener la misma carga genética? El problema es que muchas plantas tienen mecanismos que evitan que su propio polen fecunde sus óvulos (autoincompatibilidad). Por otro lado, cuando hacemos la autofecundación, con el tiempo vamos a perder la heterocigosidad de nuestra planta, las mutaciones deletéreas recesivas se acumularán y se expresarán en el fenotipo, perdiendo el vigor de nuestro híbrido.

Un grupo de científicos liderados por el Dr. Mohan Marimuthu del Centro para la Biología Celular y Molecular de la India reportaron en Science el desarrollo de un método para obtener clones a través de semillas, algo que sin dudas revolucionará la agricultura porque se podrá mantener el vigor del híbrido indefinidamente.

De manera natural, ciertas plantas pueden desarrollar semillas sin la necesidad de meiosis ni de fecundación a través de un proceso conocido como apomixis. En la apomixis se forma un gameto femenino diploide gracias a un tipo especial de división celular conocida como apomeiosis. La apomeiosis no reduce a la mitad la carga genética del gameto, manteniendo la carga genética completa de la planta madre. Luego, este gameto diploide (2n) se transforma en un embrión mediante un mecanismo conocido como partenogénesis. Este tipo de reproducción asexual permite obtener clones de la planta madre de manera natural; lamentablemente, la apomixis no se da en las principales plantas cultivadas.

Hace un par de años, investigadores franceses lograron activar la apomeiosis en Arabidopsis thaliana. Para ello desarrollaron un triple mutante al cual llamaron MiMe  (Mitosis en vez de Meiosis). Los genes mutados eran: OSD, gen responsable de que se de la meiosis II, que es donde se reduce la carga genética a la mitad; AtSPO, gen responsable de la recombinación genética (crossing-over) pero provoca una segregación desbalanceada de los cromosomas; y AtREC, gen responsable de cambiar la meiosis I por una mitosis. Combinando estos tres mutantes obtenemos una apomeiosis porque evitamos que se de la recombinación genética y generamos gametos diploides. En el 2008, Ravi et al. lograron inducir la apomeiosis en A. thaliana mutando el gen DYAD/SWITCH1 (SWI1).

 

Así que, en el presente trabajo, Marimuthu et al. usaron estos dos mutantes —MiMe y dyad— para generar gametos diploides. Pero, para poder producir una semilla debe haber fecundación. Digamos que un gameto diploide femenino es fecundado por un gameto masculino, la semilla resultante será triploide (3n). La carga genética de esta semilla no será igual al de la planta madre ya que tendrá un juego de cromosomas extra. Entonces, ¿cómo podríamos generar una semilla clonal diploide mediante la fecundación?

GEMLo que hicieron Marimuthu y sus colaboradores fue usar otro mutante el cual elimina los cromosomas del gameto después de haber ocurrido la fecundación. Marimuthu et al. mutaron el gen CENH3. Este gen codifica para una histona relacionada con los centrómeros de los cromosomas. Cuando esta histona está mutada, los cromosomas no pueden ser segregados a las células hijas y terminan siendo eliminados. En otras palabras, la carga genética del gameto que porta el mutante cenh3 será eliminado después de la fecundación, así que sólo quedará una semilla diploide con la carga genética de la planta madre —un clon. A este mutante lo llamaron GEM.

Los investigadores hicieron pruebas de cruces entre GEM X dyad y GEM X MiMe. El cruce que mostró mejores resultados fue GEM(♂) X MiMe(♀) ya que se obtuvieron en promedio 14 semillas viables por fruto, de las cuales el 34% fueron diploides y el 98% de ellas tuvieron sólo los cromosomas maternales, demostrando que el mutante GEM tiene la capacidad de eliminar los cromosomas paternales. Por otro lado, también se probó cruces de GEM(♀) X MiMe(♂), obteniéndose semillas de origen paternal. A pesa de que este último cruce mostró una menor cantidad de semillas viables por fruto, debido a la sensibilidad de A. thaliana al exceso de genoma paternal, se pudo demostrar que se pueden obtener semillas clonales maternales y paternales.

Para terminar, este estudio demuestra que una reproducción clonal a través de semillas puede ser inducida en plantas sexuales a través de la mutación de genes conservados que tienen que ver con la meiosis y la segregación de cromosomas. Este mismo principio podría ser aplicado a otras plantas de importancia agronómica para poder mantener las características beneficiosas de un determinado híbrido. Esta técnica también permite conservar la heterocigosidad de la planta, manteniendo constante la variabilidad genética y los agricultores ya no tendrán que comprar semillas nuevas para cada cosecha, bastará con almacenarlas como lo hacen tradicionalmente, con la seguridad que su rendimiento y productividad seguirá siendo la misma generación tras generación.


Referencia:

ResearchBlogging.orgMarimuthu, M., Jolivet, S., Ravi, M., Pereira, L., Davda, J., Cromer, L., Wang, L., Nogue, F., Chan, S., Siddiqi, I., & Mercier, R. (2011). Synthetic Clonal Reproduction Through Seeds Science, 331 (6019), 876-876 DOI: 10.1126/science.1199682

Comentarios

  1. ps k son pendejadas
    lo de simos los de lña telesecundaria

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  2. parce, la informacion esta mal jaja

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