La mejora de las plantas mediante ingenier¨ªa gen¨¦tica
Se anuncia una nueva generaci¨®n de especies vegetales sin necesidad de abono y resistente a las plagas
Los alimentos que consumimos y el ox¨ªgeno del aire que respiramos los producen en su mayor¨ªa las plantas verdes. Sin ellas, la vida de los animales y de las personas no ser¨ªa posible sobre la Tierra. Igual que animales y hombres dependen de las plantas verdes para su sustento, ¨¦stas necesitan la colaboraci¨®n de ciertos microbios para obtener uno de los componentes de la materia viva, el nitr¨®geno. Hoy d¨ªa, los avances de la ingenier¨ªa gen¨¦tica permiten pensar en obtener plantas que puedan utilizar el nitr¨®geno de la atm¨®sfera, plantas que no necesitar¨ªan abonos. ?sta es s¨®lo una de las posibilidades que brindan las t¨¦cnicas de ingenier¨ªa gen¨¦tica aplicadas a las plantas.
El nitr¨®geno es un elemento qu¨ªmico es muy abundante en la atm¨®sfera, forma el 78% del volumen del aire. Sin embargo, el nitr¨®geno atmosf¨¦rico no puede ser usado por las plantas, necesita convertirse en una forma asimilable por ellas, sea nitrato, amonio o urea. Es, como si dij¨¦semos, una forma de digesti¨®n del nitr¨®geno atmosf¨¦rico crudo que permite su incorporaci¨®n a la planta.Esta transformaci¨®n del nitr¨®geno del aire en otra forma utilizable por las plantas s¨®lo es realizada por algunos microbios, no hay ninguna planta capaz de hacerlo ella sola, y por eso las plantas dependen de los microbios del suelo para su desarrollo.
Algunas plantas, las leguminosas (lentejas, garbanzos, alfalfa, etc¨¦tera) poseen un m¨¦todo de cooperaci¨®n con determinadas bacterias, principalmente del g¨¦nero llamado rhizobium, por el cual la bacteria le suministra a la planta nitr¨®geno ya preparado para su asimilaci¨®n, y la planta le cede a la bacteria otros compuestos, az¨²cares en su mayor¨ªa, que la alimentan. El resto de las plantas es incapaz de efectuar este tipo de ayuda mutua con una bacteria y necesita que se le suministre artificialmente el nitr¨®geno asimilable en forma de abonos.
A lo largo de la historia de la agricultura el hombre ha aprendido a a?adir estos compuestos nitrogenados, as¨ª como a practicar el cultivo rotatorio, plantando leguminosas en a?os alternos para conseguir que el exceso de nitr¨®geno asimilable afirnente a los cultivos del mismo campo en el a?o siguiente.
El aprendizaje intuitivo de los agricultores y en este ¨²ltimo siglo la aplicaci¨®n de los conocimientos de la gen¨¦tica vegetal han logrado mejorar muchas de las caracter¨ªsticas naturales de las plantas y aumentar la productividad de los cultivos m¨¢s importantes. As¨ª, el rendimiento por hect¨¢rea del trigo se ha duplicado en los ¨²ltimos 40 a?os, siendo a¨²n superior la mejora obtenida en otros cultivos, como el ma¨ªz.
Pese a todos estos avances de la agricultura y la gen¨¦tica, no ha sido posible obtener plantas capaces de utilizar el abundante nitr¨® geno de la atm¨®sfera, pues para eflo necesitar¨ªan contener en sus caracteres hereditarios, los cient¨ªficamente llamados genes, aquellos que dirigen la transformaci¨®n del nitr¨®geno en otras formas asimilables. Estos genes s¨®lo se encuentran en los rhizobium y sus parientes del mundo de las bacterias.
Para que las plantas puedan aprovechar el nitr¨®geno atmosf¨¦rico de igual forma que lo hacen los rhizobium se piensa introducir en la planta los genes que en la bacteria contienen la informaci¨®n necesaria para efectuar el proceso. Esta manipulaci¨®n no era posible utilizando los procesos de selecci¨®n de la gen¨¦tica vegetal cl¨¢sica, basados en la selecci¨®n de individuos.
La ingenier¨ªa gen¨¦tica permite manipular los genes mismos. Esto permite pensar que la obtenci¨®n de plantas que no necesiten abonos est¨¢ relativamente cerca: al menos, se poseen los conocimientos y las t¨¦cnicas necesarias para intentarlo.
?C¨®mo es posible introducir los genes de una bacteria en el material hereditario -t¨¦cnicamente llamado DNA- de una c¨¦lula vegetal? Investigaciones efectuadas en Alemania Occidental, B¨¦lgica, Holanda y Estados Unidos han descubierto la existencia de unos ingenieros gen¨¦ticos naturales capaces de introducir DNA dentro de las plantas: se trata de otras bacterias, llamadas agrobacterium. Las agrobacterium, sin embargo, no pueden suministrarle a la planta ning¨²n compuesto que a ¨¦sta le sea ¨²til; en estas condiciones la planta no desarrolla mecanismos que permitan la convivencia con la bacteria.
La mejora de las plantas mediante ingenier¨ªa gen¨¦tica
El truco que emplea la bacteria para forzar a la planta a producir compuestos que sirvan como alimento consiste en introducir varios genes en la c¨¦lula vegetal que se incorporan a su DNA y modifican el desarrollo de la planta. Por un lado, algunos de estos genes estimulan la proliferaci¨®n de la c¨¦lula vegetal formando una agalla -el equivalente en las plantas a los tumores de los animales-, y por eso este tipo de gen puede tambi¨¦n denominarse oncog¨¦n.Otro de los genes que la bacteria transfiere a la planta dirige la formaci¨®n de una sustancia nutritiva llamada opina, que s¨®lo puede ser asimilada por agrobacterium. Estos genes transmitidos por agrobacterium a la planta se parecen mucho a los elementos gen¨¦ticos m¨®viles, ya que pueden incorporarse al DNA de especies vegetales diversas en lugares asimismo variables. Los elementos gen¨¦ticos m¨®viles -cuyo descubrimiento por Barbara Mac Clintock en los a?os cuarenta fue premiado con la concesi¨®n del Nobel en 1983- utilizan para introducirse en otras mol¨¦culas de DNA las propiedades de sus extremos; en estos extremos se localizan las estructuras que les distinguen de otros elementos gen¨¦ticos que no poseen la propiedad de ser m¨®viles. Se ha visto que puede alterarse la composici¨®n interna del elemento m¨®vil sin afectar las propiedades de movilidad.
Elementos gen¨¦ticos m¨®viles
El elemento m¨®vil es tomo un vag¨®n de tren: posee dos sitios para engancharse en el convoy, pero su contenido puede ser muy variable.
Supongamos un vag¨®n de tren que llegue a una de las estaciones de Renfe cargado de aparatos con unas detalladas instrucciones en japon¨¦s: de poco nos pueden servir los aparatos si no conseguimos un traductor. Si la intenci¨®n de quien env¨ªa el vag¨®n es que le compremos sus aparatos, se habr¨¢ asegurado de que entre las instrucciones haya una versi¨®n igual de detallada en castellano. Esta misma estrategia la utiliza el agrobacterium: las instrucciones para leer los genes del elemento gen¨¦tico m¨®vil est¨¢n en un lenguaje comprensible por la c¨¦lula vegetal.
Varios grupos de investigadores han aprovechado estas caracter¨ªsticas del DNA que transfiere el agrobacterium a la planta para introducirle y hacerle expresar a la c¨¦lula vegetal algunos genes que no pose¨ªa; para ello han sustituido algunos genes de los contenidos en el elemento gen¨¦tico m¨®vil de agrobacterium -al que los cient¨ªficos llaman TDNA-, as¨ª como las instrucciones necesarias para su correcta lectura en la planta.
Ya hemos dicho que entre los genes que transfiere el agrobacterium se encuentran oncogenes vegetales; una de las primeras manipulaciones realizadas antes de poder introducir otros genes ha consistido en inactivar estos oncogenes indeseables. Para todo esto se han utilizado las t¨¦cnicas m¨¢s sofisticadas de la ingenier¨ªa gen¨¦tica y a continuaci¨®n se han aplicado los nuevos m¨¦todos de regeneraci¨®n de plantas a partir de c¨¦lulas aisladas.
Manipulaci¨®n de los caracteres hereditarios
Esto ¨²ltimo ha sido necesario por ser el n¨²mero de c¨¦lulas que componen una planta adulta tan elevado que ser¨ªa imposible ir cambiando un gen determinado a todas y cada una de las c¨¦lulas de la planta ya crecida. Los genes poseen una propiedad muy interesante: una vez dentro de las estructuras que contienen los caracteres heredables, las c¨¦lulas poseen mecanismos para reproducirlos antes de pasar a dividir se para formar dos c¨¦lulas hijas, y esto ocurre cada vez que la c¨¦lula se multiplica; as¨ª se asegura que todas las descendientes de una c¨¦lula poseen todos los ca racteres hereditarios de la antecesora.
Hoy d¨ªa se puede conseguir que c¨¦lulas aisladas se multipliquen en un tubo de ensayo y a partir de ellas se puede regenerar una min¨²scula planta capaz de crecer hasta el tama?o de las plantas adultas. De esta manera, es suficiente con introducir los genes deseados en unas pocas c¨¦lulas, las cuales regenerar¨¢n en ¨²ltimo t¨¦rmino una planta completa que contendr¨¢ esos genes en todas sus c¨¦lulas.
Las plantas regeneradas a partir de estas c¨¦lulas manipuladas son, as¨ª, capaces de producir compuestos que hasta el momento s¨®lo pod¨ªan producirse en otras plantas, e incluso algunos cuya producci¨®n s¨®lo era posible en bacterias. La conversi¨®n del nitr¨®geno del aire en compuestos nitrogenados asimilables depende, como ya dec¨ªamos, de un sistema de rhizobium, mucho m¨¢s complejo que los sistemas modelo manejados hasta el momento en agrobacterium, pero al menos se ha abierto la posibilidad de manipular los caracteres hereditarios de la planta de una forma directa; no parece hoy d¨ªa imposible llegar en un futuro no muy lejano a la obtenci¨®n de vegetales que no necesiten abonos o los necesiten en menor cantidad. De forma similar, parece posible modificar gen¨¦ticamente algunas plantas para resistir plagas o para producir sustancias dulces o de mayor valor nutritivo.
es colaborador cient¨ªfico del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas, coordina el Programa de Ingenier¨ªa Gen¨¦tica de este organismo y dirige investigaciones para conseguir un sistema de transferencia de genes en el olivo.
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