Semillas híbridas y GM
Semillas hibridas
Se crea un híbrido cuando dos plantas progenitoras genéticamente diferentes de la misma especie, son polinizadas de forma cruzada. Durante la polinización, el polen del macho fertiliza los gametos de los ovarios femeninos para producir semillas de descendencia. El material genético de las plantas masculinas y femeninas se combina para formar lo que se conoce como semillas híbridas de primera generación (F1).
En naturaleza:
Las plantas con flores han evolucionado diversos mecanismos para producir descendientes con rasgos genéticos variados para una mayor probabilidad de supervivencia en entornos cambiantes.
Dicliny es la ocurrencia de flores unisexuales (en oposición a hermafroditas). Las plantas endémicas transportan flores masculinas y femeninas en plantas separadas (a diferencia de las monoicas, que llevan ambas en la misma planta). Esto obliga a la polinización cruzada a tener lugar.
La dicogamia es la diferencia temporal en la madurez de la antera y el estigma (órganos reproductivos masculinos y femeninos, respectivamente), lo que nuevamente fomenta la polinización cruzada. Protandry se refiere a la dehiscencia (maduración) de la antera antes de que el estigma se vuelva receptivo, mientras que la protoginia puede verse como el escenario opuesto.
La autoincompatibilidad (rechazo del polen de la misma planta) y la herkogamia (separación espacial de las anteras y el estigma) aseguran que se evite la autofertilización.
La autoincompatibilidad se divide en tipos heteromórficos y homomórficos. Las plantas con distilo (2 tipos de flores) o triestilas (3 tipos) de flores heteromórficas, exhiben diferencias visibles en las estructuras reproductivas entre cada tipo. Solo las flores de diferentes tipos son compatibles para la polinización debido al estigma y las alturas de estilo. Las flores homomorfas, aunque morfológicamente iguales (en apariencia), tienen compatibilidades controladas por genes. Cuanto mayor sea la similitud genética entre el polen y los óvulos (gametos femeninos), mayor será la probabilidad de que sean incompatibles con la fertilización. [I]
Uso comercial:
Aunque la hibridación ocurre naturalmente en la naturaleza, los fitomejoradores pueden controlarla para desarrollar plantas con una combinación de rasgos comercialmente deseable. Algunos ejemplos son la resistencia a plagas, enfermedades, deterioro, productos químicos y estrés ambiental como la sequía y las heladas, así como la mejora del rendimiento, la apariencia y el perfil de nutrientes.
Los híbridos se producen en entornos de baja tecnología, como campos de cultivo cubiertos o invernaderos. Ejemplos de nuevos cultivos que solo existen como híbridos incluyen canola, toronja, maíz dulce, melones, sandías sin semillas, tangelos, clementinas, apriums y pluots. [ii] Los cultivos híbridos se investigaron en los EE. UU. en la década de 1920 y en la década de 1930, el maíz híbrido se había utilizado ampliamente. [iii]
La hibridación se originó a partir de las teorías de Charles Darwin y Gregor Mendel a mediados del siglo XIX. El primer método empleado por los granjeros se conoce como desgasificación de maíz, donde el polen de las plantas madre de maíz se extrae y se planta entre hileras de plantas paternas, asegurando la polinización solo a partir del polen paterno. Así las semillas cosechadas de las plantas madre son híbridos. ii La extracción manual de las estructuras de los órganos masculinos de la planta, se conoce como emasculación de la mano.
La modificación del sexo es otro método adoptado por los agricultores para dirigir el fitomejoramiento. La expresión sexual puede ser controlada por factores cambiantes como la nutrición de las plantas, la exposición a la luz y la temperatura y las fitohormonas. Las hormonas vegetales como las auxinas, eterl, erthefón, citoquininas y brassinoesteroides, así como las bajas temperaturas, provocan un cambio hacia la expresión sexual femenina. Los tratamientos hormonales de las giberelinas, el nitrato de plata y la ftalimida, así como las altas temperaturas, tienden a favorecer la masculinidad. yo
Patentes y preocupaciones económicas.
La generación F1 es una variedad única que, cuando se cruza con su propia generación para producir la serie F2, dará como resultado plantas con nuevas combinaciones genéticas aleatorias de ADN parental. Por este motivo, las semillas de F1 otorgan a sus productores derechos de patente, ya que cada año se debe comprar la misma semilla para la siembra.
Aunque son beneficiosas, las semillas híbridas son demasiado caras para su uso en países en desarrollo, ya que el costo de las semillas se combina con el requerimiento de maquinaria costosa para la fertigación y aplicación de pesticidas. los Revolución verde Una campaña destinada a difundir el uso de semillas híbridas para aumentar la producción de alimentos fue en realidad económicamente perjudicial en las comunidades agrícolas rurales. El alto costo de mantenimiento involucrado, obligó a los agricultores a vender sus tierras a los agronegocios, ampliando aún más la brecha entre ricos y pobres.
SEMILLAS GM
La tecnología de ADN recombinante implica el empalme de genes de organismos, incluso de diferentes especies (que nunca podrían reproducirse en la naturaleza), para dar como resultado un organismo "transgénico". En lugar de la reproducción sexual, se utilizan técnicas de laboratorio costosas para crear el organismo modificado genéticamente, o "OGM". ii
Métodos:
Las pistolas genéticas son el método más común para introducir material genético extraño en los genomas de cultivos monocotiledóneos como el trigo o el maíz. El ADN está unido a partículas de oro o tungsteno, que se aceleran a niveles de alta energía y penetran en la pared celular y las membranas, donde el ADN se integra en el núcleo. Una desventaja es que puede causar daño al tejido celular. [Iv]
Las agrobacterias son parásitos de plantas que tienen la capacidad natural de transformar las células de las plantas insertando sus genes en los hospedadores de las plantas.Esta información genética, transportada en un anillo de ADN separado conocido como plásmido, codifica el crecimiento tumoral en la planta. Esta adaptación permite que la bacteria obtenga nutrientes del tumor. Los científicos usan Agrobacterium tumefaciens como un vector para transferir genes deseables a través del plásmido Ti (inductor de tumores) a variedades de plantas dicotiledóneas, como papas, tomates y tabaco. El ADN T (ADN transformante) se integra en el ADN de la planta y estos genes luego son expresados por la planta. [V]
La microinyección y la electroporación son otros métodos para transferir genes al ADN, el primero directamente y el segundo a través de los poros. Recientemente, las tecnologías CRISPR-CAS9 y TALEN se han convertido en métodos aún más precisos de edición de genomas.
Las transferencias de ADN también ocurren en la naturaleza, principalmente en bacterias a través de mecanismos como la actividad de transposones (elementos genéticos) y virus. Así es como muchos patógenos evolucionan para volverse resistentes a los antibióticos. iv
Los genomas de las plantas se modifican para incluir rasgos que no pueden ocurrir naturalmente en la especie. Estos organismos están patentados para su uso en las industrias de alimentos y medicamentos, entre otras aplicaciones biotecnológicas, como la producción de productos farmacéuticos y otros productos industriales, los biocombustibles y la gestión de residuos. ii
Uso comercial:
El primer cultivo "GM" (modificado genéticamente) fue una planta de tabaco resistente a los antibióticos, producida en 1982. Ensayos de campo para plantas de tabaco resistentes a los herbicidas en Francia y EE. UU. Siguieron en 1986 y un año más tarde una empresa belga resistente a insectos diseñada genéticamente tabaco. El primer alimento GM vendido comercialmente fue un tabaco resistente a los virus que ingresó en el mercado de la República Popular China en 1992. iv El ‘Flavr Savr’ fue el primer cultivo GM vendido comercialmente en los EE. UU. En 1994: un tomate resistente a la pudrición desarrollado por Calgene, una empresa que luego fue comprada por Monsanto. El mismo año, Europa aprobó su primer cultivo de ingeniería genética para ventas comerciales, un tabaco resistente a los herbicidas. ii
Las plantas de tabaco, maíz, arroz y algodón se han modificado agregando material genético de la bacteria Bt (Bacilo Thuringiensis) para incorporar las propiedades resistentes a los insectos de la bacteria. La resistencia al virus del mosaico del pepino, entre otros patógenos, se ha introducido en los cultivos de papaya, papa y calabaza. Los cultivos "Round-up Ready", como la soya, pueden sobrevivir a la exposición al herbicida que contiene glifosato conocido como Round-up. El glifosato mata las plantas interrumpiendo sus rutas metabólicas que sintetizan aminoácidos. iv
Los perfiles de nutrientes de las plantas se han mejorado para los beneficios para la salud humana, así como para mejorar la alimentación del ganado. Los países que dependen de los cultivos de semillas y leguminosas que, naturalmente, carecen de aminoácidos, producen semillas transgénicas con niveles más altos de aminoácidos lisina, metionina y cisteína. El arroz enriquecido con betacaroteno se ha introducido en países asiáticos donde la deficiencia de vitamina A es una causa común de problemas de visión en niños pequeños.
El cultivo de plantas es otro aspecto de la ingeniería genética. Este es el uso de plantas modificadas cultivadas en masa para la producción de productos farmacéuticos como las vacunas. Las plantas como el berro, el tabaco, la papa, el repollo y la zanahoria son las plantas más utilizadas para la investigación genética y la recolección de compuestos útiles, ya que las células individuales pueden eliminarse, alterarse y cultivarse en cultivos de tejidos para convertirse en una masa de células indiferenciadas, llamada callo. Estas células de callos aún no se han especializado en la función y pueden formar una planta completa (un fenómeno conocido como totipotencia). Dado que la planta se desarrolló a partir de una única célula alterada genéticamente, toda la planta consistirá de células con el nuevo genoma y algunas de sus semillas producirán descendientes con el mismo rasgo introducido. v
Debates éticos y efectos económicos.
Para 1999, dos tercios de todos los alimentos procesados en los Estados Unidos contenían ingredientes GM. Desde 1996, la superficie total de la tierra cultivando OMG se ha multiplicado por 100. La tecnología de GM ha resultado en grandes aumentos en los rendimientos de los cultivos y en las ganancias de los agricultores, así como en la reducción del uso de pesticidas, especialmente en los países en desarrollo. ii Los fundadores de la ingeniería genética de cultivos, a saber, Robert Fraley, Marc Van Montagu y Mary-Dell Chilton, recibieron el Premio Mundial de Alimentos en 2013 por mejorar la "calidad, cantidad o disponibilidad" de los alimentos a nivel internacional. iv
La producción de OGM sigue siendo un tema controvertido y los países difieren en su regulación de los aspectos de patentes y comercialización. Las preocupaciones planteadas incluyen la seguridad para el consumo humano y el medio ambiente y la cuestión de que los organismos vivos se conviertan en propiedad intelectual. El Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología es un acuerdo internacional sobre normas de seguridad relativas a la producción, transferencia y uso de OGM. ii
