sábado, 24 de septiembre de 2011

CONSERVACION DE GERMOPLASMA Y VARIACION SOMACLONAL


 ž  ANTECEDENTES
 Conservación de recurso genético
ž Biodiversidad vegetal como fuente de alimentos, aceites, lubricantes, gomas, resinas, ceras, colorantes, fibra, energía, sustancias aromáticas y principios medicinales, ornamentales y por su valor ecológico como indicador y elemento restaurador de situaciones ambientales degradadas
ž  Según datos del World Conservation Monitoring Center el 12,5% del total aproximado de 250.000 especies vegetales conocidas en nuestro planeta se encuentra en peligro de extinción.
ž  Gran cantidad de especies vegetales están desapareciendo antes de ser identificadas o de que sus propiedades sean mínimamente evaluadas.
ž  Solo el 10 % de las especies vegetales han sido evaluadas por su potencial agronómico o medicinal, por lo que existen un gran número de cultivos y principios medicinales por descubrir
ž  La conservación toma especial relevancia en nuestros días dado el acelerado proceso de degradación ambiental en el que vivimos. 
ž  En el Neolítico, con el comienzo de la agricultura y el asentamiento de las poblaciones, el crecimiento y la presión de la población llevó al reconocimiento de la necesidad de conservar los recursos biológicos con objeto de asegurar un abastecimiento sostenible de alimento para la comunidad
ž  Las señales de alarma comenzaron a tomarse en serio a mediados de los años sesenta, al descubrirse que el alto ritmo de desplazamiento de variedades primitivas cultivadas por la introducción de nuevos cultivares y con esto el monocultivo, estaba llevando a un rápido estrechamiento de la base genética de las especies vegetales
La toma de conciencia de esta situación determinó la puesta en marcha de medidas para la conservación de los recursos fitogenéticos
ž  Hoy en día, la conservación de recursos genéticos es aceptada de forma generalizada como una responsabilidad social, dentro del contexto mucho más amplio de preservación de la biodiversidad.
ž  La preocupación por la pérdida de la biodiversidad vegetal y la necesidad de tomar medidas para frenarla quedó especialmente patente en la firma del Convenio sobre Diversidad Biológica con ocasión de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y Desarrollo celebrada en Río de Janeiro (UNCED, 1992).

ž  CONSERVACION

ž GENICA
 ORGANISMICA
ž  ECOLOGICA

“Se considera que la forma más lógica y el método más económico de conservar una entidad biológica es dentro del ecosistema del que forma parte”..

ž  CONSERVACION IN SITU
ž  Adecuada protección y gestión de los ecosistemas
ž  Marcos legales de protección de las áreas y hábitats pertinentes
ž  Conflictos de interés con actividades humanas
ž  Falta de información sobre la biología de las especies a conservar
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CONSERVACION EX SITU
ž  Las técnicas de conservación ex situ constituyen componentes críticos en un programa de conservación global
ž  Complementan la conservación in situ almacenando a largo plazo germoplasma representativo de las poblaciones, permitiendo un mejor conocimiento de las características anatómicas, fisiológicas y bioquímicas del material almacenado, y proporcionando propágulos para su utilización en programas educativos, programas de mejora genética de especies cultivadas y en planes de reforzamiento, reintroducción o introducción
ž  Los métodos de conservación ex situ implican la recolección de muestras representativas de la variabilidad genética de una especie y su mantenimiento fuera de las condiciones naturales en las que la especie ha evolucionado. Las ventajas que proporcionan estos métodos son control directo sobre el material, fácil accesibilidad y disponibilidad
ž  Elementos esenciales: Almacenamiento o preservación del germoplasma y el desarrollo de métodos que posibiliten su propagación.
ž  Documentación y la caracterización del germoplasma almacenado
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ALMACENAMIENTO DE GERMOPLASMA

ž  COLECCIONES DE PLANTAS:
                Las colecciones de plantas constituyen el método tradicional de conservación ex situ de recursos fitogenéticos. Bajo esta denominación se pueden considerar tanto los jardines botánicos como las colecciones de plantas en campo.
ž  En la actualidad hay cerca de 1.500 jardines botánicos por todo el mundo, de los cuales más de 500 desarrollan actividades de conservación. Los jardines botánicos cultivan alrededor de 80.000 especies, de las cuales un 10 % se encuentra en peligro de extinción

ž  BANCOS DE GERMOPLASMA
                Centros orientados al almacenamiento mediante propágulos de una parte representativa de la variabilidad genética correspondiente a una determinada especie. 

BANCOS DE SEMILLAS

Ortodoxas:
  Se desecan hasta un contenido de humedad de 3-7 %
  Se cuentan y se ensaya su viabilidad antes de colocarlas en recipientes.
  Recipientes: tarros de vidrio, tubos de ensayo, latas  metálicas herméticas y bolsas de aluminio laminado
  Almacenamiento a temperaturas comprendidas entre 5° y – 20 °
 En la conservación a largo plazo las semillas se almacenan normalmente a –18 °, mientras que en la  conservación a medio plazo se utiliza una temperatura de 0 a 10 °
Crioconservacion : T° inferiores a -130°C

Conservación de semillas recalcitrantes
 Se conservan a una temperatura tan baja como sea posible bajo condiciones que mantengan un contenido de humedad de las semillas ligeramente superior al límite crítico y aseguren un aporte de oxígeno para la respiración
Otro método de conservación consiste en separar los ejes embrionarios de los cotiledones, desecarlos y almacenarlos en nitrógeno líquido. La recuperación de la planta tras el almacenamiento es mediante técnicas de cultivo in vitro.

ž  Bancos de cultivo in vitro
                a) obtención del explante
                b) establecimiento del cultivo
                c) almacenamiento
                d) recuperación de un cultivo viable
                e) regeneración de plantas

La conservación in vitro a largo plazo consta del almacenamiento del material cultivado bajo condiciones de crioconservación.


ž  Bancos de genes o bancos de ADN :

Pequeña cantidad de material vegetal necesaria para su almacenamiento y la posibilidad de transferir genes a genotipos o especies relacionadas.
El ADN extraído de individuos de una determinada población se almacena a bajas temperaturas (congeladores a –80°C o tanques de nitrógeno líquido)

ž  Bancos de polen y bancos de yemas vegetativas:
El almacenamiento se realiza a bajas temperaturas, siendo aplicables las técnicas de crioconservación.
Los bancos de polen tienen la ventaja de que requieren un mínimo espacio y resultan aplicables tanto a especies con semillas ortodoxas como a especies con semillas recalcitrantes.
Los bancos de yemas vegetativas se utilizan en la actualidad en la conservación de clones de especies frutales y requieren la puesta a punto de la técnica de injerto sobre planta patrón.
Esta técnica podría ser aplicable a determinados casos de especies arbustivas o arbóreas en peligro de extinción.

VARIACION SOMACLONAL

ž  Definicion (Larkin y Scowcroft, 1981)

El cultivo in vitro puede ser un proceso muy estresante para la célula e involucra procesos mutagénicos durante el establecimiento del explante, la inducción de callo, la formación de embriones y la regeneración de plantas.
 Por esta vía es posible obtener variación, de origen nuclear y/o citoplasmática, que podría ser utilizada para el mejoramiento vegetal.
Este proceso, se denomina Variación Somaclonal involucra cambios en las plantas regeneradas que son transmitidos a la    progenie. 
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Causas
ž  Entre las causas que original la variación somaclonal se encuentran alteraciones en el cariotipo, mutaciones puntuales, recombinación somática e intercambio de cromátidas hermanas, rearreglos génicos somáticos, elementos genéticos transponibles, amplificación y/o metilación del ADN y cambios en el ADN de los orgánelos (mitocondrias y cloroplastos). 
ž  La variación SOMACLONAL solo puede ser empleada a través del cultivo de tejidos, pues por mucha variabilidad que exista en el tejido somático éste no interviene en la reproducción

ž  Factores relacionados

  Genotipo:
                Se asume que la frecuencia de cambios dependerá de variaciones preexistentes en el genotipo y de las interacciones que surgen entre el genotipo y el proceso de cultivo. 
ž  Explante:
                Quimerismo = si estos tejidos se utilizan como explantes y sus células son inducidas a dividirse y rediferenciarse, las diferentes líneas celulares podrían dar origen a plantas genéticamente diferentes. 
ž  Fase de callo
                La iniciación de un callo puede ser análoga a la respuesta de las plantas a heridas, que se sabe que activan elementos transponibles y estimulan la inducción de enzimas y productos específicos que se inducen también en situaciones de estrés.
                Cuando comienza la división celular a partir de tejidos diferenciados, que dará origen a un callo, se incrementa el riesgo de inestabilidad cromosómica.
                La variación que ocurre en los números cromosómicos en la primera fase de la inducción del callo sería el resultado de fragmentación nuclear seguida por mitosis de los fragmentos nucleares, combinada con la mitosis normal de los núcleos intactos
ž  Naturaleza del callo:
                Un callo verdadero es una masa de células desdiferenciadas que proliferan Desorganizadamente, lo cual probablemente genera considerable variación. 

ž  Via de regeneracion: La variación observada en cultivos embriogénicos es relativamente menor que la que aparece en cultivos organogénicos.
                Esto probablemente se debe a la gran presión de selección impuesta en la formación de los embriones, mayor que la requerida en la formación de vástagos. 
ž  Medio de cultivo:
                Un mismo explante puede tener diferente comportamiento si se lo cultiva en medio sólido o en medio líquido. Otro factor importante es la temperatura, que puede inducir inestabilidad cariotípica o puede incrementar el número de plantas albinas.

ž  Deficiencia de oxigeno:
                La tensión de oxígeno de las células en la superficie del callo es diferente a la de aquellas células que se encuentran situadas profundamente en la masa del mismo. La anaerobiosis resultaría en la producción de etanol, el cual podría comportarse como un mutágeno
ž  Reguladores del crecimiento:  
                El 2,4-D ejerce profundos efectos sobre la respiración celular, el consumo de azúcares y en el control de la división celular, por ello se especula acerca de su rol indirecto en la inducción de cambios en el metabolismo celular y tisular de plantas creciendo in vitro.
                La citocinina, produce fragmentación nuclear amitótica y se le reconoce como causa de aneuploidía.
                El 2,4-D, el AIA y el ANA han sido señalados como los responsables de los incrementos en la metilación de la citosina que tiene lugar durante el cultivo in vitro.
ž  Acumulacion de metabolitos:
                Las condiciones de cultivo in vitro podrían afectar los niveles de resistencia celular al efecto de los metabolitos que normalmente se encuentran presentes en los tejidos en bajas concentraciones. 

Edad  del cultivo:
                En los períodos prolongados de cultivo hay una pérdida de totipotencia, esto sucedería debido a la acumulación de mutaciones y a la alteración de los genes que son responsables de la regeneración. 

Deficiencia o exceso de minerales:
                Las deficiencias o excesos de azufre, fósforo, nitrógeno, calcio y magnesio pueden resultar en cambios genómicos.                       
ž  Bases genéticas de la variabilidad producida por el cultivo in vitro
ž  Cambios epigeneticos:
                Cambios fenotipicos generados por genes que son estimulados y se expresan por los efectos del cultivo in vitro per se.
  • Estos genes no presentan cambios en el material hereditario , no segregan en la progenie ni cumplen las leyes de la herencia y aunque pueden transmitirse por varios ciclos de multiplicación, siempre desaparecen.
  • Lineas resistentes
  • El mayor porcentaje del material genético no se expresa, por lo cual existe una gran cantidad del mismo sensible a ser estimulado y provocar cambios epigeneticos
  • Mutaciones: poliploidia, aneupliodia, mutaciones genomicas
  • Rejuvenecimiento fisiológico:
                Se produce cuando el tejido pierde la señal que poseia la planta madre (edad), esta perdida es mas rapida a medida que el explante sea mas pequeño y se den mas subcultivos in vitro, a medida que esto ocurre el tejido del cual se regeneran es mas joven; de esta forma en muchos cultivos las plantas regeneradas in vitro se parecen mas a las producidas por semillas que a las propagadas vegetativamente
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Ventajas

ž  Es relativamente poco costoso generarla, requiere de un laboratorio de rutina y facilidades de campo.
ž  Constituye una forma rápida de generar variabilidad genética, particularmente para cultivos con base genética estrecha y que son difíciles de mejorar a través de técnicas tradicionales.
ž  Es exitosa para eliminar uno o pocos defectos en cultivares bien adaptados
ž  Puede utilizarse para mejorar especies de propagación sexual y vegetativa
ž  Las tasas de mutación son relativamente altas si se comparan con las tasas de mutaciones espontáneas
ž  La variación somaclonal ocurre con una frecuencia de 1 mutación cada 100 plantas regeneradas, en contraste con la tasa esperada de mutación espontánea de 10-7 – 10-9  mutaciones por par de nucleótidos
ž  El conocimiento de las condiciones que generan inestabilidad genética durante el cultivo in vitro permitiría utilizar el fenómeno como estrategia de mejoramiento y permitiría eludirlo en aquellos casos en que se requiera estabilidad genética, como en la micropropagación, la conservación de germoplasma y la transformación genética
ž  El nivel de cambios no deseados es menor que cuando se utilizan mutágenos químicos o físicos, ya que, en el caso de la variación somaclonal, la mayoría de los cambios deletéreos producidos son eliminados por el filtro que representa la regeneración de plantas


ž  Desventajas
ž  En algunos casos, las variantes somaclonales no han avanzado de la etapa de laboratorio o invernáculo, probablemente debido a que el material seleccionado tiene poca importancia práctica. 
ž  La escasa regeneración de plantas en cultivos de largo término. Generalmente en estos casos existe pérdida de la capacidad
morfogénica. 
ž  La regeneración está limitada a genotipos específicos que pueden no ser de mucho interés para los mejoradores.
ž  Algunos somaclones son inestables (originados por variación epigenética).
ž  Algunos presentan alteraciones no deseables como aneuploidía, esterilidad, etc. 
ž  Detección de la variación somaclonal
ž  Morfologicos: tamaño, color de las flores, forma de las hojas, etc
ž  Bioquimicos: Patrones isoenzimaticos que se basan en la presencia de isoformas de enzimas especificas, que tienen la misma actividad pero con diferente estructura molecular
ž  Moleculares 



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