La mejora de las plantas mediante ingeniería genética
Se anuncia una nueva generación de especies vegetales sin necesidad de abono y resistente a las plagas
Los alimentos que consumimos y el oxígeno del aire que respiramos los producen en su mayoría las plantas verdes. Sin ellas, la vida de los animales y de las personas no sería posible sobre la Tierra. Igual que animales y hombres dependen de las plantas verdes para su sustento, éstas necesitan la colaboración de ciertos microbios para obtener uno de los componentes de la materia viva, el nitrógeno. Hoy día, los avances de la ingeniería genética permiten pensar en obtener plantas que puedan utilizar el nitrógeno de la atmósfera, plantas que no necesitarían abonos. Ésta es sólo una de las posibilidades que brindan las técnicas de ingeniería genética aplicadas a las plantas.
El nitrógeno es un elemento químico es muy abundante en la atmósfera, forma el 78% del volumen del aire. Sin embargo, el nitrógeno atmosférico no puede ser usado por las plantas, necesita convertirse en una forma asimilable por ellas, sea nitrato, amonio o urea. Es, como si dijésemos, una forma de digestión del nitrógeno atmosférico crudo que permite su incorporación a la planta.Esta transformación del nitrógeno del aire en otra forma utilizable por las plantas sólo 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, etcétera) poseen un método de cooperación con determinadas bacterias, principalmente del género llamado rhizobium, por el cual la bacteria le suministra a la planta nitrógeno ya preparado para su asimilación, y la planta le cede a la bacteria otros compuestos, azúcares en su mayoría, 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 nitrógeno asimilable en forma de abonos.
A lo largo de la historia de la agricultura el hombre ha aprendido a añadir estos compuestos nitrogenados, así como a practicar el cultivo rotatorio, plantando leguminosas en años alternos para conseguir que el exceso de nitrógeno asimilable afirnente a los cultivos del mismo campo en el año siguiente.
El aprendizaje intuitivo de los agricultores y en este último siglo la aplicación de los conocimientos de la genética vegetal han logrado mejorar muchas de las características naturales de las plantas y aumentar la productividad de los cultivos más importantes. Así, el rendimiento por hectárea del trigo se ha duplicado en los últimos 40 años, siendo aún superior la mejora obtenida en otros cultivos, como el maíz.
Pese a todos estos avances de la agricultura y la genética, no ha sido posible obtener plantas capaces de utilizar el abundante nitró geno de la atmósfera, pues para eflo necesitarían contener en sus caracteres hereditarios, los científicamente llamados genes, aquellos que dirigen la transformación del nitrógeno en otras formas asimilables. Estos genes sólo se encuentran en los rhizobium y sus parientes del mundo de las bacterias.
Para que las plantas puedan aprovechar el nitrógeno atmosférico de igual forma que lo hacen los rhizobium se piensa introducir en la planta los genes que en la bacteria contienen la información necesaria para efectuar el proceso. Esta manipulación no era posible utilizando los procesos de selección de la genética vegetal clásica, basados en la selección de individuos.
La ingeniería genética permite manipular los genes mismos. Esto permite pensar que la obtención de plantas que no necesiten abonos está relativamente cerca: al menos, se poseen los conocimientos y las técnicas necesarias para intentarlo.
¿Cómo es posible introducir los genes de una bacteria en el material hereditario -técnicamente llamado DNA- de una célula vegetal? Investigaciones efectuadas en Alemania Occidental, Bélgica, Holanda y Estados Unidos han descubierto la existencia de unos ingenieros genéticos 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 ningún compuesto que a ésta le sea útil; en estas condiciones la planta no desarrolla mecanismos que permitan la convivencia con la bacteria.
La mejora de las plantas mediante ingeniería genética
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 célula vegetal que se incorporan a su DNA y modifican el desarrollo de la planta. Por un lado, algunos de estos genes estimulan la proliferación de la célula vegetal formando una agalla -el equivalente en las plantas a los tumores de los animales-, y por eso este tipo de gen puede también denominarse oncogén.Otro de los genes que la bacteria transfiere a la planta dirige la formación de una sustancia nutritiva llamada opina, que sólo puede ser asimilada por agrobacterium. Estos genes transmitidos por agrobacterium a la planta se parecen mucho a los elementos genéticos móviles, ya que pueden incorporarse al DNA de especies vegetales diversas en lugares asimismo variables. Los elementos genéticos móviles -cuyo descubrimiento por Barbara Mac Clintock en los años cuarenta fue premiado con la concesión del Nobel en 1983- utilizan para introducirse en otras moléculas de DNA las propiedades de sus extremos; en estos extremos se localizan las estructuras que les distinguen de otros elementos genéticos que no poseen la propiedad de ser móviles. Se ha visto que puede alterarse la composición interna del elemento móvil sin afectar las propiedades de movilidad.
Elementos genéticos móviles
El elemento móvil es tomo un vagón de tren: posee dos sitios para engancharse en el convoy, pero su contenido puede ser muy variable.
Supongamos un vagón de tren que llegue a una de las estaciones de Renfe cargado de aparatos con unas detalladas instrucciones en japonés: de poco nos pueden servir los aparatos si no conseguimos un traductor. Si la intención de quien envía el vagón es que le compremos sus aparatos, se habrá asegurado de que entre las instrucciones haya una versión igual de detallada en castellano. Esta misma estrategia la utiliza el agrobacterium: las instrucciones para leer los genes del elemento genético móvil están en un lenguaje comprensible por la célula vegetal.
Varios grupos de investigadores han aprovechado estas características del DNA que transfiere el agrobacterium a la planta para introducirle y hacerle expresar a la célula vegetal algunos genes que no poseía; para ello han sustituido algunos genes de los contenidos en el elemento genético móvil de agrobacterium -al que los científicos llaman TDNA-, así 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 técnicas más sofisticadas de la ingeniería genética y a continuación se han aplicado los nuevos métodos de regeneración de plantas a partir de células aisladas.
Manipulación de los caracteres hereditarios
Esto último ha sido necesario por ser el número de células que componen una planta adulta tan elevado que sería imposible ir cambiando un gen determinado a todas y cada una de las células de la planta ya crecida. Los genes poseen una propiedad muy interesante: una vez dentro de las estructuras que contienen los caracteres heredables, las células poseen mecanismos para reproducirlos antes de pasar a dividir se para formar dos células hijas, y esto ocurre cada vez que la célula se multiplica; así se asegura que todas las descendientes de una célula poseen todos los ca racteres hereditarios de la antecesora.
Hoy día se puede conseguir que células aisladas se multipliquen en un tubo de ensayo y a partir de ellas se puede regenerar una minúscula planta capaz de crecer hasta el tamaño de las plantas adultas. De esta manera, es suficiente con introducir los genes deseados en unas pocas células, las cuales regenerarán en último término una planta completa que contendrá esos genes en todas sus células.
Las plantas regeneradas a partir de estas células manipuladas son, así, capaces de producir compuestos que hasta el momento sólo podían producirse en otras plantas, e incluso algunos cuya producción sólo era posible en bacterias. La conversión del nitrógeno del aire en compuestos nitrogenados asimilables depende, como ya decíamos, de un sistema de rhizobium, mucho más 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 día imposible llegar en un futuro no muy lejano a la obtención de vegetales que no necesiten abonos o los necesiten en menor cantidad. De forma similar, parece posible modificar genéticamente algunas plantas para resistir plagas o para producir sustancias dulces o de mayor valor nutritivo.
es colaborador científico del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, coordina el Programa de Ingeniería Genética de este organismo y dirige investigaciones para conseguir un sistema de transferencia de genes en el olivo.
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