Ing. Amb. MSc. Diego E. Guerrero Alcaraz

MEJORAMIENTO GENETICO DE

PLANTAS

INTRODUCCIÓN

La investigación en genética vegetal o fitogénetica se ha retrasado mucho con

respecto a la que se realiza en genética animal. Esto se debe principalmente a

que el impulso que mueve la mayor parte del avance genético ha sido su

aplicabilidad a la salud humana.

Por otra parte las investigaciones pasadas en las plantas se ha enfocado casi

exclusivamente en el Maíz. Los sistemas vegetales representan una gran

cantidad de diversidad genética, los aspectos biológicos básicos emprenden a

las aplicaciones comerciales en especies agronómicas importantes en la

alimentación de la población.

En el pasado. La mayor parte de las investigaciones sobre mejoramiento de

plantas estaba dirigido a incrementar el rendimiento, la resistencia a

enfermedades y la resistencia a las plagas de insectos de plantas de cultivos

que crecen en condiciones óptimas o casi óptimas.

Sin embargo dado los obstáculos económicos y políticos a la distribución

mundial de alimentos y dado los cambios climáticos que se predice ocurrirán

en el futuro como resultado del “efecto invernadero”, los científicos están

poniendo más interés en la obtención de variedades de cultivos alimenticios

que sean más resistentes a condiciones adversas ambientales como

sequías, altas temperaturas o suelos con deficiencia de nutrientes.

Mejoramiento Genético Vegetal

“La ciencia cuyo objetivo es cambiar el genotipo, mejorándolo por un medio determinado y

según el aprovechamiento para el que se vaya a destinar de acuerdo con las necesidades

del hombre" (Frankel 1958).

“La utilización de un sistema organizado de manipulación genética para modificar una

especie vegetal, con el fin de hacerla más útil o aceptable para un uso específico“

(Johnson 1981).

"El arte y la ciencia de mejorar el genotipo de las plantas en relación con su utilización

económica“ (Smith 1986).

El mejoramiento genético vegetal es esencialmente una elección hecha por el hombre de

las mejores plantas, escogidas dentro de una población en la cual exista variabilidad bajo

selección (Sanchez Monge, 1993).

Mejoramiento genético de las plantas. Arte y ciencia que permite cambiar y

mejorar la herencia (genotipos de las plantas. El mejoramiento genético de las

plantas se considera:

Arte, porque el fitomejorador tiene cierta capacidad, de acuerdo con la

experiencia, para seleccionar los mejores genotipos.

Ciencia, porque tiene que tiene que aplicar el método científico.

Herencia. De puede definir como la transmisión de caracteres, morfológicos

o fisiológicos de progenitores a sus descendientes.

Variación. Diferencias que se manifiestan entre los individuos de una

población o grupo o aun entre individuos que tengan los mismos progenitores

(familia).

Prerrequisitos

La existencia de variabilidad o bien la capacidad para crearla es el primer

requisito de todo programa de mejoramiento.

La capacidad de detectar dicha variabilidad, o lo que es lo mismo, la

habilidad del mejorador para observar las diferencias, que puedan tener

valor económico entre plantas de la misma especie y/o la existencia de

técnicas capaces de medirlas.

La capacidad para manipular dicha variación para producir un nuevo cultivar

estable

.

Objetivos e importancia del mejoramiento genético

1. Crear variedades de plantas más productivas que las variedades de uso

común de un cultivo en un determinado medio y con determinado

manejo.

2. Crear variedades resistentes a condiciones adversas que permitan la

extensión de un cultivo a zonas donde con las variedades existentes no

es posible.

3. Crear variedades de mejor calidad nutritiva o industrial (trigo, cebada,

maíz, etc).

LA MEJORA GENÉTICA ES EL ARMA MÁS VALIOSA PARA EL

AUMENTO DE LA PRODUCCIÓN UNITARIA

Modificaciones ambientales y de manejo tiene un límite, que en un

momento dado la misma planta impone.

Puede manipularse las características fisiológicas y de estructura de la

planta que permita cambiar el manejo hacia tecnología de producción más

eficiente.

Sólo modificando el genotipo podemos pensar en mayor potencial de

rendimiento.

Es el medio más económico para incrementar la producción y disminuir

fluctuaciones anuales (resistencia-adaptabilidad)

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS QUE PUEDEN MEJORARSE

CIENTÍFICAMENTE EN LA PLANTA

Rendimiento de grano o fruto.

Rendimiento de la planta respecto a alguna característica industrial:

Contenido y calidad de aceite.

Resistencia y/o tolerancia a plagas y enfermedades.

Resistencia a sequía.

Adaptación y adaptabilidad a condiciones del medio (temperatura, humedad

relativa, manejo del cultivo, etc.)

Acame de raíz y tallo en los cereales.

Rendimiento y calidad de fibra de algunas plantas.

BASES CIENTÍFICAS DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO

Necesario conocer las características agronómicas de la planta que se trate

(botánica, morfológica, necesidades ambientales, área de cultivo y sistema

de reproducción).

También es necesario conocer la preferencia de los agricultores. Adopción.

Darle al agricultor más productividad y menos riesgo.

El mejoramiento es posible gracias a la variabilidad de las especies

cultivadas. La variabilidad puede ser natural o artificial.

La evolución del mejoramiento genético vegetal

Comenzó con el inicio de la agricultura sedentaria y la domesticación de los

primeros cultivos. Ej. cereales, eliminación de características indeseables

como la dehiscencia o la latencia de sus semillas.

Al principio en forma inconciente e intuitivamente

Luego aplicando métodos empíricos

ALGUNAS CONSIDERACIONES

El mejoramiento genético se inició cuando el hombre primitivo cambió su hábito de

nómada y de recolección por una agricultura naciente, al seleccionar las mejores

plantas y luego multiplicarlas. Por tanto, la selección se convirtió en el primer método

de mejoramiento.

Trasporte de las plantas por el hombre, lo cual ha contribuido al desarrollo de la

agricultura.

En 1900 con el redescubrimiento de las leyes de Mendel, se inicia una nueva etapa del

fitomejoramiento al establecerse las bases científicas para seleccionar genotipos

superiores en las poblaciones y para planear y formar nuevos genotipos vegetales,

aprovechando la variabilidad de las poblaciones.

El Método Experimental de Mendel

Los experimentos que realizó Mendel se diferencian de los de sus

antecesores por la elección adecuada del material de estudio y por su

método experimental. El organismo de estudio elegido por Mendel fue la

arveja común Pisum sativum, fácil de obtener de los vendedores de semillas

de su tiempo, en una amplia gama de formas y colores que a su vez eran

fácilmente identificables y analizables. La flor de esta especie puede

autofecundarse. El proceso de polinización (la transferencia de polen de la

antera al estigma) ocurre en el caso de P. sativum antes de la apertura de la

flor. Para realizar sus cruzamientos Mendel debió abrir el pimpollo antes de

la maduración y retirar las anteras para evitar la autopolinización.

El Método Experimental de Mendel

Luego polinizó artificialmente depositando en los estigmas el polen recogido de las

plantas elegidas como padre.

Mendel probó 34 variedades de arvejas y estudió sus características durante ocho años.

Eligió siete características que se presentaban en dos formas, tal como altura de planta

alta o baja, o color de flor blanca o rosada. En sus experimentos Mendel utilizó 28000

plantas de arvejas.

La contribución de Mendel fue excepcional, sus innovaciones a la ciencia de la genética

fueron:

1. desarrollar líneas puras (población que da sólo descendientes iguales para una

determinada característica)

2. contar sus resultados, establecer proporciones y realizar análisis estadísticos

Causas de la variación en los Vegetales

La acción conjunta de varios factores hereditarios (genes).

La acción conjunta de factores del medio (acción ecológica)

La acción conjunta de factores hereditarios y ecológicos (interacción genotipo x

ambiente).

Variación total = Variación genética + Variación ecológica + interacción.

Variación continua: Considerando un grupo de individuos, son variaciones que se

manifiestan en pequeñas diferencias, de modalidad generalmente cuantitativa (medida

en una escala de conteo), de tal manera que se puede formar una serie continua,

partiendo de individuos que exhiben un carácter dado. Ejemplo: altura o peso de los

humanos, producción de grano o forraje de las plantas; número de granos de trigo en

una espiga, número de huevecillos que oviposita un insecto, etc.

TERMINOLOGÍA COMÚN

Caracter. Es un término que indica algún atributo, cualidad, rasgo, forma,

estructura, función, etc., en los órganos o en los tejidos.

Caracter adquirido. Aquellas manifestaciones que un individuo o grupo de

individuos, manifiesta por la acción del medio.

Caracter cuantitativo. Son aquellos caracteres que se manifiestan en los

individuos en tal forma que para poderlos diferenciar y distinguir, es necesario

medirlos o contarlos y observarlos cuidadosamente. Dichos caracteres se

manifiestan con variación continua. Son determinados por un alto número de

genes. Se tienen lo caracteres de mayor importancia socioeconómica (tamaño,

calidad, producción, etc.).

Caracteres cualitativos. Término que se utiliza para indicar aquellos

caracteres que se manifiestan, generalmente, una variación discontinua, y

están determinados por una cualidad o atributo, y son relativamente

constantes en espacio y tiempo, es decir son poco afectados por el ambiente.

Caracteres fáciles de identificar visualmente. El número de genes que

controlan este tipo de caracteres es bajo (uno o dos pares).

Ambiente. Conjunto de condiciones o circunstancias que rodean a un

individuo, y que afectan su desarrollo o evolución.

El efecto del ambiente origina variaciones entre los individuos, aun cuando

estos sean genéticamente iguales.

Variación discontinua. Variación que se manifiesta con amplitud

considerando de tal manera que se diferencia visiblemente a un individuo,

o aun grupo de individuos, dentro de un conjunto. Los rasgos

diferenciales entre los individuos son tales que es relativamente fácil de

clasificar a lo individuos. Caracteres poco afectados por el ambiente.

Caracteres determinados por uno o dos pares de genes.

Ejemplos: animales con cuernos o sin cuernos, plantas con flores rojas y

plantas con florase blancas etc.

Heredabilidad. Proporción de un carácter que es transmitido de progenitores

a sus descendientes.

Los valores de heredabilidad van de 0 a 1. Por ello los caracteres pueden

clasificarse en tres grandes categorías: de baja, intermedia y alta

heredabilidad, con valores promedio del orden de 0.25, 0.60, y mayores de

0.80, respectivamente.

CIENCIAS AUXILIARES EN EL FITOMEJORAMIENTO

Genética y citogenética. Permiten un amplio entendimiento del mecanismo de

la herencia en las plantas, lo cual hace posible programar cruzas entre

genotipos superiores con ciertas modalidades.

Botánica y biología. Aportan datos muy interesantes acerca de la taxonomía,

morfología y reproducción de las plantas.

Fisiología vegetal. Esta ciencia permite conocer la respuesta de las plantas al

ambiente; incluye los efectos de calor, frío, sequía y la respuesta de los

nutrientes en el suelo.

Fitopatología. Permite conocer la resistencia de las variedades a

enfermedades, así la forma de como combatirlas.

Entomología. El mejoramiento para la resistencia de los insectos es muy

importante; por tanto, los mejoradores de plantas deben auxiliarse de la

entomología.

Bioquímica vegetal. Describe la constitución física y química de las plantas

para determinar su calidad con fines industriales.

Estadística. Aporta técnicas de campo y análisis estadísticos bien

fundamentados que ayudan al fitomejorador a obtener resultados de confianza

ya interpretarlos correspondientemente.

Agronomía. El conocimiento de la agronomía en general ayuda a definir en

que es lo que el agricultor desea y necesita en relación con nuevas

variedades.

TRANSGENICOS Para hablar de transgénicos es indispensable hablar de “biotecnología”,

término que se refiere a cualquier técnica ó conjunto de técnicas, en las que se

utilizan sistemas biológicos, organismos vivos, sus partes o derivados, para

producir o modificar productos o procesos, para usos específicos.

El uso de transgénicos es una práctica que se ha extendido alrededor del

mundo y específicamente para el sector agrícola, representa la oportunidad de

mejorar el rendimiento de los cultivos, racionalizar el uso de agroquímicos,

aprovechar suelos poco fértiles, entre otras ventajas.

ASPECTOS GENERALES

La palabra “transgénico” proviene de “trans” (mover de un lugar a otro) y

“génico” (referido a los genes). En resumen, es todo aquel organismo que

tiene incorporado un gen extraño. A la técnica empleada se conoce con varios

nombres: ingeniería genética, modificación genética ó manipulación genética.

Ingeniería genética: Se refiere a la modificación de la información genética

de un organismo mediante técnicas moleculares. Esto implica la transferencia

de uno o más genes procedentes de otros organismos.

Modificación genética: A menudo se utiliza como sinónimo de la anterior, sin

embargo existen muchos tipos de modificaciones genéticas que no requieren

el uso de la ingeniería genética.

El entrecruzamiento tradicional es el resultado de un proceso natural de

reproducción sexual dentro de la misma especie, en el cual la información

hereditaria de ambos padres se combina y pasa a la cría.

En este proceso las mismas secciones de información genética de la

especie, conocida como ADN (ácido desoxirribonucleico), se intercambian

con los mismos cromosomas (cuerpo del núcleo de la célula que alberga al

ADN), pero los genes casi siempre quedan exactamente en el mismo orden y

en las mismas ubicaciones dentro de los cromosomas. Un gen estará

entonces siempre rodeado por la misma secuencia de ADN a menos que

ocurra un accidente o una mutación.

El fitomejorador trata de reunir una combinación de genes en una planta de

cultivo que la hagan tan útil y productiva como sea posible. Combinar los

mejores genes en una sola planta es un proceso largo y difícil, en especial

cuando el fitomejoramiento tradicional se ha limitado al cruzamiento artificial

de plantas dentro de la misma especie o entre especies estrechamente

emparentadas para reunir diferentes genes.

La tecnología transgénica permite a los fitomejoradores reunir en una sola

planta genes útiles de una amplia gama de fuentes, además representa un

instrumento para identificar y aislar genes que controlan características

específicas, en una sola clase de organismos y para trasladar copias de

esos genes a otro organismo muy diferente, para que este obtenga las

características deseadas.

La aplicación de la tecnología del ADN recombinante para la obtención de los

Organismos Genéticamente Modificados –OGM– presenta ventajas sobre las

técnicas convencionales, porque permite incorporar un gen y a la vez

conservar el genoma original, ampliar las posibilidades más allá de las

limitaciones impuestas por la polinización cruzada y las técnicas de selección

tradicionales, además presenta una reducción considerable en el tiempo para

obtener variedades mejoradas y una precisión incomparable con las técnicas

tradicionales de mejoramiento.

El uso de los OGM presenta beneficios en diversos sectores:

Agricultura: Disminución y moderación en el uso de agroquímicos, mejores rendimientos,

nuevas herramientas para manejo y control de plagas, malezas y enfermedades,

posibilidad de cultivar plantas en ambientes extremos y en suelos pobres, entre otros.

Alimentos: Mejor contenido nutricional y mayor calidad, disminución del costo al

consumidor y aumento de la prevención de enfermedades especialmente de corazón y las

ocasionadas por falta de vitaminas.

Medio Ambiente: Disminución de la contaminación del suelo, aire y agua gracias a un

menor uso de agroquímicos, reducción de la presión sobre ecosistemas naturales gracias

a mejor productividad y producción en condiciones extremas, prácticas de labranza que

disminuyen la erosión gracias a cultivos resistentes a herbicidas.

Salud: Vacunas, alimentos nutricionales, prevención de enfermedades.

Los OGMs también genera preocupaciones especialmente en el tema de

medio ambiente y salud, por las razones que se indican a continuación:

Medio Ambiente

Flujo de genes a especies relacionadas: La hibridación de los cultivos con las malezas

cercanas puede permitir que éstas adquieran características no deseables, como la

resistencia a los herbicidas.

Muchos factores influyen en las posibilidades de que se produzca el flujo de genes de un

cultivo a otro. Algunos cultivos son muy propensos a la fecundación cruzada y el polen es

transportado a otros campos por el viento y los insectos. Otras especies son autógamas,

con escasas probabilidades de transferencia de polen a plantas vecinas. Como

consecuencia de las diferencias entre las especies cultivadas, es preciso evaluar en forma

individual cada caso para determinar las posibilidades de contribuir al flujo de genes desde

los cultivos transgénicos a los tradicionales, a los parientes silvestres o malezas.

Desarrollo de súper malezas: Se cree que la aplicación masiva de un solo

herbicida, causada por la siembra de cultivos resistentes a herbicidas, puede

ser muy perjudicial para los agroecosistemas. Esto generaría un fenómeno

llamado presión selectiva que puede activar el crecimiento desmesurado de

malezas resistentes al herbicida.

Disminución de la diversidad biológica: La dificultad se enfoca en la posibilidad

de un incremento en el nivel promedio de residuos de insecticidas y herbicidas

en los cultivos, lo que podría tener un efecto negativo en los insectos

beneficiosos y la vida silvestre.

Menor eficiencia en el control de plagas y enfermedades: Es posible que las

plantas transgénicas cultivadas en el campo transfieran sus genes de

resistencia a los antibióticos a microorganismos del suelo, con lo cual se

produciría un aumento general del grado de resistencia a los antibióticos en

el medio ambiente. Sin embargo, muchos organismos del suelo tienen

resistencia natural que se produce como defensa contra otros organismos

que generan antibióticos y, por lo tanto, no es probable que el aporte

ocasional de genes de las plantas transgénicas cause una modificación

importante del grado de resistencia a los antibióticos ya existente en el

medio ambiente.

Salud

Existe preocupación por la posibilidad que los alimentos con OGM generen toxicidad,

patogenicidad y alergenicidad.

La posibilidad que pudiera producirse un aumento de la cantidad de reacciones alérgicas

a los alimentos, como resultado de la modificación genética tiene un poderoso

ascendiente emocional, porque muchas personas experimentan este problema antes del

advenimiento de los cultivos transgénicos, o conocen a alguien que sufrió el problema.

Sin embargo, hasta el momento, no hay pruebas que indiquen que los alimentos

genéticamente modificados puedan causar más reacciones alérgicas que los alimentos

tradicionales.

En efecto, cada año las personas descubren que han desarrollado una alergia a un

alimento común, como el trigo o los huevos, y algunas podrían desarrollar alergias a

alimentos transgénicos en el futuro, pero no hay pruebas sobre un riesgo mayor por parte

de los alimentos transgénicos sobre los alimentos tradicionales.

Ante todo, es necesario generar tranquilidad en los consumidores sobre la base de los

estudios exhaustivos que se practican antes de liberar una planta transgénica o un

alimento basado en OGM, tanto a nivel internacional como nacional. Caso por caso, se

evalúa la posibilidad de ocurrencia de cualquiera de los riesgos potenciales anteriormente

mencionados. Además, las normas vigentes para OGM son mucho más estrictas y

exigen mayor análisis, estudio y evaluación, que las aplicadas a los organismos y

alimentos convencionales.

De acuerdo con la normatividad existente, todo nuevo producto de la biotecnología

moderna es sometido a una evaluación de bioseguridad, caso por caso. Para los

alimentos se utiliza el concepto de equivalencia sustancial, basado en la comparación de

las características de la planta modificada genéticamente con su contraparte

convencional, se evalúan los aspectos de toxicidad, patogenicidad y alergenicidad. En el

caso de cultivos modificados se evalúa su comportamiento agronómico y su potencial

impacto ambiental.

SITUACIÓN MUNDIAL DE LOS OGM

La adopción de los OGM a nivel mundial crece de manera acelerada desde su

comercialización inicial en 1996, el área global de cultivos genéticamente

modificados ha aumentado más de cincuenta veces desde esa fecha.

La tasa de crecimiento anual ha venido aumentando en cifras de dos dígitos,

hecho que refleja la confianza de millones de agricultores, que han adoptado

variedades genéticamente modificadas.

En el año 2005 los cultivos transgénicos ocuparon 90 millones de

hectáreas, lo que representa un incremento del 11% con respecto al 2004,

según el informe emitido por el Servicio Internacional para la Adquisición

de Aplicaciones Agrobiotecnólogicas (ISAAA).

Esta superficie es cultivada por cerca de 8.5 millones de agricultores en 21

países y representa 5.25 mil millones de dólares en el mercado global. Los

principales cultivos transgénicos a nivel mundial son: soya con el 60% de la

superficie global sembrada en soya transgénica, maíz con el 24% y

algodón con el 11%. Los principales países productores son Estados

Unidos, Argentina y Brasil, como se ilustra en el Cuadro 1.

Espero que ésta información le haya sido útil

Gracias por su atención….