MODIFICACIÓN MODIFICACIÓN GENÉTICA DE LAS GENÉTICA DE LAS

PLANTASPLANTAS

Melissa Sarmiento RamírezMelissa Sarmiento Ramírez

Magdalena ReinosoMagdalena Reinoso

Lucía Quemada GarridoLucía Quemada Garrido

Técnicas de ingeniería genética + cultivo de tejidos Técnicas de ingeniería genética + cultivo de tejidos vegetales in vitrovegetales in vitro

Ingeniería genética:Ingeniería genética: - Técnicas de manipulación ADN- Técnicas de manipulación ADN -Desarrollo (ADN-Watson y Crick):nueva o moderna -Desarrollo (ADN-Watson y Crick):nueva o moderna

biotecnología biotecnología

Cultivo in Vitro:Cultivo in Vitro: --Partes de plantas y plantas enteras en medios Partes de plantas y plantas enteras en medios

asépticos y ambientes controlados (luz y Tª)asépticos y ambientes controlados (luz y Tª) --Totipotencia:Totipotencia: capacidad de células vegetales capacidad de células vegetales ( no todas) de regenerar plantas enteras.( no todas) de regenerar plantas enteras. - Protoplastos: - Protoplastos: Biotecnología de hibridación Biotecnología de hibridación

somática (híbridos entre especies diferentes que somática (híbridos entre especies diferentes que comienza con fusión de protoplastos y posterior comienza con fusión de protoplastos y posterior regeneración de plantas enteras).regeneración de plantas enteras).

BIOTECNOLOGIA VEGETALBIOTECNOLOGIA VEGETAL

Agallas de la corona (Plasmido Ti)Agallas de la corona (Plasmido Ti) Material genético:Material genético: cromosoma y varios plasmidoscromosoma y varios plasmidos Transfiere porción del plasmido Ti ( T-DNA) al genoma de la célula vegetal, donde se integra y expresan Transfiere porción del plasmido Ti ( T-DNA) al genoma de la célula vegetal, donde se integra y expresan genesgenes : :

división y proliferación de cel vegetales sindivisión y proliferación de cel vegetales sin control:control:TumorTumor

TRANSFORMACIÓN GENÉTICA DE LAS TRANSFORMACIÓN GENÉTICA DE LAS PLANTASPLANTAS

Agrobacterium tumefasciensAgrobacterium tumefasciens

--Genes iaaM-iaattGenes iaaM-iaatt

--Gen iptGen ipt

--OtrosOtros

Particularidades únicas de Particularidades únicas de AAgrobactriumgrobactrium::

- - Transferir fragmento de DNA e integrarlo Transferir fragmento de DNA e integrarlo en cel vegetal.en cel vegetal.

- Genes DNA reconocidos por cel vegetal.- Genes DNA reconocidos por cel vegetal.

- Genes que codifican enzimas - Genes que codifican enzimas metabolismo de opinas.metabolismo de opinas.

PROCESO DE INFECCIONPROCESO DE INFECCION:: T-DNA T-DNA y y región virregión vir (plasmidoTi) + (plasmidoTi) + genes virulencia genes virulencia chvchv (cromosoma) (cromosoma)

-T-DNA-T-DNA delimitado por repeticiones de 25pb (borde derecho delimitado por repeticiones de 25pb (borde derecho e izquierdo)e izquierdo) -Región vir-Región vir fuera del T-DNA, formada por operones (genes fuera del T-DNA, formada por operones (genes cuyos productos regulan la expresión de otros genes)cuyos productos regulan la expresión de otros genes)

1._ Reconocimiento:1._ Reconocimiento: genes genes chv, chv, movimiento quimiotáctico bacteriano y movimiento quimiotáctico bacteriano y unión a receptores específicos de célula vegetal.unión a receptores específicos de célula vegetal.2._2._ Vir AVir A se expresa.se expresa.3._3._ Unión Vir GUnión Vir G a los demás genes vir ya los demás genes vir y activación activación 4._ Vir D1-D24._ Vir D1-D2 (endonucleasas) . Liberan cadena simple de DNA. Formación del (endonucleasas) . Liberan cadena simple de DNA. Formación del complejo T.complejo T.5._ Paso5._ Paso del del complejo T complejo T por el canal formado por Vir B.por el canal formado por Vir B.6._ Entrada6._ Entrada al al núcleo núcleo con previo reconocimiento de SLN por D2 y D1.con previo reconocimiento de SLN por D2 y D1. 7._ Integración 7._ Integración del T-DNA al genoma vegetal.del T-DNA al genoma vegetal.

ETAPAS DEL PROCESOETAPAS DEL PROCESO

GENES DE T-DNA-SUSTITUCION POR GENES DE T-DNA-SUSTITUCION POR FORANEOSFORANEOS

- Se demuestra que los genes foráneos se pueden - Se demuestra que los genes foráneos se pueden transferir, integrar y expresar en plantas usando transferir, integrar y expresar en plantas usando Agrobacterium tumefasciens Agrobacterium tumefasciens como vehículo.como vehículo.

-- VECTORES DE TRANSFORMACION:VECTORES DE TRANSFORMACION: plasmidos conplasmidos con información esencial para replicarse, transferirse e información esencial para replicarse, transferirse e integrarse y posibilitar expresión de genes foráneos integrarse y posibilitar expresión de genes foráneos en genoma de la cel vegetal.en genoma de la cel vegetal.

TIPOS DE VECTORES:TIPOS DE VECTORES:

1._ 1._ VECTORES COINTEGRADOSVECTORES COINTEGRADOS:: Cuando plasmido de E.coli se transfiere en agrobacterium, el Dna foráneo de coli se integra en Cuando plasmido de E.coli se transfiere en agrobacterium, el Dna foráneo de coli se integra en los bordes de su T-DNA por recombinación homologa dando lugar a: Plasmido con región vir y el T-DNA con el Dna foráneolos bordes de su T-DNA por recombinación homologa dando lugar a: Plasmido con región vir y el T-DNA con el Dna foráneo

2._2._VECTORES BINARIOSVECTORES BINARIOS:: Plásmido Ti desarmado con solo región vir y en un Plásmido Ti desarmado con solo región vir y en un segundo plásmido bordes de l T-DNA con origen replicación funcional en segundo plásmido bordes de l T-DNA con origen replicación funcional en ambas bacterias. Este último mas pequeño y manipulable para introducir ambas bacterias. Este último mas pequeño y manipulable para introducir genes foráneos entre bordes.genes foráneos entre bordes.

Genes marcadores permiten reconocer y seleccionar Genes marcadores permiten reconocer y seleccionar

células transformadas:células transformadas:

1.1. Marcadores de selección:Marcadores de selección: permiten a cel vivir en permiten a cel vivir en agente selectivo (antibiótico o herbicida)agente selectivo (antibiótico o herbicida)

2.2. Marcadores informadores:Marcadores informadores: Codifican enzimas que Codifican enzimas que con sustrato adecuado reaccionan dando una con sustrato adecuado reaccionan dando una característica nueva a las células.característica nueva a las células.

*Ejemplo: B-glucuronidasa*Ejemplo: B-glucuronidasa con un sustrato da con un sustrato da

color azul y con otro fluorescente.color azul y con otro fluorescente.

LOS PROCESOS DE REGENERACIÓN Y TRANSFORMACIÓN SON LOS PROCESOS DE REGENERACIÓN Y TRANSFORMACIÓN SON

DISTINTOS PARA CADA ESPECIE VEGETAL:DISTINTOS PARA CADA ESPECIE VEGETAL:

- - Transformar una planta no indica que por el mismo procedimiento se pueda Transformar una planta no indica que por el mismo procedimiento se pueda transformar una especie muy próxima.transformar una especie muy próxima.

- Depende de- Depende de lala relación patógeno/huéspedrelación patógeno/huésped (mayoría dicotiledóneas)(mayoría dicotiledóneas)

- - Genes región virGenes región vir y algunos del y algunos del T-DNAT-DNA como los como los de virulencia determinan de virulencia determinan genoma de especies especificas para cada cepa bacteriana.genoma de especies especificas para cada cepa bacteriana.

APLICACIONES APLICACIONES BIOTECNOLÓGICASBIOTECNOLÓGICAS

-Resistencia a plagas y enfermedades-Resistencia a plagas y enfermedades

-Resistencia a condiciones ambientales -Resistencia a condiciones ambientales extremasextremas

-Integración planta y microorganismos-Integración planta y microorganismos

-Las plantas como biofactorías-Las plantas como biofactorías

-Mejora de la calidad en productos agrarios-Mejora de la calidad en productos agrarios

Plagas y enfermedadesPlagas y enfermedades

Están sometidas a:Están sometidas a:

Agentes infecciososAgentes infecciosos

Organismos Organismos consumidoresconsumidores

Plagas y enfermedadesPlagas y enfermedades

Agentes químicosAgentes químicos

Programas de control Programas de control

a plagas, mediante a plagas, mediante organismos organismos depredadores al depredadores al organismo perjudicial.organismo perjudicial.

Mejoras genéticasMejoras genéticas

Condiciones ambientales extremasCondiciones ambientales extremas

La disminución en el rendimiento de cultivos se La disminución en el rendimiento de cultivos se debe al estrés:debe al estrés:

BióticoBiótico AbióticoAbiótico Este último es el responsable de las mayores Este último es el responsable de las mayores

pérdidas de productividad.pérdidas de productividad.

A través de la ingeniería genética, podrá A través de la ingeniería genética, podrá aumentar la torelancia y desarrollar estrategias aumentar la torelancia y desarrollar estrategias hacia el estrés.hacia el estrés.

Para ello es necesario conocer los mecanismos Para ello es necesario conocer los mecanismos de defensa de las plantas hacia el estrésde defensa de las plantas hacia el estrés

Interacción planta-microorganismoInteracción planta-microorganismo

Los microorganismo se agrupan según relación:Los microorganismo se agrupan según relación: PerjudicialesPerjudiciales BeneficiosasBeneficiosas Sin efecto directoSin efecto directo

Compiten por nutrientes y espacio. Compiten por nutrientes y espacio.

Ej. RizobacteriasEj. Rizobacterias

PerjudicialesPerjudiciales

Dalbulus maidys la chicharrita adulta del maíz

BeneficiosasBeneficiosas

Rhizobium Rhizobium en leguminosa

Las plantas como biofactoríasLas plantas como biofactorías

Las plantas son fuente de alimento, Las plantas son fuente de alimento, combustible, y fibras.combustible, y fibras.

Los avances Los avances en vitro en vitro del ADN y la del ADN y la transformación de diferentes especies han transformación de diferentes especies han permitido la creación de plantas transgénicaspermitido la creación de plantas transgénicas..

Plantas de Plantas de Ananas sativusAnanas sativus

Agave sp.Agave sp.

Han ido encaminadas al desarrollo de plantas Han ido encaminadas al desarrollo de plantas con características agronómicas mejoradas.con características agronómicas mejoradas.

Plantas tolerantes a herbicidas, virus, Plantas tolerantes a herbicidas, virus, insectos…insectos…

A mejorar el producto extraído de la planta: A mejorar el producto extraído de la planta: como en el tomate, las patatas…como en el tomate, las patatas…

Tolerancia a los herbicidasTolerancia a los herbicidas

Parcela de soya infectada con herbicida Parcela de soya infectada con herbicida Roundup (izquierda)Roundup (izquierda)

Cultivos Bt resistentes a los insectosCultivos Bt resistentes a los insectos

Maíz híbrido con un gen Bt (izquierda) Maíz híbrido con un gen Bt (izquierda) y un híbrido sensible al barrenador y un híbrido sensible al barrenador europeo del maíz (derecha).europeo del maíz (derecha).

Sus esporas contienen una proteína cristalina Sus esporas contienen una proteína cristalina

(Cry). En el intestino del insecto, la proteína se (Cry). En el intestino del insecto, la proteína se descompone y libera una toxina que se une al descompone y libera una toxina que se une al revestimiento intestinal y crea poros así muere revestimiento intestinal y crea poros así muere el insecto.el insecto.

En los cultivos Bt se ha incorporado una En los cultivos Bt se ha incorporado una versión modificada del gen Cry bacteriano en versión modificada del gen Cry bacteriano en el ADN de la propia planta, de tal modo que la el ADN de la propia planta, de tal modo que la maquinaria celular de la planta produce la maquinaria celular de la planta produce la toxina. toxina.

Otra utilidad en las plantas comoOtra utilidad en las plantas como biofactoriasbiofactorias, es la de producir enzimas , es la de producir enzimas industriales, antígenos para las vacunas, industriales, antígenos para las vacunas, anticuerpos, péptidos de uso anticuerpos, péptidos de uso farmacéutico…farmacéutico…

Mejora de productos agrariosMejora de productos agrarios

Para el incremento de la producción de las Para el incremento de la producción de las cosechas y la disminución del uso herbicidascosechas y la disminución del uso herbicidas

Beneficiados los agricultores y la sociedadBeneficiados los agricultores y la sociedad Objetivos: obtención de productos con menos Objetivos: obtención de productos con menos

contaminantes agroquímicos y de mejor contaminantes agroquímicos y de mejor calidadcalidad

Mejorar en el tamaño, valor nutritivo, Mejorar en el tamaño, valor nutritivo, extensión de vidaextensión de vida

GENES EN “ANTISENTIDO” PARA GENES EN “ANTISENTIDO” PARA RESTABLECIMIENTO DEL FRUTORESTABLECIMIENTO DEL FRUTO

Muchos genes han sido Muchos genes han sido introducidos en variedades introducidos en variedades de interés agrónomo con de interés agrónomo con objetivos de mejora.objetivos de mejora.

En plantas transgénicas se En plantas transgénicas se ha conseguido:ha conseguido:

- resistencia y mayor - resistencia y mayor tolerancia a plagas, tolerancia a plagas, enfermedades, herbicidas.enfermedades, herbicidas.

- mejora de la calidad - mejora de la calidad nutritiva.nutritiva.

EL TOMATE “DE LARGA VIDA”EL TOMATE “DE LARGA VIDA”

En tomates cosechados, la En tomates cosechados, la enzima enzima poligalacturonasa poligalacturonasa degrada las pectinas degrada las pectinas (componentes esenciales (componentes esenciales de muchas frutas)de muchas frutas)

ConsecuenciaConsecuencia: : reblandecimiento del fruto reblandecimiento del fruto y deterioros en su aroma y y deterioros en su aroma y sabor.sabor.

ProcedimientoProcedimiento::

1º1º LasLas plantas transgénicas de tomateplantas transgénicas de tomate se han se han transformado en la región codificadora del gen de la transformado en la región codificadora del gen de la enzima poligalacturonasa.enzima poligalacturonasa.

2º2º ElEl gengen se ha insertado al revés en el módulo dese ha insertado al revés en el módulo de expresión, es decir, enexpresión, es decir, en “antisentido”“antisentido”..

**AntisentidoAntisentido:: en la doble cadena de DNA:en la doble cadena de DNA:

- la- la guaninaguanina se sustituye porse sustituye por citosinacitosina y lay la citosinacitosina por por guanina.guanina.

- - lala adeninaadenina se sustituye porse sustituye por timina timina y lay la timina timina porpor adenina.adenina.

3º3º ElEl gengen enen “antisentido”“antisentido” transcribe un RNAm con transcribe un RNAm con secuencia complementaria al RNAm transcrito por elsecuencia complementaria al RNAm transcrito por el gen de lagen de la poligalacturonasa.poligalacturonasa.

4º4º Se tiende a la formación de unaSe tiende a la formación de una doble cadenadoble cadena entre ambos RNAm y así, bloquear parcialmente la entre ambos RNAm y así, bloquear parcialmente la síntesis del enzima.síntesis del enzima.

5º5º Debido al efecto previo, se consigue un retraso en Debido al efecto previo, se consigue un retraso en la degradación de las pectinas y, por tanto, unla degradación de las pectinas y, por tanto, un tomate tomate que tarda mucho más tiempo en reblandecerse.que tarda mucho más tiempo en reblandecerse.

Retraso de la maduración en el Retraso de la maduración en el tomatetomate

MaduraciónMaduración:: conjunto de cambios externos, de sabor conjunto de cambios externos, de sabor y textura que un fruto experimenta cuando completa y textura que un fruto experimenta cuando completa su crecimiento.su crecimiento.

Según elSegún el proceso de maduraciónproceso de maduración, , elel tomatetomate es unes un fruto climatéricofruto climatérico,, es decir, acumula almidón durante es decir, acumula almidón durante su crecimiento y, en la maduración, lo hidroliza a su crecimiento y, en la maduración, lo hidroliza a monosacáridos, glucosa y fructosa principalmente. Se monosacáridos, glucosa y fructosa principalmente. Se produce mucho gasto de energía y se experimenta un produce mucho gasto de energía y se experimenta un aumento en la respiración.aumento en la respiración.

Por transformación conPor transformación con genesgenes enen “antisentido”,“antisentido”, se ha se ha conseguido bloquear parcialmente la síntesis deconseguido bloquear parcialmente la síntesis de etilenoetileno ((hormona de la maduración).hormona de la maduración).

ProcedimientoProcedimiento:: - - Mediante laMediante la técnica “antisentido”,técnica “antisentido”, se hase ha

conseguido bloquear la síntesis deconseguido bloquear la síntesis de ACC-sintasaACC-sintasa →→ nono se sintetizase sintetiza etileno etileno →→ no no se producese produce maduración.maduración.

Restauración Restauración de lade la maduraciónmaduración:: - - por tratamiento conpor tratamiento con etileno exógenoetileno exógeno cuando los cuando los

frutos se ponen a la venta.frutos se ponen a la venta.