Cultivo in vitro de plantas

Cultivo in vitro de plantas

Esther Martínez Escudero, Ramona Pérez-Leal, Elizabeth Villalobos-Pérez.

Introducción

La historia del cultivo de tejidos vegetales comienza en 1838-1839, cuando Chleiden  y Sehwann independientemente, iniciaron las bases de la teoría celular postulando que la célula es capaz de tener autonomía y de forma implícita que es totipotente, pero esto no fue demostrado hasta más de 120 años después por Gottieb  (Gautheret, 1983).Esto abrió el camino a nuevas técnicas experimentales para la investigación, que van desde la solución de problemas como el rescate de especies amenazadas o en peligro de extinción, hasta la modificación de la plantas (Thorpe,2007).

El cultivo in vitro se refiere al cultivo aséptico de partes de cualquier parte de una planta, bajo condiciones controladas, tanto nutricionales como ambientales Su finalidad es producir clones de plantas de un genotipo específico, con las características deseadas y/o libres de enfermedades (Thorpe, 2007).

El control de diversos factores del medio ambiente son de gran importancia para que el cultivo se desarrolle de manera adecuada, esto incluye poner atención en una serie de factores tales como un apropiado aporte de los nutrientes, los cuales están contenidos en el medio de cultivo en un adecuado balance, el pH del medio, la temperatura y la luminosidad, estos dos últimos factores se controlan en la cámara en donde se van a desarrollar los cultivos (Hussain et al. 2012).

A parte de su uso como herramienta de investigación, la tecnología del cultivo de tejidos se encuentra ampliamente usada para la multiplicación a gran escala de plantas, y en años recientes ha tomado gran importancia a nivel industrial en el área de propagación de plantas, eliminación de enfermedades y en la producción de metabolitos secundarios. Por otro lado, las aplicaciones de las técnicas del cultivo de tejidos se extienden a otras áreas tales como son programas de alimentación, conservación de la variabilidad genética, producción biofarmacéutica (Hussain et al. 2012; Kataria et al, 2013). La producción comercial de plantas utilizando la técnica de micropropagación, ha presentado ventajas sobre la técnica convencional, ya que ésta es una forma rápida de obtener un gran número de plantas en un período de tiempo corto y utilizando poca cantidad de espacio. Además, este proceso permite la obtención de plantas libres de enfermedades, principalmente virales (Calva y Pérez, 2005). En el área agrícola, el cultivo de tejidos ha resultado a ser una herramienta muy importante debido a la producción de variantes somaclonales, lo que ha permitido mejorar los cultivos, produciendo genotipos mejor adaptados a condiciones climáticas o con resistencia a enfermedades, además de la producción de plantas con calidad superior. El logro en la satisfacción de la demanda de alimentos, dependerá del mejoramiento en el rendimiento y la productividad de los cultivos mediante el desarrollo de plantas resistentes a enfermedades y plagas, o en el mejoramiento de variedades que proporcionen una mejor calidad en los alimentos. (Christou y Twyman, 2004).

El desarrollo de la ingeniería genética y las técnicas de biología molecular han permitido tanto el mejoramiento como la aparición de nuevos productos agrícolas, lo cual no habría sido posible sin el apoyo de las técnicas cultivo de tejidos. Las técnicas de ingeniería genética y biología molecular, han logrado introducir genes ajenos a las plantas, lo cual es una alternativa viable para seguir incrementando su productividad y mejorar su resistencia a plagas El desarrollo de plantas transgénicas es una de las aplicaciones importantes y en las que el cultivo de tejidos ha sido una herramienta muy valiosa (Arumugam et al., 2007). En este sentido, la biotecnología vegetal ha tenido un fuerte impacto debido a que las herramientas utilizadas han demostrado su potencial en la comprensión de muchos aspectos bioquímicos básicos de las plantas (Gaspar et al., 2002).

La técnica consiste esencialmente en aislar un explante, es decir una porción de la planta, y proporcionarle artificialmente las condiciones físicas y químicas apropiadas. La reproducción de plantas in vitro puede ser iniciada por dos mecanismos: la embriogénesis somática y la organogénesis. Existen varios factores que afectan la inducción y desarrollo de embriones somáticos en cultivos celulares; los reguladores de crecimiento juegan un papel importante en la regeneración y proliferación de éstos. También puede estimularse la formación de callo, sin embargo, en esta existe el riesgo de que las plantas obtenidas difieran genéticamente no solo una de otra, sino también de la planta madre. Por otro lado, la organogénesis se refiere a la producción de órganos de la planta, por ejemplo, raíces, brotes y hojas, los cuales pueden aparecer directamente del meristemo, o indirectamente del callo Santacruz-Ruvalcaba et al; Hussain, et al., 2012).

Una de las técnicas utilizadas en el cultivo in vitro, es la extracción de meristemos. Las células meristemáticas son totipotentes, se están dividiendo continuamente por mitosis y posteriormente se diferencían para originar los tipos celulares de una planta adulta (Molist et al, 2011), son puntos de crecimiento y consisten en células indiferenciadas que se encuentran en brotes apicales, laterales y en raíces, tiene poco desarrollo de tejido vascular, lo que significa que la presencia de patógenos en el tejido es baja en comparación con otros tejidos de la planta. Con el aislamiento y cultivo de meristemos se ha logrado obtener un alto porcentaje de plantas libres de patógenos, principalmente de virus, (Glim-Lacy y Kaufman, 2006; García-González et al, 2010), esto último tiene relación con el tamaño del meristemo aislado, es decir, mientras más pequeño es el meristemo, mayor es la posibilidad de que la planta se encuentre libre de virus, sin embargo, cuanto menor es la medida del meristemo, disminuye así mismo la regeneración de plantas (Leyanis et al, 2001).

Consideraciones que se deben tomar en cuenta para el inicio del cultivo

El primer paso para el establecimiento de cultivos es la elección del explante apropiado, la cual se encuentra determinada por el objetivo a alcanzar y la especie utilizada. La repuesta de los explantes pueden variar según el estado de desarrollo, el tamaño y la edad ontogénica de los mismos, así como de la edad de la planta donadora del tejido. Después se encuentra la asepsia del explante para evitar la proliferación de microrganismos que puedan competir con el explante por los nutrientes del medio, o modificarlo, o destruir el mismo explante (Leifert, 2001; Odutayo et al.,2007; Arifa et al., 2013;). El medio de cultivo adecuado para el desarrollo del explante es un factor de gran importancia, éste debe contener los nutrientes adecuados y los reguladores de crecimiento de acuerdo al objetivo de interés, con la finalidad de evitar anomalías que puedan presentarse en el desarrollo de la planta (Isah, 2015). El último factor a tomarse en cuenta, son las condiciones de incubación, Es conveniente que los cultivos sean incubados en ambientes controlados de luz y temperatura principalmente. Comúnmente se utiliza un fotoperiodo de 16 horas luz y 8 horas oscuridad, y una temperatura de entre 25 y 28 ºC. (Mantell y Hugo, 1989)

 

 

Literatura citada

Aarifa Jan1, K. M. Bhat1, Bhat, S. J. A.2*, M. A. Mir1, M. A. Bhat3, Imtiyaz A.1 Wani and J. A. Rather. (2012). Surface sterilization method for reducing microbial contamination of field grown strawberry explants intended for in vitro culture. African Journal o Biotechnology. 12(39): 5749-5753.

Arumugam, N. Gupta, V.,  Jagannath, Arun., Mukhopadhyay, A.,  Pradhan, A., Burma  P. K. and Pental  D. (227). A passage through in vitro culture leads to efficient production of marker-free transgenic plants in Brassica juncea using the Cre–loxP system Transgenic Res 16:703–712

Calva,  C.G., y Pérez, V.J. 2005. Cultivo de células y tejidos vegetales: fuente de alimentos para el futuro. Revista Digital Universitaria.  6 (11): 1067-6079.

Christou, P., and Twyman, R.M. 2004. The potential of genetically enhanced plants to ardes food insecurity. Nutrition Research Reviews 17:23–42.

García-Gonzáles, R., Quiroz, K.., Carrasco, B. y Caligari, P. 2010. Plant tissue culture: Current status, opportunities and challenges. Cien. Inv. Agr. 37(3):5-30.

  1. Gaspar, T., Franck T., Bisbis, B., Kevers, C., Jouve, L., Hausman, J.F. and Dommes, J. (2002). Plant Growth Regulation. Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands Concepts in plant stress physiology. Application to plant tissue cultures. 37: 263–285.

Gautiteret, R.J. 1983.Plant Tissue Culture: A History. Invited Article. Bot. Mag. Tokyo. The Botanical Society of Japan 96: 393-410.

Glimn-Lacy, J. y Kaufman,P. B.. 2006.  Botany Ilustrated. Introduction to plants, major groups, flowering plant families.2d. Ed. Springer.146 pp.

Hussain,  A., I. A. Qarshi, N,  Hummer, and I. Ullah. 2012. Plant Tissue Culture: Current Status and Opportunities.

Tasiu Isah. (2015). Adjustments to in vitro culture conditions and associated anomalies in plants. Acta biologica cracoviensia.

Kataria, N., Yadav, K., Kumari, S. y Singh, N. 2013. Micropropagation: An Important Tool for Conserving Forest Trees.  Pertanika J. Trop. Agric. Sci. 36 (1): 1 – 26.

Leifert, C. *and Cassells, A. C. (2001). Microbial hazards in plant tissue and cell cultures In Vitro Cell. Dev. Biol. Ð Plant, Society for In Vitro Biology. 37:133-138

Leyanis, G. A., Sarría H.Z., Pichardo, M. T. y Pérez, M.B. 2001. Cultivo de meristemos para la eliminación del virus S de la papa en plantas cultivadas in vitro. Biotecnología Vegetal. 1(2):117-119.

Mantell, M. & Hugo, S. A. (1989). Effects of photoperiod, mineral medium strength, inorganic ammonium, sucrose and cytokinin on root, shoot and microtuber development in shoot cultures of Dioscorea alata L. and D. bulbifera L. yams. Plant Cell, Tissue and Organ Culture 16:23-37.

Molist P., Pombal, M. A. y Megías, M. 2011. Atlas de Histología vegetal y animal.  Meristemos. Dpto.De Biología Funcional y Ciencias de la Salud. Univ. De Vigo.

Odutayo, N. O. I. , Amusa, N. A., Okutade, O. O. and Ogunsanwo Y.R. (2007). Sources of microbial contamination in tissue culture laboratories in southwestern. African Journal of Agricultural Research Vol. 2(3); 67-072.

Santacruz-Ruvalcaba, F., Gutiérrez-Mora, A., Rodríguez-Garay, B., (1998). Somatic embryogenesis in some cactus and agave species. J. PACD. 3;15–26.

Thorpe T. A.  2007. History of plant tissue culture. Review paper. Molecular Biotechnology. 37:169–180.

 

Páginas de internet consultadas: http://balde04.blogspot.mx/2012/11/332-cultivo-de-meristemos-apicales.html

http://www.agrobiot.com/faq.html.   Fecha de consulta: noviembre de 2017.

 

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