Planta transgénica

Organismo vegetal que tiene incorporados en su genoma uno o varios genes procedentes de otros organismos, los cuales expresan de manera estable.

La manipulación genética de las plantas es mucho más sencilla que la de los animales, ya que aquéllas tienen un poder regenerativo mucho mayor. En muchos casos, a partir de una sola célula vegetal se puede obtener una planta entera, por lo que, en ingeniería genética, se puede conseguir una planta transgénica completa modificando únicamente el genoma de una sola célula. El modelo de planta más utilizado en la modificación genética es la Arabidopsis thaliana, una mala hierba que crece muy rápidamente y bajo una gama muy amplia de condiciones de cultivo.

Técnicas y métodos

Los métodos de modificación genética en plantas más comunes son: la transferencia de ADN foráneo mediada por Agrobacterium tumefaciens, la transferencia a protoplastos, la transferencia mediada por vectores virales, y la mediada por microproyectiles.

Transferencia de ADN mediada por Agrobacteriumtumefaciens

A. tumefaciens es una bacteria que vive en el suelo y que establece una especial "relación" con las plantas dicotiledóneas, entre las que se encuentran las legumbres (judías, guisantes), los rosales, la planta de la menta, etc. El genoma de estas bacterias está formado por un cromosoma y un plásmido, denominado plásmido Ti. Gracias a éste, A. tumefaciens es capaz de infectar a plantas que han sufrido algún tipo de daño en su estructura, provocándoles la formación de una estructura dura, de tipo calloso, justo en el punto de infección. Una vez en el interior de la planta, las bacterias transfieren a las células vegetales un fragmento de ADN procedente de su plásmido Ti, que se integra de manera estable en el genoma vegetal. Este trozo de ADN bacteriano que se transfiere se denomina ADN-T (de ADN Transferido) y es el responsable de inducir a la planta a que sintetice unos compuestos de gran utilidad para la bacteria, tanto para su nutrición como para su multiplicación.

Las propiedades del plásmido Ti y del ADN-T han permitido construir vectores que son capaces de transportar el o los genes deseados al interior de la planta. Existen varios tipos de estos vectores pero en la mayoría de los casos de transferencia de ADN se utilizan los llamados binarios. Estos vectores siempre se emplean juntos, ya que uno es complementario al otro. El primero de ellos es el plásmido Ti de la bacteria pero sin el fragmento de ADN-T; en él se introduce el ADN foráneo que se quiere insertar en la planta. El segundo es un plásmido más pequeño, que contiene los genes de ADN-T. Se ha comprobado que la transferencia de ambos plásmidos funciona muy bien, ya que cada plásmido complementa las funciones del otro.

Los vectores construidos artificialmente se introducen en A. tumefaciens. A continuación se sigue un procedimiento muy sencillo para que las bacterias infecten Arabidopsis: las hojas de la planta se cortan en pequeños trocitos en forma de "discos", y se ponen en contacto con la bacteria. Después de unas horas, la bacteria se elimina con un antibiótico, y los trocitos de hoja se pasan a un medio adecuado para que puedan crecer, siendo capaces de regenerar una planta entera cuyo genoma se habrá modificado al haber insertado el ADN foráneo que se le ha introducido con los vectores. Con este método se ha conseguido manipular genéticamente hojas de la planta del tabaco, o las de la planta del tomate.

Transferencia a protoplastos

En vegetales, un protoplasto es una célula "desnuda", es decir, que no está recubierta por la pared vegetal que habitualmente rodea a todas las células de una planta. Sin esta pared vegetal, que confiere protección y rigidez a las células, éstas son más manejables para la transferencia de ADN foráneo. En un principio se utilizaron plásmidos Ti para introducir el o los genes deseados, pero la técnica más utilizada en la actualidad es la llamada electroporación, que consiste en someter a las células a unos pulsos eléctricos, como si fueran pequeñas descargas, que hacen pequeños agujeros en la membrana celular por donde puede pasar el ADN ajeno hacia el interior celular. Estos protoplastos se colocan en un medio adecuado para su crecimiento, pudiendo regenerar una planta entera. Este método se ha seguido con éxito en la introducción de ADN foráneo en petunias, y en multitud de especies de cereales, como el trigo o el arroz.

Transferencia mediada por vectores virales

Para llevar a cabo este método se utiliza, como medio para introducir ADN foráneo, el genoma de varios tipos de virus que habitualmente infectan plantas, como por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco, o el virus X de la patata. Los genomas de estos virus se copian y se introducen en plásmidos bacterianos en los que también se inserta el gen o los genes ajenos con los que se quiere modificar el genoma de la planta. Estos plásmidos modificados se introducen en los virus, y éstos se ponen en contacto con la planta para que se produzca la infección. Una vez en el interior de la planta, los virus comienzan su ciclo vital, replicando y expresando su genoma, provocando que también se forme un gran número de copias del ADN foráneo y que se exprese. De este modo, se consigue una expresión transitoria de los genes que se han introducido en la planta.

Transferencia mediada por microproyectiles

Este método de transferencia de ADN consiste en el "bombardeo" de las células vegetales que se quieren modificar genéticamente. Para ello se usan bolas metálicas muy pequeñas, recubiertas con el ADN que se quiere introducir, que son lanzadas a gran velocidad, como si fuera un disparo, hacia las células. Las bolas penetran en las células y, en la gran mayoría de los casos, el ADN foráneo se suele integrar en el genoma vegetal. A partir de las células bombardeadas, se regenera una planta completa modificada genéticamente. Con este método se ha conseguido hacer arroz y soja transgénicos.

Aplicaciones de las plantas modificadas genéticamente

Las plantas modificadas genéticamente son muy útiles en investigación básica y aplicada para el estudio de la función de numerosos genes, presentando también multitud de aplicaciones prácticas a un nivel más comercial, como por ejemplo, su utilización como pequeñas "factorías" para fabricar proteínas, anticuerpos, etc., o su empleo para la producción controlada de flores y frutos, entre otras muchas.

Investigación básica y aplicada

Las plantas transgénicas permiten el estudio de la función de determinados genes, ayudando a comprender los mecanismos que se producen durante el metabolismo vegetal o la fotosíntesis. El proceso consiste en la introducción en la planta de un gen externo que modifique o anule completamente la expresión de un gen en concreto. Analizando el comportamiento del vegetal modificado, se puede determinar la función que tenía ese gen, lo que ayuda entender mejor los procesos que tienen lugar en las plantas.

Plantas resistentes a organismos patógenos

Se han creado plantas transgénicas capaces de presentar resistencia a virus, bacterias, hongos, insectos, etc. Con ellas se ha conseguido evitar enfermedades y plagas que causan pérdidas millonarias en cosechas de todo el mundo.

Este tipo de plantas se crean de tal manera que se obliga al vegetal a expresar material genético del propio patógeno, lo que produce una desestabilización del agente agresor y la consiguiente resistencia de la planta hacia ese patógeno. De esta manera, se evita el uso de productos químicos (insecticidas, plaguicidas, etc.), que afectan de forma notable al medio ambiente y suponen un gran coste económico.

Un ejemplo de este tipo de plantas son aquellas que presentan resistencia a virus, las cuales se han obtenido mediante el empleo de diversos mecanismos. Uno de ellos ha sido la introducción en el genoma de la planta del tabaco, mediante un plásmido Ti, de un fragmento de ADN que codifica para la proteína de cubierta del virus que la infecta de manera específica: el llamado virus del mosaico del tabaco. Así, la planta transgénica es capaz de expresar la proteína de cubierta del virus, convirtiéndola en resistente a éste por algún mecanismo que aún no se conoce muy bien: puede ser porque las proteínas expresadas envuelven al ARN viral, transformándolo en no infeccioso, o porque dichas proteínas bloqueen receptores internos de la planta que intervienen en el proceso de liberación del ARN viral hacia el citoplasma celular vegetal.

Plantas resistentes a herbicidas

Los herbicidas son productos químicos que se utilizan para matar las "malas hierbas", pero presentan la gran desventaja de no distinguir este tipo de plantas de las que no lo son, por lo que pueden llegar a destruir cosechas o plantaciones enteras. Para que esto no ocurra, se han creado plantas transgénicas que son capaces de resistir la acción de estos productos. Los herbicidas actúan sobre determinadas enzimas esenciales para la vida de las plantas por lo que el mecanismo que se ha seguido para la obtención de vegetales resistentes a ellos ha sido el introducir genes externos que consigan, o bien producir grandes cantidades de enzima, que compensan las enzimas que no funcionan por haber sido inhibidas por el herbicida, o bien producir enzimas (diferentes a las propias de la planta) que sean capaces de actuar sobre el producto químico, inactivándolo. Con estos métodos se han conseguido gran diversidad de plantas transgénicas resistentes a herbicidas, entre las que destacan el tabaco, el algodón, el trigo o la soja.

Plantas tolerantes a condiciones adversas (salinidad, aridez, temperatura, etc.)

Existen numerosos genes que permiten a las plantas su adaptación a condiciones que las pueden resultar estresantes, como por ejemplo, la salinidad del suelo, los cambios radicales de temperatura, la cantidad de agua de la que dispongan, etc.; en algunas plantas, la expresión de estos genes no suele ser suficiente para que resistan condiciones demasiado extremas.

Como ejemplo de vegetales transgénicos tolerantes a la salinidad se encuentran las plantas de tabaco y del género Arabidopsis. Ambas son capaces de producir grandes cantidades de dos enzimas diferentes implicadas en producir un tipo de compuesto, la glicina-betaína, cuya acumulación permite realizar los ajustes osmóticos necesarios para que sus células resistan un exceso de sal en el ambiente. En muchas plantas de gran interés desde el punto de vista agrícola, como el arroz, la patata, el tomate, etc., este compuesto no se acumula, por lo que la estrategia consiste en introducir genes externos que expresen grandes cantidades de estas dos enzimas para conseguir la producción y acumulación de la glicina-betaína, obteniendo así plantas que sean tolerantes a la salinidad.

Se han identificado, además, diversos genes que permiten la formación de un tipo de dobles enlaces en los ácidos grasos de la membrana de las células de la planta, modificándola de tal manera que permite la resistencia a las heladas. A nivel experimental, estos genes se han introducido en plantas que sirven como sistemas modelo (por ejemplo Arabidopsis), consiguiéndose muy buenos resultados, pero aún hay que extrapolarlos a plantas más interesantes desde un punto de vista económico (patatas, tabaco, algodón, etc.).