El cultivo in vitro de tejidos se practica desde hace unos 130 años, y fué puesto en práctica a finales del siglo XIX, motorizado por el interés de investigadores en conocer el desarrollo aislado de células vegetales. Se inició en una investigación sobre hormonas que controlan el crecimiento y desarrollo vegetal (fitohormonas). Éste conocimiento, en conjunto con las técnicas de microbiología desarrolladas hasta ese entonces, permitieron hacer crecer células vegetales en medios estériles, abriendo el campo a una nueva aplicación de la tecnología en la investigación dentro de la biología, que hoy se extiende mas allá de su uso en investigación, como veremos más adelante.
En un principio los investigadores sugerían que las células en las plantas se diferenciaban al retener sólo aquella parte del genoma necesario para el tipo celular del órgano al que estaban destinadas. Se pensaba que había factores externos que provocaban que las células cambiaran tomando gran diversidad de formas y funciones. Al inicio no se sabía si los cambios sufridos por la diferenciación eran permanentes e irreversibles o si solo eran características temporales para que las células se adaptasen a necesidades funcionales del organismo en general y del órgano en particular
En experimentos realizados por Vochting en 1878 sobre la polaridad celular, se observó que células de tallos eran capaces de re-diferenciarse y formar raíces y brotes, lo que demostró que la diferenciación no era permanente sino que estaba dada por la posición relativa
de la célula en la planta. Esto dió la posibilidad del cultivo autónomo de la célula, debido a la totipotencia (capacidad de una célula de desarrollarse para producir un organismo entero) y la posibilidad de regeneración de plantas a partir de porciones de la misma, proceso hoy conocido como Cultivo in vitro de tejidos vegetales.
El cultivo in vitro es, por lo tanto, una técnica en la cual se realiza el cultivo de tejidos vegetales en condiciones de asepsia, y se realiza tomando una porción de una planta (hoja, tallo, semilla, otros) y colocándola en un medio nutritivo estéril donde se regenerará una o muchas plantas. Este cultivo se incuba bajo condiciones de luz, temperatura y humedad controladas, que junto con las fisicoquímicas y nutricionales propician el desarrollo del explante.
El mismo ha adquirido gran relevancia en las últimas décadas, dado sus potenciales aplicaciones, dentro de las cuales se encuentran las siguientes:
1- Micropropagación: La micropropagación constituye la principal aplicación comercial del Cultivo de Tejidos Vegetales en la actualidad, incluso con el Cannabis. Consiste en la propagación de uno o varios genotipos a gran escala a través del empleo de la técnica de cultivo de tejidos. Ésto constituye una herramienta muy útil en los programas de mejoramiento, ya que tiene el potencial de producir plantas de calidad uniforme a escala comercial, a partir de uno o varios genotipos selectos y con una tasa de multiplicación muy alta, comparada con otros métodos de reproducción asexual.
Algunas de las ventajas que presenta éste método de propagación asexual respecto a otros son :
- Propagación vegetativa rápida y a gran escala
- Uniformidad seleccionada del material clonado
- Multiplicación de plantas recalcitrantes a las técnicas convencionales
- Reducción en el tiempo de multiplicación y el espacio requerido para tal fin
- Mayor control sobre la sanidad del material propagado
- Introducción rápida de nuevos cultivares
- Facilidades para el intercambio internacional del material vegetal.
2- Conservación de germoplasma: muchos bancos de germoplasma utilizan la técnica de cultivo in vitro poder mantener recursos genéticos de diversas especies de una manera muy eficiente, ya que con sólo una pequeña porción de tejido se puede conservar el recurso genético en muy poco espacio y en condiciones de extremo control sanitario y ambiental.
3- Obtención de plantas de sanidad controlada: ésta aplicación de la técnica consiste en el saneamiento de determinados genotipos, a partir del cultivo y la regeneración de plantas usando ápices meristemáticos.
Las razones por las que el cultivo in vitro de ápices meristemáticos puede sanear individuos afectados por virus son:
Ausencia del virus en zonas de la planta no vascularizadas: los ápices meristemáticos. Es la razón principal, la más probable y por la que se inició la técnica, sin embargo estudios posteriores sugieren que existen otras razones complementarias que se comentan a continuación:
Inactivación vírica por daños al tomar el explanto. Los cortes para su extracción pueden contribuir a inactivar el virus.
Actividad metabólica elevada del explanto. Los virus se desarrollan en competencia con el metabolismo de la planta, por lo tanto si éste se mantiene elevado se limitará el desarrollo vírico.
Inactivación vírica en zonas específicas: meristemos. Se atribuye esta inactivación al contenido hormonal de la zona meristemática.
Inactivación vírica por la composición hormonal del medio de cultivo: auxinas y citoquininas.
El saneamiento de una planta infectada mediante cultivo de ápices meristemáticos consiste en cultivar in vitro un fragmento no infectado de la zona meristemática hasta producir un explanto libre de virus. A partir de ese explanto puede desarrollarse una nueva planta que será aclimatada ex vitro transfiriéndola a una zona de seguridad, o bien preferentemente se mantendrá in vitro para su micropropagación, produciendo así todo un clon de plántulas libres de virus que posteriormente se aclimatarán ex vitro. La eficiencia de esta segunda opción es mucho mayor, ya que a p
artir de una sola planta contaminada se podrán obtener millones de plantas sanas.
4- Obtención de metabolitos secundarios: Es la aplicación más reciente y se ha convertido en un gran potencial para el desarrollo de ésta técnica. La producción de metabolitos secundarios está
estrechamente relacionada con el proceso de desarrollo de la planta. La demanda de productos naturales de interés farmacéutico provenientes de plantas se ha incrementado en los últimos años dada la limitación de los procesos de obtención de medicamentos basados en la síntesis química.
Algunas de sus particularidades son: generalmente no está asociada al crecimiento, depende de condiciones determinadas de control hormonal, es paralela al desarrollo de tejidos especializados y órganos (raíces, tallos, hojas y glándulas).
5- Generación de variabilidad a través de la variación somaclonal:
El cultivo in vitro representa un momento de estrés para las células y tejidos vegetales
y puede desencadenar procesos mutagénicos durante el establecimiento del explanto, la inducción de callo y la formación de embriones o vástagos durante el proceso de regeneración de plantas. Algunos de los cambios genéticos ocurridos en las plantas regeneradas pueden resultar variantes atractivas, con utilidad potencial en el mejoramiento vegetal para el desarrollo de nuevas variedades. Ésto adquiere gran importancia sobre todo en especies con sistema de reproducción autógamo y cuyas estructuras reproductivas impiden forzar la hibridación para la generación de variabilidad que todo programa de fitomejoramiento requiere en su inicio.
Llamamos por lo tanto variación somaclonal a los cambios ocurridos en las plantas regeneradas y que son transmitidos a la progenie. Asimismo cabe citar la ocurrencia in vitro de cambios reversibles que pueden modificar la expresión de ciertos genes, en este caso se habla de que la modificación es por causas epigenéticas, y al no implicar cambios en la secuencia nucleotídica del genotipo en cuestión, no son transmitidos a la progenie, por lo tanto, a diferencia de la variación somaclonal, n oson útiles para los programas de fitomejoramiento.
6- Cultivo de anteras para la obtención de genotipos doble haploide:
Las gametas sexuales de las plantas (polen y óvulo) poseen la mitad de la carga cromosómica que las células somáticas, y en algunas especies diploides, ésta técnica permite generar una planta haploide a partir de una o varias células gaméticas. Ésta planta luego se somete a un proceso de duplicación cromosómica forzada a través de un agente químico llamado colchicina, y da lugar a la formación de una planta diploide, cuyos juegos de cromosomas son idénticos, esto quiere decir que poseerá todos sus genes en estado de homocigota, lo que en genética se conoce como línea pura. La androgénesis es un proceso experimental que permite la obtención de líneas puras doble haploides a través de embriogénesis o callogénesis inducida partiendo del gametófito masculino (polen bicelular joven) o de su precursor, la microspora. Ésto acelera muchísimo los programas de fitomejoramiento, ya que podemos obtener en una sola generación individuos con un nivel de homocigosis del 100%, para su uso en la generación de híbridos comerciales, cuando con métodos convencionales de endocría, la obtención de dichos materiales conlleva varias generaciones y nunca se alcanza un 100% de homocigosis en su genoma.
¿Todo es color de rosa en el cultivo in vitro?
El uso de dicha técnica, también implica algunas desventajas o dificultades:
-No todas las especies son viables para cultivar in vitro; algunas son recalcitrantes.
-Cada especie requiere de métodos y condiciones específicas.
-La estandarización de protocolos resulta costosa y conlleva bastante tiempo.
-Se requiere de un gran nivel de inversión en infraestructura.
-Muchas veces las respuestas que se observan in vitro no se reproducen en condiciones ex vitro.
-Se requiere de un alto nivel de conocimiento en biotecnología y en biología y fisiología vegetal para poder desarrollar protocolos estandarizados.
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David Algasibiur
IG: @eleven.science.420
Profesor en los cursos Master Grower y Master Growlights de Academia EduCa.