EMBRIOGENESIS SOMÁTICA INTRODUCCIÓN A LA EMBRIOGENESIS SOMÁTICA: La embriogénesis somática es una técnica biotecnológica de gran importancia, que esta comenzando a tomar campo en los últimos tiempos. Para poder entender este tema, debemos conocer términos o palabras claves y definir algunos conceptos importantes. ¿Qué es la embriogénesis como proceso biológico en las plantas?
Se puede definir la embriogénesis en las plantas como el conjunto de procesos fisiológicos que conducen a la transformación transformación de una sola célula, célula, el cigoto, en un individuo multicelular multicelular más complejo. ¿Qué es la embriogénesis somática? La embriogénesis somática “es un método que permite la formación de embriones somáticos, ya sea de manera directa o indirecta, es decir con form ación previa del callo embriogénico.” Cultivo de Tejidos Vegetales I. Fundamentos y aplicaciones; Guillermo E. Delgado y Consuelo Rojas Idrogo. Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo. Lambayeque-Perú. “La embriogénesis somática (asexual o adventicia), consiste en del desarrollo de embriones a
partir de células que no son el producto de una fusión gamética, o en otras palabras, es una proceso por el cual se produce una estructura bipolar (embrión) a partir de una célula somática”. Encuentros en la Biología; Carlos López Encina y Rosa Perán Quesada. Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga.
Palabras clave: callo, embrión, células somáticas, polipolidización, aneuploidización. aneuploidización. EMBRIOGENESIS SOMÁTICA IN VITRO: La embriogénesis somática como técnica de micropropagación en la biotecnología puede utilizar los siguientes tejidos como explantes.
Tabla 1. Explantes a partir de los cuales se puede realizar Embriogénesis In Vitro. Explante Hipocotilos
Peciolos
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Explante Ápices
Pedúnculos
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Explante Pedúnculos
Hojas Jóvenes
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Tipos de Embriogénesis Somática In Vitro: Como se explico en la definición de Guillermo E. Delgado y Consuelo Rojas Idrogo. El método de la embriogénesis se puede dividir en dos: Embriogénesis Directa e Indirecta. Embriogénesis Directa: La forma directa implica la existencia de células somáticas predeterminadas a seguir la vía embriogénica y las células del explante primario se desarrollan para formar embriones.
Imagen 1.Plántula de coco obtenida por embriogénesis. Embriogénesis Indirecta: Implica la necesidad de una inducción para que las células sigan la vía embriogénica, tras pasar por una fase proliferativa (callo) y cambiar su competencia a la expresión de embriogénesis.
Imagen 2. Callos formados durante la embriogénesis indirecta.
Ventajas de la Embriogénesis: La embriogénesis como técnica de biotecnológica, nos brinda las siguientes ventajas: Posibilidad de manipular grandes cantidades de embriones en medio líquido: al tratarse de una técnica de micropropagación se puede manipular grandes cantidades de embriones (pequeños conjuntos de células), en un medio líquido nutritivo. Mínima manipulación manual y espacio de laboratorio. Obtener un producto libre de patógenos y contaminantes: siempre y cuando el proceso sea realizado con todas las medidas y el cuidado microbiológico. Permite encapsular los embriones produciendo semillas sintéticas Automatización de la producción: llegando a utilizar bioreactores.
Desventajas de la Embriogénesis: La técnica también presenta puntos en contra tomando en cuenta la evolución del desarrollo del embrión: Tasa de regeneración baja. Generación asincrónica Poca información sobre la calidad y establecimiento en suelo. Diferencias entre embriones somaticos y cigoticos
Una primera diferencia entre embriones cigóticos y somáticos son sus sistemas de iniciación. Los embriones cigóticos se forman a partir de la unión de los gametos, la doble fecundación y las plantas que se originan son híbridas por la recombinación meiótica de sus genes.
Por el contrario, los embriones somáticos se originan de células vegetativas de un único individuo y las plantas resultantes son duplicados genéticos o clones de la planta madre.
Sin embargo, tanto los embriones cigóticos como somáticos comparten similar ontogenia. Ambos embriones pasan por los estados globular, torpedo y cotiledonal en especies dicotiledóneas y coníferas o por los estados globular, escutelar y coleoptilar en monocotiledóneas .
No obstante, existen diferencias significativas que limitan su uso como método de propagación. Por ejemplo, especies que son monoembriónicas y producen embriones cigóticos vía un suspensor, generalmente dan origen a embriones somáticos por un sistema evolutivo poco desarrollado donde se forma una masa de tejido embrional ( denominado complejo proembrional ) con múltiples embriones somáticos. Las razones para este retroceso hacia un tipo de desarrollo primitivo son desconocidas . Dicha masa de embriones somáticos se desarrolla en forma asincrónica, de tal forma que múltiples estados de desarrollo embrional están presenten en el cultivo en cualquier momento. Al desarrollarse en diferentes momentos están sujetos a cambios en el régimen nutricional del medio de cultivo. En este ambiente fluctuante desde el punto de vista nutricional, los embriones se vuelven desorganizados, forman nuevas células embriogénicas y de esta manera contribuyen a la asincronía
También ocurre una germinación precoz, donde dichos embriones forman solo raíces o tallos; no es una germinación que de origen a una plántula normal.
Otro problema es que los embriones somáticos generalmente muestran anormalidades estructurales como cotiledones extras y meristemas apicales pobremente desarrollados. Todos estos problemas se deben a las condiciones de cultivo y no a factores intrínsecos de los embriones somáticos, ya que embriones cigóticos inmaduros al ser removidos de las semillas y cultivados in Vitro presentan similares irregularidades.
Otra diferencia significativa entre embriones cigóticos y somáticos, es que a los embriones somáticos les falta la fase de quiescencia.
Los embriones cigóticos maduros de las semillas ortodoxas, al llegar a la madurez se deshidratan y entran en un periodo de reposo o quiescencia, que es el principal factor para que las semillas puedan ser almacenadas.
Por el contrario, los embriones somáticos continúan creciendo, algunos germinan, otros se vuelven desorganizados y se transforman en tejido proembrional y otros mueren. La falta de una fase de reposo en los embriones somáticos es el mayor obstáculo de su utilización como semilla artificial.
Aplicaciones de la Embriogénesis Somática en la Biotecnología Vegetal La técnica de embriogénesis somática es aplicada en la biotecnología en los siguientes aspectos: Propagación masiva de plantas. Conservación de Germoplasmas Mejoramiento de germoplasmas y plantas. Producción de embriones sin variación somaclonal Producción de semillas sintéticas y plantas libres de patógenos. FASES DE LA EMBRIOGENESIS SOMÁTICA:
Inducción del callo embriogénico Esta fase comprende la selección y desinfestación del explante, asi como su inoculación en el medio de cultivo, llamado tambien primario o de inducción. Este medio de cultivo varía en eficiencia entre una especie a otra e inlcusive entre genotipos de una misma especie a otra e inclusive entre genotipos de una misma espcie, tal como fue observado en alfalfa. Un hecho notable en este medio de cultivo primaro es la presencia de auxinas, en
aproximadamente el 60% de las especies revisadas por Evans et al., (1981) y Ammirato (1983), destacando el 2, 4-D y en menor proporción el AIA y ANA. En algunas familias como las Apiaceae las auxinas son las únicas hormonas requeridas y en las Poaceae el 2,4-D es la única hormona inductora. Las citocininas tienen un papel menor aunque en algunos sistemas resultan esenciales pero en muy bajas concentraciones.
Inducción y maduración de los embriones somáticos En la mayoría de los casos, donde se indujo el callo embriogénico, fue necesario transferirlo a un segundo medio de cultivo, denominado medio de cultivo secundario o de inducción y maduración de los embriones somáticos. Este medio de cultivo por lo gneerla carece de hormonas, o las auxinas son incoporadas en muy bajas concentraciónes. En algunos sistemas ha isdo rqueridoa la suplementacion de bjaas oncentraciones de citocininas y giberlinas. En esta fase el problema no es tanto la formación de los embriones somáticos, los que pueden ser fácilmente induciods, sino la fomración en grandes cantidads y con la plasticidad de que puedan ráiodamente convertirse en plantas, fase esta que ha resultado muy difcultosa envarios sistemas. Los conceptos de embriogénesis somática de lata frecuencia (HFSE) y embriogénesis somatica de baja frecuencia (LFSE), en base al numero de embriones somaticos producidos, fueron desarrollados posteriormente. El desrrollo normal de un embrión somatico en esta fase del proceso, y como ya ha sido ampliamente destacado, sigue la secuencia: globular, acoazonada y torpedo; sin embargo, es posible observar aglunas otras formas complmenetarias como la de torpedo tardio, ctiledonar y torpedo expandido como ocurren en la embriogénesis somatica del camote.
Desarrollo de embriones somáticos en plantas En esta fase, el embrión somático, que ha alcanzado el estadio de torpedo, se convierte en planta integra potencialmente capaz de ser trnasferida con éxito a condiciones de campo. Esta fase usualmente la alcanza en el mismo medio de cultivo secundario; sin embargo, no han sido muy numerosos los protocolos establecidos con enraizamiento del embrión somático; la formación de una planta y su transferencia al suelo.
EMBRIOGÉNESIS SOMÁTICA: UNA ALTERNATIVA PARA LA PROPAGACIÓN, MEJORAMIENTO Y CONSERVACIÓN DE GERMOPLASMA EN CACAO (PAPER) INTRODUCCIÓN El cacao (Theobroma cacao) es un árbol que se introdujo de México y América Central en África en 1822 en Santo Tomé y en 1850 en Ghana. Después del café y del azúcar, el cacao es la tercera mercancía agrícola exportada en el mundo, representando en 1988 más de 2000 millones de dólares de intercambio comercial. En la técnica de embriogénesis somática, el caco se ha comportado como recalcitrante por los bajos niveles de respuesta que se ha logrado y por la variabilidad de la misma en cuanto a los diferentes genotipos. DESARROLLO Explantes, desinfección e inducción de callos En el cacao se han probado diferentes explantes para la inducción del proceso de la embriogénesis somática en cotiledones y en hojas. La desinfección de los explantes de ha logrado con el uso del hipoclorito de sodio al 2% durante 20 minutos cuando se ha trabajado con los cotiledoneos , e hipoclorioto de sodio al 1% entre 15 y 20 minutos cuando se han utilizado como explantes pétalos y estaminoides. La inducción de callos se realizó en medio MS suplementado con agua de coco, caseína hidrolizada, tiamina y ácido naftalenacético para el caso de los cotiledones, donde además se pudo observar la formación de embriones somáticos con características asincrónicas.
La formación de callos también se ha obtenido a partir de pétalos y estaminoides en medio MS con combinaciones de ácido 2,4-D y quinetina. Estos explantes son los que mayor importancia tienen para la propagación del cultivo, ya que el cacao por se un planta alógama los cotiledones llevan implícita una variabilidad natural productora de su cruzamiento, aunque los mismos se pueden emplear cuando se parte de cruzamientos conocidos. En el caso de pétalos y estaminoides representan a la planta y pueden encontrarse durante casi todo el año en cantidades que oscilan entre 20 y 100 mil flores. Diferenciación de embriones somáticos Los callos obtenidos de estaminoides han resultado se los de mayor potencial para la formación de embriones somáticos en medios con las sales MS diluidas a la mitad, suplementada con sacarosa, ácido giberélico, quinetina, ácido nafatalenacético y vitaminas en el clon UF-613. Estos resultados nos indican la posibilidad de obtener embriones somáticos a partir de callos formados de estaminoides en una frecuencia más elevada. Los embriones se encontraban en estado globular, acorazonado y torpedo, lo cual indica un alto grado de asincronía, característica del proceso embriogénico en medio sólido.
(b) embrión en estado globular, (d) embrión en estado acorazonado, (e) embrión en estado torpedo
Maduración y conversión en plantas de los embriones somáticos Los embriones en estado de torpedo fueron transferidos a medios de maduración que contenían las sales Driver Kunikyuki (DKW) suplementados con ácido absícico, sacarosa 6% y la combinación de ambos. Con el tratamiento de sacarosa 6% se obtuv un mayor porcentaje de respuesta en el aumento de tamaño de los embriones, cambio de coloración de los cotiledoneos, de blancos a violáceos, lo que indica la acumulación o síntesis de reserva por parte de los embriones. Los embriones somáticos también manifestaron la elongación del hipocotilo, lo cual indica el inicio de la germinación y conversión de los embriones. Luego de transferir los embriones en germinación hasta medios para tal fin se obtuvo la conversión de una parte de ellos hasta un 20%. Sin dudas es esta parte donde se presentan mayores dificultades del método de propagación. BIBLIOGRAFIA: http://es.wikipedia.org/wiki/Embriog%C3%A9nesis_som%C3%A1tica http://www.fagro.edu.uy/~fisveg/docencia/cursos%20posgrado%20y%20optativos/curso%20 de%20micropropagacion/mateoricos/Embriognesis%20somtica%202008.pdf Cultivo de Tejidos Vegetales I. Fundamentos y aplicaciones; Guillermo E. Delgado y Consuelo
Rojas Idrogo. Universidad Nacional Pedro Ruíz Gallo. Lambayeque-Perú. Encuentros en la Biología; Carlos López Encina y Rosa Perán Quesada. Facultad de Ciencias de la Universidad de Málaga.
