Fitomejoramiento por inducción de mutaciones
Utilizada desde el decenio de 1930 con el fin de acelerar el proceso de desarrollo y selección de nuevos rasgos agronómicos valiosos, la mejora por inducción de mutaciones utiliza la propia estructura genética de la planta, imitando el proceso natural de la mutación espontánea. El proceso de mutación genera variaciones genéticas aleatorias, que dan lugar a plantas mutantes con rasgos nuevos y útiles.
En su forma más simple, la reproducción tradicional se basa en la propagación selectiva de plantas con características deseables y la eliminación o el “descarte selectivo” de aquellas con características menos deseables. Otra técnica, que suele denominarse “cruce”, consiste en el entrecruzamiento (o cruzamiento) deliberado de cepas emparentadas o distantes, pero sexualmente compatibles, para producir nuevas variedades de cultivo o cepas con propiedades deseables. Ambas técnicas suponen un proceso multigeneracional que a menudo requiere al menos cinco años para eliminar las características no deseadas y desarrollar los rasgos que se buscan.
Junto con la FAO, el OIEA ayuda a sus Estados Miembros a crear y a aplicar tecnologías que, mediante el uso de la radiación gamma y los rayos X, puedan inducir mutaciones en las plantas y, así, acelerar considerablemente el proceso de reproducción. Ello también puede comportar el uso de técnicas de biotecnología conexas para detectar y seleccionar las mutaciones requeridas.
Un instrumento más rápido y, además, respetuoso con el medio ambiente
En el caso de los cultivos autopolinizados que se diseminan por semillas, la mejora por inducción de mutaciones se basa en la autofecundación —o autopolinización— de los mutantes hasta que el carácter deseado inducido se expresa de forma estable en las generaciones mutantes avanzadas. A menudo, es preciso efectuar retrocruzamientos con el genotipo original no mutado (parte de la secuencia de ADN de una célula que determina su característica específica), a fin de mantener los rasgos favorables.
La mejora por inducción de mutaciones se basa en la inducción de mutaciones y en la detección de mutaciones, y presenta muchas ventajas comparativas: es eficaz en función del costo, rápida, está comprobada y es robusta. También es transferible, se puede aplicar en cualquier lugar, no entraña riesgos y no daña el medio ambiente. Se han sacado al mercado oficialmente para su uso comercial más de 3200 variedades mutantes de más de 210 especies de plantas procedentes de más de 70 países, entre las que figuran numerosos cultivos, plantas ornamentales y árboles. (Fuente: Base de Datos FAO/OIEA sobre Variedades Mutantes).
Las biotecnologías vegetales desempeñan un importante papel en la mejora por inducción de mutaciones. Las técnicas de cultivo de tejidos vegetales son instrumentos muy eficaces para acortar el tiempo que se necesita para generar cepas mutantes multiplicadoras (cepas que siempre transmiten ciertos rasgos a su descendencia). Esto supone un obstáculo para la explotación de cultivos con mutaciones inducidas recesivas (es decir, cuando la característica de un gen no se expresa porque se manifiesta otra más dominante).
Uno de esos métodos de fitomejoramiento es la técnica de doble haploide, es decir la duplicación de los cromosomas de un haploide —un organismo o célula con un solo miembro de cada par de cromosomas—.
Otro método consiste en identificar marcadores moleculares que están estrechamente ligados a los rasgos deseados, que posteriormente puedan utilizarse para identificar con rapidez esos rasgos. El desarrollo y la difusión de esos marcadores moleculares podría fortalecer más los programas de mejora por inducción de mutaciones, en particular en lo que respecta a los principales cultivos alimentarios, como el arroz [1].
El fitomejoramiento por inducción de mutaciones es un método en el que se aceleran mutaciones genéticas que de otro modo podrían haber ocurrido mucho más lentamente en las plantas.
El uso de la radiación presenta múltiples ventajas comparativas: es eficaz en relación con los costos, rápida y sólida; además, su eficacia está comprobada, se puede replicar en cualquier lugar, no es peligrosa y no daña el medio ambiente. La irradiación aumenta la tasa de mutación natural de 1000 a 1 millón de veces. Con este método, que se ha venido utilizando durante décadas, se obtuvo, por ejemplo, una variedad de algodón con mayor rendimiento agronómico y una fibra de mejor calidad en tan solo cinco años.
Las variedades de plantas producto de técnicas que emplean la irradiación son tan seguras como las variedades obtenidas con otros métodos de fitomejoramiento. Estas plantas pueden cultivarse sin ningún efecto nocivo; en particular, no son radiactivas.
Gracias al cultivo y el uso generalizado de estas nuevas variedades de plantas, se ha fortalecido la producción mundial de alimentos y se han atendido las necesidades de los agricultores, en especial en los países en desarrollo y las regiones que están más expuestas a los efectos del cambio climático.
La inducción de mutaciones es un proceso en el que la mutación natural de la planta se acelera mediante un catalizador biológico, químico o físico para modificar algunas de sus características. Algunos de los agentes que podrían emplearse son: virus y bacterias (biológicos), antibióticos y alquilantes (químicos) y radiación ionizante (físico).
Cuando esta técnica supone el uso de la radiación, lo habitual es irradiar semillas. Sin embargo, en algunos experimentos se han irradiado plántulas, plantas adultas o partes de ellas, como el polen, las esporas o la raíz. Si los mecanismos de reparación de las células no eliminan las mutaciones inducidas por la irradiación, se obtienen mutaciones hereditarias.
En este tipo de fitomejoramiento, los científicos emplean tecnologías como las fuentes radiactivas de cobalto 60; de hecho, ese tipo de rayos gamma ha sido el agente mutagénico más común en los últimos decenios. Otros tipos de radiación, como los rayos X, las partículas alfa y beta, los neutrones o la luz ultravioleta también se han utilizado para inducir mutaciones. Los haces de iones y la radiación cósmica están ganando popularidad en este ámbito, porque se están estudiando sus ventajas en comparación con otros tipos de radiación.
La detección de mutaciones es el proceso en el que se define qué plantas mejoran sus características tras haber sido sometidas al proceso de inducción de mutaciones. Las mutaciones son tan poco frecuentes que se debe irradiar una gran cantidad de semillas, que posteriormente se plantan y cultivan durante generaciones. Este proceso no durará lo mismo para todas las plantas, dado que las diversas especies tienen tiempos de desarrollo diferentes y requieren análisis distintos.
Este proceso consta de dos etapas: la preselección y la confirmación (o validación). La preselección y la confirmación de características que se pueden medir con facilidad, como el tiempo de floración o el tamaño de la planta, son relativamente sencillas. Otras características menos evidentes requieren el desarrollo y la aplicación de métodos de preselección más complejos; por ejemplo, la resistencia salina en hidroponía o la resistencia a enfermedades.
El espacio exterior es un entorno extremadamente adverso. En él, las semillas, las plantas o cualquier tipo de tejido vegetal se ven expuestos a la radiación cósmica y la microgravedad.
Por un lado, la radiación cósmica puede ayudarnos a obtener plantas más resistentes a las condiciones de nuestro planeta, que cada vez son peores debido al cambio climático y otros factores. Como los rayos cósmicos también pueden inducir mutaciones, los científicos envían semillas al espacio y las siembran de regreso a la Tierra. Al igual que en el fitomejoramiento convencional, los científicos seleccionan posteriormente las plantas con propiedades útiles.
Por otro lado, durante los viajes de estas semillas, los científicos de un campo del conocimiento conocido como “astrobotánica” estudian de qué manera los rayos cósmicos y la microgravedad afectan las características biológicas de la planta, para ver cómo podríamos cultivar plantas fuera de nuestro planeta [2].
[1]https://www.iaea.org/es/temas/mejora-por-induccion-de-mutaciones
[2]https://www.iaea.org/es/newscenter/news/que-es-el-fitomejoramiento-por-induccion-de-mutaciones.
