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Tema: Plantas sexuadas que producen clones

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    Plantas sexuadas que producen clones

    A cada generación, la reproducción sexuada mezcla los caracteres de los padres: las plantas híbridas utilizadas por los agricultores pierden rápidamente las características para las cuales se seleccionaron. Las cosas podrían cambiar: se sabe en adelante obtener semillas clonales con una planta modelo.

    Es un sueño de la agricultura moderna. Recuperar cada año una parte de las semillas recogidas, con el fin de sembrarlas el año siguiente, como se hace en agricultura tradicional. En la actualidad, para mantener el nivel y la calidad de su producción, los agricultores que utilizan métodos modernos para muchas especies vegetales estan obligados en comprar cada año las semillas híbridas producidas a partir de lineas puras.

    Estas se seleccionan cuidadosamente por su resistencia a las enfermedades, a la sequía, o también por su gran productividad. Pero como la mayoría de las plantas cultivadas, como el arroz o el maíz, tienen una reproducción sexuada, el genoma de cada semilla producida si dejamos actuar la naturaleza, es una mezcla aleatoria de una parte de los genomas de cada uno de sus parentales. Si se volvían a sembrar, se perdería rápidamente en homogeneidad, y las características óptimas de las semillas iniciales desaparecerían a partir de la primera generación.

    ¿Esta situación podría cambiar? Es lo que está en juego en los trabajos presentados en febrero pasado por el equipo francés de Raphaël Mercier, del INRA de Versailles-Grignon, asociado a investigadores del Consejo de la investigacion científica e industrial de Hyberabad, en la India, y de la Universidad de California. En efecto, produjeron con una planta modelo a reproducción sexuada, semillas cuyo genoma es la exacta copia del genoma de uno sólo de sus padres. Es decir, produjeron semillas clones por reproducción sexuada. La Arabidopsis thaliana que así transformaron no es una planta agrícola, pero registraron una patente, y emprendieron de aplicar su descubrimiento al arroz.


    Formación de los gametos


    « Al origen, no teníamos en absoluto por objetivo obtener plantas a descendencia clonal », recuerda Raphaël Mercier. Conseguirlo fue una oportunidad puesto que, desde hace treinta años, decenas de equipos se dedicaban en vano a transformar plantas con este fin. Algunas intentaban incluir los mecanismos aplicados en las plantas salvajes que se reproducen sin fecundación, con el fin de transponerlos a plantas a reproducción sexuada.

    Más de 400 especies de plantas salvajes, como el diente de león, el espino o también el ranúnculo, poseen un método de reproducción original, nombrado apomixis, que los vuelve capaces de producir semillas genéticamente idénticas a la planta madre. Pero los mecanismos de la apomixis se revelaron demasiado difíciles a descifrar y permanecen un misterio. Otros equipos, intentaron directamente obtener plantas apomicticas realizando hibridaciones entre especie salvaje apomictica y especie sexuada. Sin más éxitos.

    Raphaël Mercier no se interesaba por la apomixis. Quería incluir el proceso de elaboración de las células sexuales, los gametos, en las plantas sexuadas. Más exactamente, se interesaba por la meiosis, una división celular que interviene en este proceso.

    Durante la división celular ordinaria, la mitosis, una célula madre, que contiene pares de cromosomas cinco en la oruga, se divide en dos células hijas que le son idénticas. Al contrario, la meiosis produce células hijas que no tienen ya que un único cromosoma de cada par. Además durante la meiosis, los cromosomas de un mismo par se recombinan e intercambian genes. Los cromosomas de los gametos llevan pues una información genética original.

    Descifrando las funciones de los genes que controlan la meiosis en Arabidopsis thaliana, Raphaël Mercier y sus colegas franceses consiguieron sustituirlo por una mitosis en la producción de los gametos. Al modificar solamente tres genes, suprimieron la recombinación, así como una de las dos etapas de división sucesivas del méiose. Así obtuvieron razas de plantas que bautizaron Mimo para mitosis - méiose. En esta raza, no hay ni mezcla genética ni reducción del número de cromosomas, aunque los gametos de este mutante tienen exactamente los mismos cromosomas que la planta madre.

    « Teníamos nuestra linea MiMe, pero no podíamos utilizarla tal cual », se acuerda Raphaël Mercier. Era necesario superar un obstáculo de importancia: un excedente de cromosomas. A la primera generación de la raza MiMe, los gametos poseen los 5 mismos pares de cromosomas que una célula normal. Cuando se fertilizan el uno con el otro, se obtiene una semilla proporcionada de 5 cromosomas en 4 ejemplares: es dos veces demasiado. La planta puede adaptarse, pero el número de cromosomas duplicandose a cada generación, nos enfrentamos rápidamente a problemas de viabilidad insuperables. ¿Que hacer?

    La solución vino del otro lado del Atlántico. El equipo de Simon Chan, de la Universidad de California, acababa en efecto de crear por casualidad un mutante de Arabidopsis thaliana nombrado GEM, cuyos cromosomas se eliminan después de la fecundación. El equipo francés, junto al equipo indio, emprendió entonces de cruzar las lineas MiMe y GEM, esperando que se eliminarian bien los cromosomas de este último. “Constatamos que una parte de las semillas obtenidas eran clones genéticos, idénticos a su madre o a su padre, nos explica Raphaël Mercier. Cuando se sigue con los cruces, pero esta vez entre algunos de los clones obtenidos y el mutante GEM, una parte de las plantas de la segunda generación son aún clones de su madre y de su abuela. En resumen, observamos que la obtención de clones es posible sobre varias generaciones. ” Así, por primera vez, se consiguio producir semillas clonales a una planta sexuada.


    Rendimiento insuficiente

    ¿Veremos pronto tales semillas en los campos? No es cierto ya que permanecen varios problemas. El primero es el del rendimiento. Un cruce entre una planta hembra MiMe y una planta macho GEM sólo proporciona un 33% de semillas clonales que poseen unicamente los cromosomas de su madre. A la segunda generación, si volvemos a cruzar una planta MiMe con una planta GEM, el porcentage de clones permanece del orden de un 30%, una cifra insuficiente. « Para una aplicación agrícola, este rendimiento debe ser como mínimo de 95% para que todas las descendencias sean homogéneas », explica Raphaël Mercier.

    El segundo problema es la transposición de las razas Mimo y GEM a dignas plantas de interés como los cereales, base de la alimentación. « En teoría, la transferencia parece bastante simple puesto que basta con modificar la expresión de 4 genes: los tres implicados en el cambio de la meiosis en mitosis y el de la raza GEM », comenta Daniel Grimanelli, del instituto de investigación para el desarrollo de Montpellier. Los 3 genes modificados en la raza MiMe están presentes en todas las plantas, por lo tanto parece posible encontrarlos y modificar su expresión en especies diferentes de la Arabidopsis. Por otra parte, algunos ya comenzaron, tal como ocurre con el equipo de Raphaël Mercier. Transfirieron 2 de estos genes en el arroz.


    autofecundación

    La operación será más difícil para la linea GEM. No se trata, como para MiMe, de modificar un gen para inactivar la proteína que lo regula. Es necesario realizar una modificación más sutil, que modifica ligeramente la proteína dejándola al mismo tiempo funcional.

    El último reto de la ingeniería vegetal será la obtención de una planta capaz de producir semillas clonales completamente sola. Es decir, « una planta que sería a la vez hembra para el carácter MiMe y macho para el carácter GEM, con la capacidad de autofecundarse » explica Raphaël Mercier, cuyo laboratorio trabaja también en esta realización. Ya que hoy, para obtener estas famosas semillas, los cruces entre las lineas MiMe y GEM se realizan manualmente.

    A pesar de todo, estos retos tecnológicos se superaron. Científicos y semillistas creen en la producción de semillas clonales en plantas de interés agronómico. En cabeza de lista figuran el arroz y el maíz, dos cereales a la base de la alimentación mundial. « La apomixia es interesante a la vez para las especies, como el arroz o el trigo, para las cuales no se saben hacer híbridos, pero también cuando la realización de híbridos es posible pero muy costosa », resume Daniel Grimanelli.

    « La apomixis representa para nosotros una herramienta suplementaria », considera Thierry Ronsin, director de la investigación del semillista francés Limagrain, uno del el más importante del mundo. Para este semillista, después de la creación de una variedad que presenta excelentes calidades, la producción de semillas podría ser realizada por apomixis. Estas semillas clonales serían entonces menos costosas que las semillas obtenidas por hibridación, gracias, esencialmente, a la ganancia de tiempo en su producción. El semillista sabe perfectamente que los agricultores más afortunados seguirían comprando nuevas variedades de plantas hibridas o clonales. Pero los campesinos más pobres, los que practican la agricultura de subsistencia, podrían optar en comprar una única vez semillas de calidad, conservando al mismo tiempo esta calidad en la semillas producidas a cada cosecha.

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    Apomixis: una herramienta poderosa para el mejoramiento

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  3. #2
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    Re: Plantas sexuadas que producen clones

    .
    Producir semillas sin fecundación plantea la cuestión de la contribución de cada uno de los genomas parentales en el desarrollo del embrión. ¿Tienen ambos la misma importancia?

    No, según uno de nuestros recientes estudios realizado en colaboración con la Universidad de Zurich. El genoma de un embrión de una planta a reproducción sexuada se compone por mitad del ADN maternal y por mitad del ADN paternal. Pero descubrimos en Arabidopsis thaliana, planta modelo cuyo genoma es muy muy conocido de los genetistas, que los dos ejemplares no desempeñan el mismo papel. Descubrimos que los cromosomas paternos no sirven a nada durante el desarrollo precoz del embrión, que está casi exclusivamente bajo el control de los cromosomas maternos.

    ¿Cómo habeis descubierto la importancia de los genes heredados de la madre?

    Estudiando el origen de los ARN mensajeros, es decir, las moléculas intermedias entre los genes y las proteínas que regulan los genes, presentes en el embrión. La gran mayoría de los ARN - unos 88% - producidos más tarde en los dos a tres días que siguen la fecundación procede de la transcripción del ADN maternal. Y si éste se expresa de manera preponderante, es porque el genoma maternal impide la transcripción del ADN paternal durante el desarrollo precoz. A continuación, esta inhibición va disminuyendo progresivamente.

    ¿En qué medida este control maternal del desarrollo precoz del embrión favorecería la creación de semillas clonales en plantas sexuadas?

    Nuestros resultados indican que el período crucial de desarrollo del embrión, a saber el paso de 1 a 64 células, está casi exclusivamente bajo el control maternal. En la fase de 64 células, se acaba a la organización fundamental de la futura planta: ya están en lugar la derecha, la izquierda, la cumbre, la parte baja y el panorama de sus distintos órganos y tejidos. Esta reunida toda la información cuyo embrión necesita para convertirse en un organismo procedente de la madre.


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  4. Los siguientes 7 Usuarios dan las gracias a Rivalpo por este Post:

    cologne77 (13/04/2016), crudo (23/01/2016), kalimocho (09/01/2016), Kery (09/01/2016), MiG (17/06/2016), mrbig (25/02/2016), rhafa1920 (04/04/2016)

  5. #3
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    Re: Plantas sexuadas que producen clones

    Hola Rivalpo. Excelente información

    ¿Pero no es complicarse mucho la vida para más o menos obtener el mismo resultado que se ha venido consiguiendo plantando semillas normales sin hibridar?

    En la práctica no se nota mucho la diferencia entre sembrar semillas apomícticas de un F1, qué plantar semillas de una buena IBL, que las hay.

    Me refiero a que antes de tanto híbrido se guardaban las semillas de un año para el siguiente, y se empezó en el neolítico y hasta aquí hemos llegado.

    Es la avaricia de las compañías de semillas, junto con la ignorancia de muchos agricultores lo que está erosionando la biodiversidad de los cultivos.

    P.D.: La intención será buena, pero lo que proponen no deja de ser un OMG.

    Un saludo.

  6. Los siguientes 5 Usuarios dan las gracias a kalimocho por este Post:

    crudo (23/01/2016), Kery (09/01/2016), mrbig (25/02/2016), Rivalpo (10/01/2016), Sevi23 (15/01/2016)

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