16.16:
Plantas transgénicas
Recombinant DNA technology called transgenesis is often used to add a foreign gene or remove a detrimental gene from an organism. Such genetically modified organisms are called transgenic organisms.
The first-ever transgenic plant was a tobacco plant developed in 1983 that showed resistance against the tobacco mosaic virus. Since then, many transgenic plants have been developed and commercialized for improving the agricultural, ornamental, and horticultural value of a crop plant. Transgenic plants can also be used as a bioreactor for producing economically important metabolites or proteins.
Many methods, such as electroporation and microprojectile bombardment, can be used to transfer a foreign gene into a plant protoplast. During electroporation, a device delivers high voltage pulses to the protoplast suspension. This increases the permeability of the protoplast allowing the foreign DNA to enter the cell and integrate into the plant genome.
In contrast, during microprojectile bombardment or the biolistic method, spherical particles made of tungsten or gold (microprojectiles) are coated with the plasmid carrying gene of interest. The coated particles are then accelerated to 300 to 600 m/s with an instrument called a particle gun. The instrument uses high-pressure helium gas to provide propelling force that helps the plasmid-coated particles to penetrate the plant cell wall. Once inside the cell, the gene of interest integrates into the plant genome. This method can be used to introduce DNA into callus cultures, meristematic tissues, immature embryos, plant cell suspensions, etc.
The recombinant DNA technology is widely used in developing pest and virus-resistant plants. The technique is also helpful in modifying the lipid, starch, and protein content of the seeds.
For example, golden rice is a genetically modified rice plant with enhanced nutritional value. This transgenic variety of rice produces β-carotene – a precursor of vitamin A, that gives it a golden color. It is produced by Agrobacterium-mediated DNA transformation, where the recombinant DNA carrying three genes encoding enzymes-phytoene synthase, phytoene desaturase, and lycopene β-cyclase is inserted into the genome of targeted rice embryos. The embryos then develop into plants that produce β-carotene. Golden rice was developed to tackle vitamin A deficiency in developing nations.
Some other transgenic plants, such as Bt cotton, have been modified by inserting a gene isolated from the bacteria Bacillus thuringiensis – a gram-positive bacteria found in soil. Such transgenic plants produce crystal or “Cry” protein that kills harmful insects, making the plant insect resistant.
Las plantas transgénicas se producen mediante la introducción de un gen extraño en el genoma de una planta. Estas plantas se pueden desarrollar por una variedad de razones, incluida la resistencia a virus o plagas, un mayor rendimiento o la producción de proteínas terapéuticas.
Para producir una planta transgénica, se introduce un gen de interés y su promotor en el protoplasto de la planta, una célula vegetal sin pared celular, incubando ambos en un medio que contiene polietilenglicol.
El protoplasto recombinante se cultiva en un medio estéril en presencia de reguladores de crecimiento y nutrientes.
Las células del protoplasto crecen indefinidamente, produciendo una masa de células indiferenciadas llamada callo. Algunas células del callo, llamadas células totipotentes, dan lugar a nuevos brotes y raíces, que pueden convertirse en una planta completamente nueva.
Las plantas transgénicas también se pueden crear utilizando la bacteria Agrobacterium tumefaciens, una bacteria gramnegativa que se encuentra en el suelo. Esta bacteria es un patógeno que normalmente causa enfermedades en las plantas y contiene un plásmido Ti que puede integrarse en el genoma de una célula vegetal.
El plásmido Ti tiene dos regiones de interés: el ADN-T o la región de ADN de transferencia, que se puede insertar en el genoma de la célula huésped, y la región de virulencia para ayudar a la transferencia de ADN-T a la célula huésped.
Este plásmido se modifica insertando un gen deseado en la región del ADN-T y un gen de resistencia a los antibióticos para permitir el crecimiento selectivo de organismos que contienen plásmidos. A continuación, el plásmido recombinante se inserta en las bacterias mediante la aplicación de un pulso eléctrico para aumentar la permeabilidad celular y permitir la absorción del plásmido en las bacterias.
El plásmido portador de Agrobacterium tumefaciens se cultiva en un medio de cultivo que contiene antibióticos.
Las partes de la planta, como los nudos cotiledoniarios de una planta de tomate, se cortan y se incuban en el medio que contiene bacterias.
Las células vegetales heridas en el borde del nodo madre liberan compuestos que atraen a las bacterias. La bacteria infecta la planta y libera el plásmido recombinante, que luego transfiere el gen extraño al genoma de la célula vegetal.
Solo las células transformadas con ADN recombinante y genes resistentes a los antibióticos sobreviven en el medio que contiene antibióticos.
Las células transformadas ahora forman un callo y se convierten en una nueva planta transgénica portadora de un transgén.
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