Inducción de embriones somáticos
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Inducción de los embriones somáticos, consiste en la terminación del patrón de expresión de los genes presentes en el tejido del explante, siendo esto reemplazado con un programa de expresión de genes o gen de la embriogénesis en aquellas células del tejido del explante que pudieran dar lugar a embriones somáticos.
Sumario
Orígen
Este concepto fue planteado por primera vez por Evans et al. (1981) y Sharp et al. ([1984]), quienes usaron los términos siguientes:
- Inducción de la embriogénesis en determinadas células (IEDC) para describir una embriogénesis celular que tuvo origen en una célula no embriogénica.
- Células somáticas determinadas preembriogénicamente (CsDPE) para describir aquellas células de embriones cigóticos de plantas, las cuales siempre expresan un programa de expresión de los genes embriogénicos.
Características
No es rutina eficiente para la mayoría de las especies. Todas las células somáticas dentro de la planta contienen la información genética necesaria para crear una planta completa y funcional. La expresión temporal y espacial de los genes es fuertemente regulada para permitir la diferenciación de varios sistemas de órganos, así como el desarrollo de una planta. Los tratamientos para la obtención de la embriogénesis somática dependen de si el tejido del explante está formado o consiste en CsDPE o CsNE (célula somática no embriogénica).
CsDPE
Un estímulo de la división celular puede ser suficiente para la formación de un embrión somático a partir del tejido del explante. Este proceso es llamado embriogénesis somática directa, o sea, la formación de embriones somáticos directamente desde una estructura organizada tales como segmentos de embriones cigóticos o embriones cigóticos completos y/o tallos (Williams y Maheswaran, 1986).
CsNE
Las células del tejido deben sufrir varias divisiones mitóticas en presencia de una auxina durante la inducción del estado de célula embriogénica.
Estas divisiones mitóticas dan lugar a un callo, aunque también se pueden obtener a partir de suspensiones celulares y protoplastos. Este proceso es llamado embriogénesis somática indirecta y es usado para indicar que una fase se interpone entre el explante original y la aparición de embriones somáticos.
Uno de los eventos iniciales para la inducción de la embriogénesis somática es la terminación de la salida del gen o los genes del patrón de expresión lo que permite su reemplazamiento con el programa de la embriogénesis.
La inducción de la embriogénesis somática activa rutas de control genético similares a las que presenta la embriogénesis cigótica, lo cual se puede considerar como un fenómeno universal para todas las plantas; sin embargo genotipos individuales dentro de una especie muestran capacidad embriogénica variada.
Tales diferencias genotípicas en la capacidad embriogénica son el reflejo de diferencias en la activación de elementos importantes en la ruta embriogénica.
Durante la inducción de la embriogénesis somática pueden ocurrir dos sucesos diferentes: que un estímulo de la división celular sea suficiente para la formación de un embrión somático a partir del tejido del explante o que los embriones somáticos se formen a partir de suspensiones celulares, protoplastos o que medie la formación de un callo.
Tipos de embriogénesis somática
Embriogénesis somática directa
Esta ofrece la posibilidad de obtener embriones somáticos directamente desde células aisladas o grupos de células sin la formación de callo. Este desarrollo directo es debido a la acción realizada por la composición del medio de cultivo y el origen del explante.
La embriogénesis somática directa ofrece un número de aplicaciones potenciales, entre las que se pueden citar:
- Clonado directo de híbridos comerciales F1 para especies donde el material vegetal puede ser vendido como plantas jóvenes para trasplante a campo. Clonado rápido de un material vegetal (stock) de apreciado valor para el mejoramiento genético, en el estado más temprano posible de su ciclo de vida después del cruzamiento.
- Mejoramiento genético y selección in vitro de genotipos para diferentes caracteres de plantas completas en el estado más temprano posible de su ciclo de vida.
- Generación de plantas jóvenes de clones de especies fuera del mejoramiento genético donde cada semilla representa un genotipo diferente.
- Mecanización y automatización de la propagación clonal mediante el uso de Bioreactores.
Embriogénesis somática indirecta
Existen dos tipos de embriogénesis somática indirecta, una conocida como:
- Embriogénesis somática de baja frecuencia (ESBF)
- Embriogénesis somática de alta frecuencia (ESAF).
En la primera, el número de callos con embriones somáticos es mayor, aunque se forman pocos embriones somáticos por callo. Estos embriones aparecen entre las 12 y las 14 semanas de cultivo, aislados o en pequeños grupos, y evolucionan completamente hasta las etapas avanzadas de desarrollo.
En la segunda, los embriones somáticos aparecen entre las 16 y las 20 semanas de cultivo, no se desarrollan completamente y se mantienen en estado globular, agrupados en un número mucho mayor, aunque dichos grupos aparecen en un número menor de callos.
Para muchos cultivos una característica común de la embriogénesis somática indirecta de alta frecuencia es la presencia de un tejido embriogénico que se diferencia a partir de células individuales llamadas células embriogénicas madres. Otra característica general de estos sistemas es la aproximación secuencial durante las fases iniciales del cultivo, debido a la alta relación auxina/citoquinina durante la división celular y la baja relación entre estos componentes durante la fase de diferenciación (Söndahl et al., 1991).
Se han identificado, además, varios factores generales que controlan este proceso:
- Los tejidos donantes (especies vegetales o variedades, la fuente del explante y el pretratamiento del explante).
- El medio de cultivo (constituyentes orgánicos e inorgánicos, concentraciones y tipos de reguladores del crecimiento y osmolaridad total).
- Las condiciones de crecimiento (calidad, intensidad y duración de la luz, rango de temperatura, intercambio gaseoso, régimen de subcultivos y la selección de tejidos durante los subcultivos).
Otra forma de manifestarse la embriogénesis somática indirecta son los cultivos de suspensiones celulares embriogénicas. Estos son establecidos generalmente por la transferencia de fragmentos de callos indiferenciados o embriones somáticos en etapas iniciales a medio de cultivo en estado líquido. Estos posteriormente son colocados en agitación durante todo el período de cultivo. Este tipo de cultivo es un sistema modelo para estudiar las rutas de la producción de metabolitos secundarios, inducción de enzimas y expresión de genes y representa la base para el escalado del cultivo en los biorreactores.
Fuentes
- Evans, D, Sharp W y Flick C (1981) Growth and behavior of cell cultures, embryogenesis and organogenesis. En: Plant Tissue Cultura, methods and applications in agriculture. Thorpe,T (Ed) pp. 45-113. Academic Press. New Cork
- Williams, E y Maheswaran M (1986) Somatic embryogenesis: Factors influencing coordinated behaviour of cell as an embryogenic group. Annals of Botany 57: 443-462
