BIOGENIC Biólogos Genetistas Colombianos

Aunque el tema de la clonación ha estado históricamente en el inconsciente colectivo asociado a la ciencia ficción, sus aplicaciones agrícolas son tan antiguas como la agricultura misma. Para muchos de nosotros la palabra clonación puede desencadenar una serie de temores y curiosidades, sin embargo, la clonación es un fenómeno natural que el hombre ha logrado aprovechar abriendo así perspectivas de extraordinaria utilidad para la humanidad. Aunque nadie puede negar algunos riesgos potenciales. En este breve ensayo se pretende explorar las características naturales de la clonación en plantas, como el hombre ha aprendido a manipular este proceso natural para el desarrollo de la agricultura, cuáles han sido sus consecuencias positivas y como se han mitigado algunos de los aspectos negativos.

La palabra clonación hace referencia a cualquier proceso que dé origen a organismos genéticamente idénticos. Como se ha mencionado en anteriores artículos del presente ciclo, la clonación es un proceso común en la naturaleza que se remonta al origen mismo de la vida [1], [2]. Aunque posteriormente la reproducción sexual apareció proporcionando sorprendentes mecanismos para la generación de diversidad, la reproducción clonal persiste y en algunos casos coexiste con la reproducción sexual hasta nuestros días de manera natural. Es así, como las bacterias, las amibas y muchos otros microorganismos se reproducen clonalmente. Lo mismo sucede con animales, incluyendo los mamíferos, en los cuales, por ejemplo, los gemelos idénticos son producto de un proceso de este tipo (en la medida que son genéticamente iguales). Sin embargo, son las plantas uno de los grupos biológicos en donde es posible observar con frecuencia, ejemplos de procesos de reproducción clonal alternando en muchos casos con la reproducción sexual. Ejemplos comunes de plantas que se reproducen tradicionalmente vÌa clonal son algunos pastos, cereales como el arroz, tubérculos como la yuca, ·rboles como ciertas especies de palmas, frutales como el banano, entre muchos otros.

En las plantas los procesos de reproducción clonal presentan esencialmente dos variantes. La primera de ellas es la multiplicación vegetativa, en la que se aprovecha algunas partes de las plantas, tales como tallos, para generar un nuevo organismo. La segunda variante es la apomixis, que es la generación de semillas con embriones sin que haya habido fecundación, originado individuos completamente iguales a la planta madre [3].

La multiplicación vegetativa (asexual o clonal) es posible gracias a la capacidad que tienen algunas células vegetales de dar origen a un organismo completo, mediante división celular sucesivas (mitosis), para posteriormente formar tejidos y por último organismos completos e idénticos al organismo original. Este proceso es posible en las células indiferenciadas que conforman el tejido meristemático y en células diferenciadas, que bajo determinadas condiciones de cultivo, adquieren la propiedad de mantenerse en división sucesiva. Esta capacidad del tejido diferenciado de dirigir el desarrollo de un individuo nuevo es a lo que se le ha dado el nombre de totipotencialidad [4]. En este sentido la clonación se puede realizar a partir de las partes vegetativas (de ahí la palabra propagación vegetativa) de la planta como las yemas, raíces o tallos, que presentan capacidad de enraizar.

Dependiendo de la parte vegetativa que se use para la clonación, los diferentes métodos de propagación asexual de plantas se ha dividido en:

a. Esquejes: Muchas plantas pueden reproducirse a partir de secciones del tallo, llamadas esquejes, que en contacto con agua o suelo húmedo pueden desarrollar raíces. Una variante del esqueje, es el acodo, donde el proceso de enraizamiento se efectúa sin separar la porción del tallo de la planta. Es común la propagación por esquejes de plantas ornamentales como las rosas, de arbustos como la yuca o de cultivos anuales como la caña de azúcar, que se propagan cortando pequeñas secciones de tallo y se ponen a enraizar.

b. Estolones: Este tipo de reproducción vegetativa es posible cuando las plantas desarrollan tallos largos, flexibles y horizontales llamados estolones. Estos crecen a lo largo del suelo y producen raíces adventicias en cada nudo (parte del tallo donde se encuentran yemas meristemáticas), dando origen a una nueva planta. Este tipo de reproducción vegetativa es común en muchos pastos, fresa y menta.

c. Rizomas: La clonación por rizomas comparte mucha similitud con la reproducción por estolones, con la diferencia que el rizoma es un tallo que se extiende por debajo de la superficie del suelo. Ejemplos clásicos de este tipo son el bambú, la guadua y el jengibre.

d. Tubérculos: Los tubérculos son tallos modificados, subterráneos con capacidad de almacenar nutrientes que sirven como medio de reproducción. El ejemplo clásico de este tipo de reproducción es la papa.

El segundo tipo de reproducción clonal que se presenta naturalmente en plantas es la apomixis. Las plantas apomícticas (plantas que presentan este tipo de reproducción), producen semillas sin que ocurra meiosis ni fertilización, razón por la cual los individuos son genéticamente idénticos a la planta madre [5]. La apomixis es un carácter heredable, pero su control genético no está aún completamente esclarecido. La amplia distribución taxonómica de este proceso de producción asexual de semillas sugiere que este modo de reproducción se ha originado independientemente en varias ocasiones durante la evolución de las angiospermas [3]. Dentro de las especies económicamente importantes que presentan este tipo de reproducción clonal están los cítricos y algunos pastos de los géneros Brachiaria y Panicum.

La comprensión de los anteriores métodos de propagación clonal en plantas le ha permitido al hombre ampliar las posibilidades de clonación, específicamente con dos tipos de técnicas: los injertos y el cultivo de tejidos vegetales.

El injerto es un método de clonación vegetal en el que los tejidos meristemáticos de dos individuos emparentados, se ponen en contacto para permitir su desarrollo en un solo individuo, conservando cada uno de ellos su identidad genética pero conformando una sola unidad morfológica. En este sentido, se utiliza un individuo receptor (usualmente llamado patrón) sobre el cual se inserta (o injerta) una porción de otro (llamada yema), para desarrollar un solo individuo. Este método es ampliamente utilizado en cultivos ornamentales como rosas, donde es frecuente ver como sobre una misma planta, se han injertado diferentes yemas que producen rosas de determinado color, obteniendo asÌ una planta con rosas de diferentes colores en cada rama injertada. También es muy utilizado comercialmente en frutales como los cÌtricos, mango y aguacate.

El desarrollo de la investigación en fisiología de plantas, tanto en el conocimiento de los reguladores del crecimiento (hormonas vegetales), como en el control de las condiciones nutricionales para su desarrollo, permitieron el surgimiento de las técnicas de cultivo de tejidos vegetales (también llamadas técnicas de propagación in vitro). En estas técnicas se aprovecha el carácter totipotencial de las células para que a partir de un explante (parte de la planta utilizada para el cultivo de tejidos), cultivado asépticamente en medios de cultivo artificiales de composición química definida produzca, plantas bajo condiciones ambientales controladas [6].

Bajo las condiciones de cultivo de tejidos vegetales, las células vegetales pueden generar embriones, proceso al cual se le ha denominado embriogénesis somática, o bien órganos de la planta, organogénesis. La embriogénesis somática es el proceso por el cual se obtiene una estructura similar a un embrión cigótico sin que medie la fertilización, mientras que por organogénesis pueden obtenerse tallos, raíces o flores.

A diferencia de las técnicas de clonación en animales, que aún están en etapas de desarrollo, cuya eficiencia es todavía muy baja [1], y que necesitan de mayores desarrollos de tipo ético y bioseguridad para su adopción como técnica de rutina [7], las técnicas de cultivo de tejidos vegetales tienen una amplia trayectoria de investigación y desarrollo que han permitido múltiples aplicaciones. Estas técnicas pueden ser utilizadas como una herramienta para la producción rápida y masiva de plantas, para la producción de material de propagación libre de enfermedades y plagas, producción de haploides (plantas con la mitad de la información genética), aislamiento y utilización de protoplastos (célula vegetal sin pared celular), transformación genética, conservación de germoplasma, cultivo de embriones, producción de compuestos metabólicos, inducción de mutaciones, producción de semilla sintética y estudios básicos de anatomía, desarrollo, fisiología y nutrición vegetal.

Solo para citar uno de los beneficios que ha generado las técnicas de cultivo de tejidos vegetales, a través de su importancia para la transformación genética de plantas, en el año 2010, año en el que se cumplieron los primeros 15 años de siembras de cultivos biotecnológicos, éstos alcanzaron la cifra récord de 15,4 millones hectáreas sembradas en todo el mundo, representando el 10% de la superficie dedicada a la producción agrícola [8].

Desde los comienzos de la agricultura uno de los propósitos que se ha buscado en las plantas es conservar características deseadas (tamaños, sabores, colores, etc.) y volver un poco predecibles los cultivos (tolerancias, adaptaciones, producción, tiempo de cosecha, etc.), para tener control sobre la producción agrícola. Estos criterios de selección de las plantas cultivadas, han sido perseguidos hasta nuestros días, y aunque actualmente se ha mejorado el control de los factores ambientales (sistemas de riego, invernadero, etc.), los hábitos de consumo, el uso de maquinaria agrícola y los mercados, hacen que los agricultores tengan que eliminar al máximo el factor azar y sus cultivos necesiten ser muy predecibles. Una de las formas de garantizar esta uniformidad es a través de la clonación de plantas a través de cualquiera de las técnicas antes descritas.

Sin embargo, el uso de la clonación de plantas en los campos de cultivo trae sus riesgos, uno de ellos es el asociado a la pérdida de diversidad. Es así, por ejemplo, que en una plantación de plátano, que se establece a partir de clones, por mas extensa que esta sea y sin importar el número de individuos que esta posea (en plátano se pueden sembrar hasta 2500 plantas por hectárea)[9], la diversidad genética es muy baja, siendo posiblemente un solo genotipo el cultivado, en ese sentido, no tendrían 2500 genotipos por hectárea si no uno solo! Esta uniformidad le proporciona al agricultor una gran capacidad de predicción, pero a costa de tener que controlar los factores ambientales (fitosanitarios principalmente), ya que no posee diversidad genética que le permita contrarrestar la posible vulnerabilidad a cambios ambientales sorpresivos, por ejemplo, en el caso de que se presente una enfermedad a la cual la variedad cultivada sea susceptible, esta atacará no solo a un individuo, si no a toda la población. En este sentido, es que se hace necesario contrarrestar la pérdida de diversidad en los campos de cultivos clonales con el establecimiento de colecciones en las que se conserve la mayor diversidad posible de estas especies (colecciones usualmente llamadas bancos de germoplasma).

La clonación es un proceso común en las plantas que ha existido desde los comienzos de la vida y en algunos casos incluso ha coexistido con la reproducción sexual hasta nuestros días. El hombre ha comprendido el alcance de estos procesos de clonación sacando provecho de ellos, logrando importantes avances al desarrollo de la agricultura, sin embargo, debe tomar algunas medidas que permitan el mantenimiento de la agrobiodiversidad (diversidad de las especies cultivadas), garantizando la coexistencia de la agricultura y la diversidad. Esta gran experiencia en la utilización de clonación vegetal, con sus aciertos y errores (tales como la homogenización de cultivos), puede servir de marco de referencia para las recientes controversias generadas en otros ámbitos y grupos biológicos donde la clonación esta siendo utilizada.

[1] Arango, A. 2011. Mas de 100 años desarrollando técnicas de clonación, Biogenic. http://biogenic-colombia.blogspot.com/

[2] Galindo, L. 2011. El ataque de los clones. Biogenic. http://biogenic-colombia.blogspot.com/

[3] Spielman, M., R. Vinkenoog, and R.J. Scott. 2003. Genetic mechanisms of apomixis. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B: Biological Sciences, 358(1434): p. 1095-1103.

[4] Radice, S. 2010. Morfogénesis, in Biotecnología y mejoramiento vegetal II, G. Levitus, et al., Editors. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria: Buenos Aires. p. 26-36.

[5] Richards, A.J. 2003. Apomixis in flowering plants: an overview. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B: Biological Sciences, 358(1434): p. 1085-1093.

[6] Mroginski, L., P. Sansberro, y E. Flaschland. 2010. Establecimiento de cultivos de tejidos vegetales, in Biotecnología y mejoramiento vegetal II, G. Levitus, et al., Editors. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria: Buenos Aires. p. 17-25.

[7] Almeida, A. 2011 ¿Un clon para la cena? Biogenic. http://biogenic-colombia.blogspot.com/

[8] James, C. 2011. Situación mundial de la comercialización de cultivos biotecnológicos/ MG en 2010. isaaa.org.

[9] Rosales, F.E., J.M. Álvarez, y A. Vargas 2008. Guia práctica para la producción de plátano con altas densidades: Experiencias de América Latina y El Caribe. Bioversity International.