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El código que regula todos los procesos biológicos está contenido en el ADN presente en todas las células de los organismos vivos.
Solo una pequeña parte del ADN de una célula está constituida por genes, que contienen la información codificada. Las células utilizan esta información para producir proteínas, las herramientas y los componentes básicos necesarios para que funcionen los procesos biológicos.
Aún no se conoce claramente cuál es el papel de la parte restante del ADN. El ADN de las células está generalmente organizado en pares de cromosomas correspondientes, donde se hereda un juego de cromosomas de cada progenitor. El conjunto completo de cromosomas de un organismo, y por lo tanto el conjunto completo de información genética, se conoce como genoma.
El Proyecto de Secuenciación del Genoma Humano (Human Genome Sequencing Project) ha descodificado la información genética contenida en las células humanas. En el proyecto se han desarrollado diversas tecnologías y métodos que se pueden aplicar a todos los organismos vivos. Otros importantes proyectos de secuenciación del genoma se basan en la colaboración internacional para estudiar algunos cultivos, tales como el arroz, que se consideran representativos de sus grupos biológicos. Más…
2.2.1 Los avances más importantes en la biotecnología agrícola se han realizado en el ámbito de las investigaciones sobre los mecanismos genéticos en que se basan diversas características de importancia económica y de la genómica.
La genómica es el estudio de la estructura completa del genoma. Proporciona información sobre la estructura de los genes y por lo tanto es una base para entender las estructuras de las proteínas. Por lo tanto, con una lista de sus genes, se puede crear el modelo teórico de la biología de un organismo.
Comparar la posición relativa de genes en los cromosomas y en las secuencias de ADN en diferentes organismos reducirá de forma significativa el tiempo necesario para identificar y seleccionar genes potencialmente útiles. Para la mayoría de tipos de cultivos, ganado y enfermedades, se han estudiando algunas especies como especies modelo ya que se pueden usar para entender organismos relacionados. Se están acumulando de forma rápida conocimientos sobre el genoma de las especies modelo. Más…
2.2.2 Diferentes especies de plantas suelen tener una estructura de genoma muy parecida en cuanto al contenido genético y al orden de los genes en los cromosomas. Esa similitud se conoce como “sintenia”. Esto significa que la posición que ocupa un gen -que define características particulares- puede ser fácilmente determinado comparando un genoma con otro. Por lo tanto, no es necesaria para nuestra comprensión la secuenciación completa de los genomas de todas las plantas de cultivo, con todos los gastos que eso implicaría.
Como consecuencia de la sintenia, el conocimiento de un cultivo específico en terminos de bioquímica, fisiología y genes ahora puede transferirse a otros cultivos. Esto es especialmente importante en el caso de los cultivos que carecen de interés comercial y que son usados en la agricultura de subsistencia en muchas partes del mundo. Estos cultivos no han atraído las mismas inversiones en investigación que se han destinado al trigo, el arroz y el maíz en el siglo pasado. Más…
2.3.1 Los marcadores moleculares son fragmentos específicos del ADN que pueden ser identificados dentro del genoma. Los marcadores se encuentran en lugares bien definidos del genoma. Se usan para “marcar” la posición de un gen específico o la herencia de una característica particular. En un cruzamiento genético, las características de interés normalmente seguirán vinculadas a los marcadores moleculares. Por lo tanto, se pueden seleccionar los individuos en los que esté presente el marcador molecular, ya que el marcador indica la presencia de la característica deseada. Más…
2.3.2 Los marcadores moleculares se pueden usar para seleccionar plantas o animales que lleven genes que afecten a rasgos económicamente importantes como el rendimiento de la fruta, la calidad de la madera, la resistencia a enfermedades, la producción de leche y carne, o la grasa corporal. La medición de estas características por medio de métodos convencionales es mucho más difícil, requiere más tiempo y es más cara, ya que hay que esperar a que el organismo alcance la madurez. Más…
2.3.3 Los marcadores moleculares se han usado para seleccionar plantas con el objetivo de crear variedades de mijo perla resistentes al mildiú. El mijo perla es un cereal cultivado como alimento y como paja, en las zonas más calurosas y áridas de África y Asia. Más…
2.3.4 Los marcadores moleculares son útiles para medir el alcance de la variación a nivel genético, dentro de las poblaciones y entre ellas. Esto puede guiar a actividades de conservación genética para cultivos y ganado, así como la gestión de los bosques y de la pesca.
Por ejemplo, las encuestas mundiales indican que alrededor del 40% de las variedades de animales de ganado están en peligro de extinción. La mayoría de estas variedades están presentes solo en los países en vías de desarrollo, y con frecuencia se sabe poco de ellas o de la capacidad de mejorarlas. Pueden contener genes valiosos que confieran características benéficas tales como la resistencia a enfermedades que pueden ser útiles para generaciones futuras. Las biotecnologías modernas pueden ayudar a contrarrestar las tendencias de pérdida de diversidad genética en los sectores alimenticio y agrícola. Más…
2.3.5 Los marcadores moleculares han sido ampliamente utilizados para identificar la composición genética de organismos y para obtener su "huella digital genética". Este conocimiento puede ser muy importante para la gestión de bosques, la conservación de especies en peligro de extinción, y para criar y rastrear ganado. Más…
2.4.1 Los jardineros crean nuevas plantas de forma rutinaria simplemente plantando esquejes de las que ya existen. La micropropagación, que consiste en crear plantas tomando pequeñas secciones de plantas y cultivarlas en tubos de ensayo, es simplemente una variante más sofisticada y eficaz de esta técnica.
A menudo, es una forma muy efectiva de producir un gran número de plantas prácticamente idénticas a partir de una planta que tiene las características deseadas. Esta técnica se usa intensamente en cientos de laboratorios en todo el mundo, por ejemplo para generar bananos libres de enfermedades, y tiene usos potenciales en la silvicultura. Más…
2.4.2 En la selección in vitro, se cultivan células de plantas en laboratorios, en condiciones adversas. Esto permite la selección de células que, por ejemplo, son resistentes a enfermedades o tolerantes a herbicidas, metales, sales, o bajas temperaturas antes de que crezca toda la planta. Sin embargo, la selección in vitro sigue teniendo poco uso para algunas características como la calidad de la madera o la forma del tronco de los árboles forestales, ya que estas características solo se ven cuando la planta ha crecido. Más…
La ingeniería genética difiere del mejoramiento convencional de plantas. En un cruzamiento clásico de plantas, la mitad de los genes de un individuo proviene de cada uno de los progenitores, mientras que en la ingeniería genética se añade uno o más genes especialmente seleccionados y añadidos al genoma de la planta.
Es más, el mejoramiento convencional de plantas solo puede combinar plantas cercanas. La ingeniería genética permite la transferencia de genes entre organismos entre los cuales ningún cruzamiento es normalmente posible porque no son genéticamente compatibles. Los genes transferidos se llaman transgenes. Pueden venir de otra especie de planta o incluso de un organismo totalmente diferente (por ejemplo genes de bacterias). Estos transgenes se replican y heredan de la misma manera que en los genes naturales de plantas.
La ingeniería genética de plantas usa habitualmente un tipo de bacteria que tiene la capacidad natural de transferir ADN a algunas plantas.
Cuando la bacteria infecta la planta, penetra en sus células y transfiere el ADN modificado a la planta.
El ADN también se puede introducir por medios físicos. Llevado por partículas microscópicas de tungsteno u oro, se dispara literalmente el ADN al núcleo de la planta utilizando un “lanzagenes”. Una vez que el ADN llega al núcleo de la célula, se introduce de manera aleatoria en uno de los cromosomas hospedantes y puede expresar la característica deseada. La planta modificada genéticamente se cultiva entonces a partir de la célula transformada.
Con la ingeniería genética, un gran número de características interesantes desde un punto de vista económico se han introducido en plantas. La mayoría de los cultivos de plantas modificadas genéticamente usados hasta ahora tienen transgenes que proporcionan una resistencia a herbicidas o insectos. Para mejorar la producción de cultivos y la gestión de los suelos, la investigación está explorando cómo aumentar la variedad de características transgénicas para incluir una resistencia a inundaciones, frío, calor, suelos ácidos y metales pesados . Estas características permitirán aumentar la variedad de suelos y climas capaces de sostener la agricultura. Más…
2.6.1 Las plantas transgénicas pueden proveer alimentos con un contenido nutricional mejorado. Por ejemplo, el arroz dorado contiene dos genes de narciso y uno de una bacteria que, juntos, hacen aumentar los niveles de provitamina A.
Otro proyecto consiste en producir arroz con niveles más altos de provitamina A, proteínas y hierro. El “protato” es una patata creada con ingeniería genética que contiene más proteínas de lo normal porque incluye un gen de la planta de amaranto, una planta sudamericana comestible. En la India, donde la patata es el producto principal de los pobres, el protato podría aumentar el acceso a ciertos aminoácidos esenciales. Los detractores de este proyecto dicen que las patatas, desde un principio, no contienen grandes cantidades de proteínas, por lo que incluso doblando el contenido en proteínas sólo sería una pequeña contribución para solucionar el problema de malnutrición en la India.
Otros proyectos tienen como objetivo producir aceites con un contenido menor de ácidos grasos no deseados o reducir los alérgenos en alimentos comunes como cacahuetes, soja y cereales. Los árboles con un contenido reducido de lignina podrían ser útiles para la industria papelera y podrían reducir la cantidad de sustancias químicas contaminantes que se usan en los procesos de producción. Más…
2.6.2 En más del 30% de las tierras de cultivo, principalmente en los países en desarrollo, el aluminio puede estar presente en el suelo en una forma que limita el crecimiento de las plantas. Para prevenir estos efectos dañinos, se suele añadir cal al suelo para reducir su acidez. Sin embargo, es una medida costosa y sus beneficios son temporales ya que el aluminio permanece en el suelo.
Un nuevo enfoque consiste en desarrollar nuevas variedades de plantas que son más tolerantes al aluminio. Por ejemplo, el centeno es cuatro veces más resistente al aluminio que el trigo. Se identificó en el centeno un gen que controla la tolerancia al aluminio y (se determinó) su posición en el genoma. El hecho de conocer la posición de este gen en el genoma del centeno puede ayudar a situarlo en otros cultivos como el trigo. Por lo tanto dentro de una especie de cultivo se podrían identificar y seleccionar las plantas que son más resistentes que otras al aluminiopara cultivarlas. De forma alternativa, también se podría transferir el gen del centeno a otras especies cercanas, como el trigo.
Estas técnicas se podrían aplicar para mejorar muchas características en otras especies de cultivo. Más…
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