Capítulo 08: Biotecnología y la agricultura.


8.1 Evolución de la agricultura.

Hasta la Edad Media se utilizaron herramientas rudimentarias. Las prácticas agrícolas se tornaron más eficientes gracias a algunas innovaciones, como el aprovechamiento de la fuerza de tracción animal, la invención de los molinos, la práctica de descanso de los suelos y la construcción de sistemas de irrigación, algunos de los cuales persisten hasta el presente.

Más tarde, en el siglo XVIII, las actividades agrícolas y la cría de animales se integraron en una “nueva agricultura” que, además de incluir el uso del estiércol como abono, promovió la rotación entre los cultivos de gramíneas, leguminosas y plantas forrajeras.

El progreso científico y tecnológico tuvo una enorme incidencia sobre la agricultura del siglo XIX. Los cruzamientos selectivos originaron nuevas variedades y razas que se comercializaron internacionalmente (1850). La sociedad comenzó a preocuparse por las enfermedades de los cultivos y del ganado (ántrax de las ovejas, cólera de las aves, enfermedades del gusano de seda, etc.), y a interesarse por los requerimientos nutricionales de las plantas. Con la llegada de la máquina a vapor y las primeras aplicaciones de la electricidad se inició la mecanización de la agricultura.

En el siglo XX la maquinaria agrícola reemplazó a la tracción animal. Al disminuir la necesidad de forraje, otros cultivos sustituyeron al heno y a la avena. El tractor se difundió rápidamente. Con el redescubrimiento de las leyes de Mendel y la teoría cromosómica de la herencia, el mejoramiento vegetal entró en una nueva etapa. Por cruzamiento entre dos líneas puras de maíz se obtiene un híbrido semejante a las líneas parentales, pero de mejor calidad (heterosis o vigor híbrido). Plantas más productivas y suficientemente homogéneas facilitan la cosecha mecánica.


8.2 Obtención de nuevas variedades.


a. Mutación y selección.

El mejoramiento convencional se basa en la reproducción selectiva entre individuos de una misma especie. El individuo con características interesantes es cruzado por varias generaciones con uno de los genotipos parentales (retrocruzas), hasta conseguir incorporar las características deseadas (introgresión). El proceso demora entre 5 y 15 años, y el inconveniente es que el gen seleccionado está siempre acompañado por otros genes, deseados o no. Dos variedades comerciales de papa (obtenidas por mejoramiento convencional, tuvieron que ser retiradas del mercado debido al alto contenido de alcaloides, característico de las variedades salvajes, que fue transmitido en el proceso selectivo, concomitantemente al carácter deseado.

La selección asistida por marcadores moleculares también ha facilitado la obtención de variedades nuevas, como la papa Amflora. La genómica permitió identificar, en el tomate, 40 genes de resistencia a patógenos que fueron ensamblados en un genotipo único. Sin duda, las nuevas tecnologías abren nuevos caminos.


b. Alteración del número de cromosomas.

La multiplicación del número de cromosomas (poliploidia) es un fenómeno que ocurre espontáneamente en los vegetales, por no disyunción de los cromosomas o por una falla en la citocinesis. A lo largo del proceso evolutivo, se produjeron duplicaciones de los lotes cromosómicos originales (autopoliploidia) en varias de las especies cultivadas actualmente, como la papa o la caña de azúcar.

En híbridos interespecíficos, la multiplicación de los lotes cromosómicos puede restablecer la fertilidad y crear una nueva especie, diferente de las líneas parentales (alopoliploidia). Este mecanismo originó plantas como el trigo, la colza, la avena, el tabaco, el algodón, etcétera.

El descubrimiento de la colchicina (1935), una sustancia que impide la formación de los husos mitóticos, permitió crear nuevas especies por poliploidia. La hibridización del trigo y del centeno, seguida de una duplicación cromosómica, originó una planta que reúne la calidad del grano y la rusticidad de las líneas parentales (triticale).


c. Ingeniería genética.

A medida que aumenta la distancia entre las especies, los cruzamientos se vuelven cada vez más difíciles, y la transferencia de genes requiere el uso de técnicas más complejas como la fusión de protoplastos (hibridización somática) y el cultivo de embriones. Cuando los recursos genéticos se encuentran en organismos distantes en la escala evolutiva (plantas, microorganismos o animales), la transferencia solo es posible mediante la tecnología del ADN recombinante (ingeniería genética).

Vimos en el capítulo 05 que la construcción de una planta transgénica comienza con el aislamiento y caracterización del gen de interés. Este gen deberá estar acompañado por una construcción genética compleja que incluya un promotor y un gen marcador. En el transgén, el promotor permite la transcripción de la secuencia codificadora, determinando si la expresión ocurrirá en toda la planta, o en algunas células o tejidos en particular. El marcador sirve para seleccionar las células transformadas.

La construcción genética es transferida a las células receptoras por alguno de los métodos disponibles (generalmente electroporación, biolística o usando vectores, como el plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens). Luego se seleccionan y recuperan las células transformadas y, por técnicas de cultivo in vitro, se regeneran las plantas correspondientes.


8.3 Los vegetales modificados.

Pocas tecnologías levantaron tanta polémica como la introducción de organismos genéticamente modificados (OGM) en la agricultura. Los cultivos biotecnológicos demandan años de trabajo, durante los cuales pasan por análisis rigurosos. Para ser comercializada, una planta transgénica necesita la autorización de la autoridad competente.

Sin embargo, parte de la opinión pública considera que las plantas transgénicas no deberían introducirse en el ambiente, mientras exista la mínima posibilidad de haber alguna consecuencia negativa. Es decir, mientras no se demuestre que no presentan riesgos.

La mayoría de los cultivos transgénicos disponibles, o a punto de llegar al mercado, fueron mejorados en sus propiedades agronómicas o en su calidad nutricional o industrial. Pese a que todos los ensayos de campo, cuidadosamente controlados, indican que las plantas transgénicas se comportan del mismo modo que sus pares convencionales, algunos aspectos suelen ser cuestionados. Tal es el caso del comportamiento de las plantas transgénicas en la naturaleza. ¿Podría una planta transgénica escapar de los límites del cultivo y desplazar a las plantas silvestres, transformándose en una maleza invasora?

La respuesta a esta pregunta en incierta, lo que si es cierto es que los OMG, van en aumento y ahora tenemos gran variedad de estos. Por mencionar algunos, tenemos los siguientes:


a. Plantas con propiedades agronómicas modificadas.

Los cultivos comercializados actualmente son la soja, la canola, el maíz, el algodón, y en menor escala, el arroz, la papaya y el zapallo. Se les han incorporado importantes propiedades agronómicas que benefician al agricultor, como la tolerancia a herbicida, la resistencia a insectos o la resistencia a virus. En algunos casos se ha asociado más de una característica en la misma planta (rasgos apilados). El aumento de la productividad de los cultivos se justifica porque el maíz, el algodón y la soja son cultivos de uso industrial que pueden ser exportados y generan divisas.


b. Plantas tolerantes a herbicidas.

El crecimiento de malezas perjudica a los cultivos, porque además de competir por la luz y por los mismos nutrientes, pueden acabar contaminado la cosecha. Para eliminarlas antes de la siembra, los agricultores asocian el tratamiento con herbicidas a la labranza del suelo, acelerando la erosión. Pero si una planta es tolerante a un herbicida de amplio espectro, basta con sembrarla y aplicar el herbicida después de la germinación. La tecnología se integra con el sistema de siembra directa, que requiere no remover el suelo antes del sembrado.

Varios países cultivan comercialmente soja, maíz, algodón y canola tolerantes a herbicida. El herbicida más utilizado es el glifosato. Esta sustancia química permite eliminar las malezas anuales y perennes porque inhibe los sistemas enzimáticos vegetales. Considerado poco tóxico en caso de exposición oral o de inhalación, no afecta al hombre o a los animales porque es degradado rápidamente en el ambiente. Además de tener un espectro amplio, resulta mucho más barato que los herbicidas usados para los cultivos convencionales.


c. Plantas resistentes a insectos.

Los insectos destruyen entre el 20 y el 40% de las cosechas. Por otro lado, el uso indiscriminado de agroquímicos ha causado problemas en el ambiente y en la salud humana, razón por la cual son necesarios métodos alternativos de control. Durante años, muchos agricultores (inclusive los orgánicos) protegieron sus cultivos usando como insecticida a la toxina producida por un microorganismo del suelo, la bacteria Bacillus thuringiensis. La toxina es inocua para el ser humano y letal para los insectos, debido a su acción sobre el sistema digestivo de las larvas.

A algunas plantas se le transfirió el gen que codifica la toxina (gen Cry). La planta, debido a esta alteración, pasa a producirla directamente en sus tejidos la toxina. Hay varias versiones del gen Cry que codifican toxinas muy específicas, de modo que cada una es efectiva para un orden determinado de insectos.


d. Plantas resistentes a virus.

De manera análoga a la vacunación, la resistencia a virus se basa en la inhibición de la reproducción viral debido al fenómeno de interferencia resultante de la transferencia de su genoma al hospedero. Esta tecnología fue utilizada para erradicar virosis de la papa, de la remolacha, del pepino, del tomate, de la coliflor y del melón.


e. Plantas con calidad nutricional mejorada.

En una segunda ola de plantas transgénicas se trata de modificar la calidad de la planta como alimento, es decir, introducir propiedades que interesen directamente al consumidor como, por ejemplo: mejoramiento de la calidad nutricional, reducción de alérgenos, modificación del tiempo de conservación y de las características organolépticas, simplificación del procesamiento industrial de aceites y almidón.

Está previsto el desarrollo de papa y batata con mayor contenido de proteínas, de arroz conteniendo hierro y de un maíz para la alimentación animal con un mayor contenido de los aminoácidos lisina y metionina.

China desarrolló y autorizó recientemente el maíz con fitasa, para ración animal. Este maíz permite la asimilación de fosfatos por los porcinos, mejorando la productividad del rebaño y disminuyendo la contaminación ambiental.

Un caso emblemático en el desarrollo de plantas transgénicas con calidad nutricional mejorada es el arroz con vitamina A (“arroz dorado”). El grano de arroz normalmente no contiene -caroteno ni otros precursores de la vitamina A. En Asia, la carencia de esta vitamina afecta a millones de niños, causándoles la muerte o una ceguera irreversible. La transformación de una variedad de arroz indica, con dos genes, uno de narciso y otro bacteriano, permitió obtener un grano con -caroteno.

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