La embriogénesis somática es un proceso artificial en el que una planta o un embrión se deriva de una sola célula somática . [1] Los embriones somáticos se forman a partir de células vegetales que normalmente no participan en el desarrollo de embriones, es decir, tejido vegetal ordinario. No se forma endospermo ni cubierta de semilla alrededor de un embrión somático.
Las células derivadas de tejido fuente competente se cultivan para formar una masa indiferenciada de células llamada callo . Los reguladores del crecimiento de las plantas en el medio de cultivo de tejidos se pueden manipular para inducir la formación de callos y posteriormente cambiar para inducir a los embriones a formar el callo. La proporción de diferentes reguladores del crecimiento de las plantas necesarios para inducir la formación de callos o embriones varía según el tipo de planta. [2] Los embriones somáticos se producen principalmente in vitro y para fines de laboratorio, utilizando medios de nutrientes sólidos o líquidos que contienen reguladores del crecimiento de las plantas (PGR). Los principales PGR utilizados son las auxinas, pero pueden contener citoquininas en una cantidad menor. [3] Los brotes y las raíces son monopolares, mientras que los embriones somáticos son bipolares, lo que les permite formar una planta completa sin cultivar en múltiples tipos de medios. La embriogénesis somática ha servido como modelo para comprender los eventos fisiológicos y bioquímicos que ocurren durante los procesos de desarrollo de las plantas, así como un componente para el avance biotecnológico. [4] La primera documentación de la embriogénesis somática fue realizada por Steward et al. en 1958 y Reinert en 1959 con cultivos de suspensión de células de zanahoria. [5] [6]
Se ha descrito que la embriogénesis somática ocurre de dos maneras: directa o indirectamente. [7]
Se produce cuando los embriones se inician directamente a partir de tejido explante, creando un clon idéntico. En otras palabras, sin formación de callo de embrión a partir del explante, lo que se denomina embriogénesis directa.
ocurre cuando los explantos producen células indiferenciadas o parcialmente diferenciadas (a menudo denominadas callo) que luego se mantienen o se diferencian en tejidos vegetales como hojas, tallos o raíces. El ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) , la 6-bencilaminopurina (BAP) y el ácido giberélico (GA) se han utilizado para el desarrollo de embriones somáticos indirectos en la fresa ( Fragaria ananassa ) [8].
La regeneración de las plantas a través de la embriogénesis somática ocurre en cinco pasos: iniciación de cultivos embriogénicos, proliferación de cultivos embriogénicos, premaduración de embriones somáticos, maduración de embriones somáticos y desarrollo de la planta en medios no específicos. La iniciación y proliferación ocurren en un medio rico en auxina, que induce la diferenciación de células meristemáticas localizadas . La auxina que se usa típicamente es 2,4-D . Una vez transferidas a un medio con poca o ninguna auxina , estas células pueden convertirse en embriones maduros . La germinación del embrión somático solo puede ocurrir cuando está lo suficientemente maduro como para tener raíces y ápices de brotes funcionales [3].
Los factores y mecanismos que controlan la diferenciación celular en embriones somáticos son relativamente ambiguos. Se ha demostrado que ciertos compuestos excretados por cultivos de tejidos vegetales y encontrados en medios de cultivo son necesarios para coordinar la división celular y los cambios morfológicos. [9] Estos compuestos han sido identificados por Chung et al. [10] como varios polisacáridos , aminoácidos , reguladores del crecimiento , vitaminas , compuestos de bajo peso molecular y polipéptidos. Se han encontrado varias moléculas de señalización que se sabe que influyen o controlan la formación de embriones somáticos e incluyen proteínas extracelulares, proteínas arabinogalactanas y lipoquitooligosacáridos. La temperatura y la iluminación también pueden afectar la maduración del embrión somático.
Las aplicaciones de este proceso incluyen: propagación clonal de material vegetal genéticamente uniforme; eliminación de virus ; provisión de tejido fuente para transformación genética ; generación de plantas enteras a partir de células individuales llamadas protoplastos ; desarrollo de tecnología de semillas sintéticas. [1]
El desarrollo de procedimientos de embriogénesis somática ha dado lugar a la investigación sobre las proteínas de almacenamiento de semillas (SSPs) de plantas leñosas para especies arbóreas de importancia comercial, es decir, principalmente gimnospermas , incluida la picea blanca . En esta área de estudio, las SSP se utilizan como marcadores para determinar el potencial embriogénico y la competencia del sistema embriogénico para producir un embrión somático bioquímicamente similar a su contraparte cigótica (Flinn et al. 1991, Beardmore et al. 1997). [13] [14]
Grossnickle et al. (1992) [15] compararon plántulas de abeto de interior con plántulas de ramilletes durante el desarrollo en vivero y mediante un programa de evaluación de la calidad de las plantas inmediatamente antes de la plantación en el campo. La altura de los brotes de las plántulas, el diámetro del cuello de la raíz y el peso seco aumentaron a un ritmo mayor en las plántulas que en las plántulas de ramilletes durante la primera mitad de la primera temporada de crecimiento, pero a partir de entonces el crecimiento de los brotes fue similar entre todas las plantas. Al final de la temporada de crecimiento, las plántulas eran un 70% más altas que las plántulas de ramilletes, tenían un mayor diámetro del cuello de la raíz y un mayor peso seco de los brotes. El peso seco de las raíces aumentó más rápidamente en las plántulas que en las plántulas de ramilletes durante la primera temporada de crecimiento.
Durante la aclimatación de otoño, el patrón de aumento del índice de liberación de la latencia y el aumento de la tolerancia a la congelación fue similar tanto en las plántulas como en los brotes. La capacidad de crecimiento de las raíces disminuyó y luego aumentó durante la aclimatación de otoño, siendo el aumento mayor en las plántulas.
La evaluación de la calidad de las existencias justo antes de la plantación mostró que: los emblings tuvieron una mayor eficiencia en el uso del agua con un potencial hídrico decreciente de los brotes antes del amanecer en comparación con las plántulas; las plántulas y los emblings tuvieron una capacidad de movimiento de agua similar tanto a temperaturas de raíz altas como bajas; la fotosíntesis neta y la conductancia de las agujas a bajas temperaturas de raíz fueron mayores en las plántulas que en los emblings; y las plántulas tuvieron un mayor crecimiento de la raíz que los emblings a una temperatura de raíz de 22 °C, pero el crecimiento de la raíz entre todas las plantas fue bajo a una temperatura de raíz de 7,5 °C.
Grossnickle y Major (1992) determinaron el crecimiento y la supervivencia de plántulas y brotes de pícea de interior 313B Styroblock después de la plantación en un sitio de reforestación. [16] Tanto para las plántulas como para los brotes, el potencial osmótico en saturación (ψ sat ) y el punto de pérdida de turgencia (ψ tip ) aumentaron desde un mínimo de -1,82 y -2,22 MPa, respectivamente, justo antes de la plantación hasta un máximo estacional de -1,09 y -1,21 MPa, respectivamente, durante la elongación activa de los brotes. Posteriormente, las plántulas y los brotes (ψ sat ) y (ψ tip ) disminuyeron a -2,00 y -2,45 MPa, respectivamente, al final de la temporada de crecimiento, lo que coincidió con la disminución constante de las temperaturas del sitio y el cese del crecimiento en altura. En general, las plántulas y los retoños tuvieron valores de ψ sat y ψ tip similares a lo largo de la temporada de crecimiento, y también tuvieron cambios similares en los patrones estacionales de módulo máximo de elasticidad, fracción simpálstica y contenido relativo de agua en el punto de pérdida de turgencia .
Grossnickle y Major (1992) [16] encontraron que las agujas de un año y del año en curso tanto de plántulas como de emblings tenían una disminución similar en la conductancia de las agujas con el aumento del déficit de presión de vapor . Los modelos de superficie de respuesta de la respuesta de la fotosíntesis neta (P n ) de las agujas del año en curso al déficit de presión de vapor (VPD) y la radiación fotosintéticamente activa (PAR) mostraron que los emblings tenían un 15% más de P n en VPD de menos de 3,0 kPa y PAR mayor de 1000 μmol m −2 s −1 . Las agujas de un año y del año en curso de plántulas y emblings mostraron patrones similares de eficiencia en el uso del agua.
Las tasas de crecimiento de los brotes en las plántulas y los retoños durante la temporada de crecimiento también fueron similares entre sí. Las plántulas tenían sistemas de brotes más grandes tanto en el momento de la plantación como al final de la temporada de crecimiento. Las plántulas también tuvieron un mayor desarrollo de raíces que los retoños durante la temporada de crecimiento, pero las proporciones raíz:brote para los 2 tipos de portainjertos fueron similares al final de la temporada de crecimiento, cuando las tasas de supervivencia de las plántulas y los retoños fueron del 96% y el 99%, respectivamente.
Comprender la formación de un embrión somático mediante el establecimiento de marcadores morfológicos y moleculares es importante para la construcción de un mapa del destino. El mapa del destino es la base sobre la que se puede construir más investigación y experimentación. Existen dos métodos para construir un mapa del destino: la división celular sincrónica y el seguimiento en tiempo real. Este último suele funcionar de forma más consistente debido a que en la división celular sincrónica intervienen sustancias químicas que alteran el ciclo celular y la centrifugación. [17]
El desarrollo del embrión en las angiospermas se divide en varios pasos. El cigoto se divide asimétricamente formando una pequeña célula apical y una gran célula basal. El patrón organizativo se forma en la etapa globular y luego el embrión pasa a la etapa cotiledónea. [18] El desarrollo del embrión difiere en monocotiledóneas y dicotiledóneas. Las dicotiledóneas pasan por las etapas globular, acorazonada y en torpedo, mientras que las monocotiledóneas pasan por las etapas globular, escutelar y coleoptilar. [19]
Muchos sistemas de cultivo inducen y mantienen la embriogénesis somática mediante la exposición continua al ácido 2,4-diclorofenoxiacético . Se ha informado que el ácido abscísico induce la embriogénesis somática en plántulas. Después de la formación del callo , el cultivo en un medio con bajo contenido de auxina o libre de hormonas promoverá el crecimiento del embrión somático y la formación de raíces. En las monocotiledóneas , la capacidad embriogénica suele estar restringida a los tejidos con origen embriogénico o meristemático. Las células somáticas de las monocotiledóneas se diferencian rápidamente y luego pierden la capacidad mitótica y morfogénica. Las diferencias de sensibilidad a la auxina en el crecimiento del callo embriogénico entre diferentes genotipos de la misma especie muestran cuán variables pueden ser las respuestas a la auxina. [20]
La zanahoria Daucus carota fue la primera especie y la más comprendida en cuanto a vías de desarrollo y mecanismos moleculares. [17] El seguimiento en lapso de tiempo realizado por Toonen et al. (1994) mostró que la morfología de las células competentes puede variar en función de la forma y la densidad del citoplasma. Se identificaron cinco tipos de células a partir de la suspensión embrionaria: células esféricas ricas en citoplasma, esféricas vacuoladas, ovaladas vacuoladas, alargadas vacuoladas y de forma irregular. Cada tipo de célula se multiplicó con cierta simetría geométrica. Se desarrollaron en grupos de células simétricas, asimétricas y de forma aberrante que finalmente formaron embriones a diferentes frecuencias. [21] Esto indica que la polaridad del crecimiento organizado no siempre existe en la embriogénesis somática. [17]
El desarrollo del embrión en las gimnospermas ocurre en tres fases. La proembriogenia incluye todas las etapas anteriores a la elongación del suspensor . La embriogenia temprana incluye todas las etapas posteriores a la elongación del suspensor pero antes del desarrollo del meristemo de la raíz. La embriogenia tardía incluye el desarrollo de los meristemos de la raíz y de los brotes. [18] El seguimiento por lapso de tiempo en la pícea de Noruega ( Picea abies ) reveló que ni las células individuales ricas en citoplasma ni las células vacuoladas se desarrollaron en embriones. Las masas proembriogénicas (PEM), un intermedio entre las células desorganizadas y un embrión compuesto de células ricas en citoplasma junto a una célula vacuolada, se estimulan con auxina y citoquinina . La eliminación gradual de la auxina y la citoquinina y la introducción de ácido abscísico (ABA) permitirán que se forme un embrión. [17] Se ha considerado el uso de la embriogénesis somática para la producción en masa de clones de coníferas propagados vegetativamente y la criopreservación de germoplasma . Sin embargo, el uso de esta tecnología para la reforestación y el mejoramiento de árboles de coníferas está en sus inicios. [22] [23]
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )