El callo vegetal (en plural callos o callos ) es una masa creciente de células desorganizadas del parénquima vegetal. En las plantas vivas, las células del callo son aquellas células que cubren una herida de la planta. En la investigación biológica y la biotecnología, la formación de callos se induce a partir de muestras de tejido vegetal (explantos) después de la esterilización de la superficie y la siembra en un medio de cultivo de tejidos in vitro (en un recipiente de cultivo cerrado como una placa de Petri ). [1] El medio de cultivo se complementa con reguladores del crecimiento de las plantas , como auxina , citoquinina y giberelina , para iniciar la formación de callos o embriogénesis somática . La iniciación de callos se ha descrito para todos los grupos principales de plantas terrestres.
Se ha demostrado que las especies de plantas que representan a todos los principales grupos de plantas terrestres son capaces de producir callos en cultivos de tejidos. [2] [3] [4] [5] [6] [7 ] [8] [9] [10] [11] [12] Un cultivo de células de callo generalmente se mantiene en un medio de gel. El medio de inducción de callos consiste en agar y una mezcla de macronutrientes y micronutrientes para el tipo de célula dado. Hay varios tipos de mezclas de sales basales utilizadas en el cultivo de tejidos vegetales, pero los más notables son el medio modificado de Murashige y Skoog , [13] el medio de White, [14] y el medio de plantas leñosas. [15] También se proporcionan vitaminas, como las vitaminas Gamborg B5, [16] para mejorar el crecimiento. Para las células vegetales, el enriquecimiento con nitrógeno , fósforo y potasio es especialmente importante. El callo vegetal generalmente se deriva de tejidos somáticos . Los tejidos utilizados para iniciar la formación del callo dependen de la especie vegetal y de qué tejidos están disponibles para el cultivo de explantos . Las células que dan lugar a callos y embriones somáticos suelen sufrir una división rápida o están parcialmente indiferenciadas, como el tejido meristemático . Sin embargo, en la alfalfa ( Medicago truncatula ), los callos y embriones somáticos se derivan de células del mesófilo que sufren una desdiferenciación . [17] Las hormonas vegetales se utilizan para iniciar el crecimiento de los callos. Una vez formado el callo, la concentración de hormonas en el medio puede alterarse para cambiar el desarrollo del callo a la formación de raíces, el crecimiento de brotes o la embriogénesis somática. A continuación, el tejido del callo sufre un mayor crecimiento y diferenciación celular, formando los respectivos primordios de órganos. Los órganos completamente desarrollados pueden utilizarse entonces para la regeneración de nuevas plantas maduras.
Las proporciones específicas de auxina a citoquinina en el medio de cultivo de tejidos vegetales dan lugar a una masa desorganizada de células callosas en crecimiento y división. Los cultivos de callos a menudo se clasifican ampliamente como compactos o friables. Los callos compactos son típicamente verdes y resistentes, mientras que los callos friables son de color blanco a amarillo cremoso, se deshacen fácilmente y se pueden usar para generar cultivos de suspensión celular y embriones somáticos. En el maíz , estos dos tipos de callos se designan como tipo I (compacto) y tipo II (friable). [18] Los callos pueden experimentar directamente organogénesis y/o embriogénesis , donde las células formarán una planta completamente nueva.
Los callos pueden adquirir un color marrón y morir durante el cultivo, principalmente debido a la oxidación de compuestos fenólicos . En las células de callo de Jatropha curcas , las células callosas pequeñas y organizadas se desorganizaron y variaron de tamaño después de que se produjo el oscurecimiento. [19] El oscurecimiento también se ha asociado con la oxidación y los compuestos fenólicos tanto en los tejidos de explantos como en las secreciones de explantos. [20] En el arroz, presumiblemente, una condición que es favorable para la inducción de callos escutelares también induce necrosis. [21]
Las células del callo no son necesariamente homogéneas genéticamente porque un callo a menudo está hecho de tejido estructural, no de células individuales. [ aclaración necesaria ] Sin embargo, las células del callo a menudo se consideran lo suficientemente similares como para que se realice un análisis científico estándar como si se tratara de un solo sujeto. Por ejemplo, un experimento puede hacer que la mitad de un callo se someta a un tratamiento como grupo experimental , mientras que la otra mitad se somete a un tratamiento similar pero no activo como grupo de control .
Los callos de plantas derivados de muchos tipos de células diferentes pueden diferenciarse en una planta completa, un proceso llamado regeneración, a través de la adición de hormonas vegetales al medio de cultivo. Esta capacidad se conoce como totipotencia . Un experimento clásico de Folke Skoog y Carlos O. Miller sobre médula de tabaco utilizada como explante de partida muestra que la suplementación de medios de cultivo con diferentes proporciones de concentración de auxina a citoquinina induce la formación de raíces: con una mayor proporción de auxina a citoquinina, se induce el enraizamiento (rizogénesis), la aplicación de cantidades iguales de ambas hormonas estimula un mayor crecimiento del callo y el aumento de la proporción de auxina a citoquinina a favor de la citoquinina conduce al desarrollo de brotes. [22] La regeneración de una planta completa a partir de una sola célula permite a los investigadores transgénicos obtener plantas completas que tienen una copia del transgén en cada célula. La regeneración de una planta completa que tiene algunas células transformadas genéticamente y algunas células no transformadas produce una quimera . En general, las quimeras no son útiles para la investigación genética o las aplicaciones agrícolas.
Los genes se pueden insertar en las células del callo mediante bombardeo biolístico, también conocido como pistola genética , o Agrobacterium tumefaciens . Las células que reciben el gen de interés se pueden recuperar luego en plantas enteras utilizando una combinación de hormonas vegetales . Las plantas enteras que se recuperan se pueden utilizar para determinar experimentalmente la función de los genes o para mejorar las características de las plantas cultivadas para la agricultura moderna.
Los callos son de particular utilidad en la micropropagación , donde se pueden utilizar para hacer crecer copias genéticamente idénticas de plantas con características deseables. Para aumentar el rendimiento, la eficiencia y la supervivencia de los explantos de la micropropagación, se tiene un cuidado minucioso para la optimización del protocolo de micropropagación. Por ejemplo, el uso de explantos compuestos de células de baja totipotencia puede prolongar el tiempo necesario para obtener callos de tamaño suficiente, aumentando la duración total del experimento. De manera similar, varias especies de plantas y tipos de explantos requieren hormonas vegetales específicas para la inducción de callos y la posterior organogénesis o embriogénesis; para la formación y el crecimiento de callos de maíz, la auxina ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) fue superior al ácido 1-naftalenacético (NAA) o al ácido indol-3-acético (IAA), mientras que el desarrollo de callos se vio obstaculizado en explantos de ciruelas pasas después de aplicar la auxina ácido indol-3-butírico (IBA) pero no el IAA. [23] [24]
Henri-Louis Duhamel du Monceau investigó las respuestas de cicatrización de heridas en olmos y fue el primero en informar sobre la formación de callos en plantas vivas. [25]
En 1908, EF Simon fue capaz de inducir callos a partir de tallos de álamo que también producían raíces y brotes. [26] Los primeros informes de inducción de callos in vitro vinieron de tres investigadores independientes en 1939. [27] P. White indujo callos derivados de tejidos procambiales de desarrollo de tumores de híbridos de Nicotiana glauca que no requirieron suplementación hormonal. [14] Gautheret y Nobecourt pudieron mantener cultivos de callos de zanahoria utilizando adiciones de hormonas auxinas. [ cita requerida ]