El cultivo de tejidos vegetales es un conjunto de técnicas utilizadas para mantener o cultivar células, tejidos u órganos vegetales en condiciones estériles en un medio de cultivo nutritivo de composición conocida. Se utiliza ampliamente para producir clones de una planta en un método conocido como micropropagación . Diferentes técnicas de cultivo de tejidos vegetales pueden ofrecer ciertas ventajas sobre los métodos tradicionales de propagación, entre ellas:
El cultivo de tejidos vegetales se basa en el hecho de que muchas partes de la planta tienen la capacidad de regenerarse hasta formar una planta completa (las células de esas partes regenerativas de la planta se denominan células totipotentes y pueden diferenciarse en varias células especializadas). A menudo se pueden utilizar células individuales, células vegetales sin paredes celulares ( protoplastos ), trozos de hojas, tallos o raíces para generar una nueva planta en medios de cultivo con los nutrientes y hormonas vegetales necesarios .
La preparación del tejido vegetal para el cultivo de tejidos se realiza en condiciones asépticas con aire filtrado HEPA proporcionado por una cabina de flujo laminar . A partir de entonces, el tejido se cultiva en recipientes estériles, como placas de Petri o matraces, en una sala de crecimiento con temperatura e intensidad de luz controladas. Los materiales vegetales vivos del medio ambiente están naturalmente contaminados en sus superficies (y a veces en sus interiores) con microorganismos , por lo que sus superficies se esterilizan en soluciones químicas (normalmente alcohol e hipoclorito de sodio o calcio ) [1] antes de tomar muestras adecuadas (conocidas como explantes ). . A continuación, los explantes estériles normalmente se colocan sobre la superficie de un medio de cultivo sólido estéril, pero a veces se colocan directamente en un medio líquido estéril, particularmente cuando se desean cultivos en suspensión celular. Los medios sólidos y líquidos generalmente se componen de sales inorgánicas más algunos nutrientes orgánicos, vitaminas y hormonas vegetales. Los medios sólidos se preparan a partir de medios líquidos con la adición de un agente gelificante, normalmente agar purificado .
La composición del medio, particularmente las hormonas vegetales y la fuente de nitrógeno (nitrato versus sales de amonio o aminoácidos) tienen efectos profundos en la morfología de los tejidos que crecen a partir del explante inicial. Por ejemplo, un exceso de auxina a menudo resultará en una proliferación de raíces, mientras que un exceso de citoquinina puede producir brotes . Un equilibrio tanto de auxina como de citoquinina a menudo producirá un crecimiento desorganizado de células o callos , pero la morfología del crecimiento dependerá de la especie de planta y de la composición del medio. A medida que los cultivos crecen, las piezas generalmente se cortan y se subcultivan en nuevos medios para permitir el crecimiento o alterar la morfología del cultivo. La habilidad y experiencia del cultivador de tejidos son importantes para juzgar qué piezas cultivar y cuáles descartar.
A medida que los brotes emergen de un cultivo, se pueden cortar y enraizar con auxina para producir plántulas que, cuando maduren, se pueden transferir a tierra para macetas para seguir creciendo en el invernadero como plantas normales. [2]
Las diferencias específicas en el potencial de regeneración de diferentes órganos y explantes tienen varias explicaciones. Los factores importantes incluyen diferencias en la etapa de las células en el ciclo celular , la disponibilidad o capacidad de transportar reguladores de crecimiento endógenos y las capacidades metabólicas de las células. Los explantes de tejido más utilizados son los extremos meristemáticos de las plantas, como la punta del tallo, la punta de la yema axilar y la punta de la raíz. [3] Estos tejidos tienen altas tasas de división celular y concentran o producen las sustancias reguladoras del crecimiento necesarias, incluidas auxinas y citoquininas.
La eficiencia de la regeneración de brotes en el cultivo de tejidos suele ser un rasgo cuantitativo que a menudo varía entre especies de plantas y dentro de una especie de planta entre subespecies, variedades, cultivares o ecotipos . Por lo tanto, la regeneración de cultivos de tejidos puede resultar complicada, especialmente cuando se deben desarrollar muchos procedimientos de regeneración para diferentes genotipos dentro de la misma especie.
Las tres vías comunes de regeneración de cultivos de tejidos vegetales son la propagación a partir de meristemas preexistentes (cultivo de brotes o cultivo nodal), la organogénesis y la embriogénesis no cigótica .
La propagación de brotes o segmentos nodales generalmente se realiza en cuatro etapas para la producción masiva de plántulas mediante multiplicación vegetativa in vitro, pero la organogénesis es un método estándar de micropropagación que implica la regeneración de tejidos de órganos adventicios o yemas axilares directa o indirectamente a partir de los explantes. La embriogénesis no cigótica es una vía de desarrollo notable que es altamente comparable a la de los embriones cigóticos y es una vía importante para producir variantes somaclonales, desarrollar semillas artificiales y sintetizar metabolitos. Debido al origen unicelular de los embriones no cigóticos, se prefieren en varios sistemas de regeneración para micropropagación, manipulación de ploidía, transferencia de genes y producción de semillas sintéticas. No obstante, la regeneración de tejidos mediante organogénesis también ha demostrado ser ventajosa para estudiar los mecanismos reguladores del desarrollo de las plantas.
El tejido obtenido de una planta que se va a cultivar se denomina explante.
Los explantes pueden tomarse de muchas partes diferentes de una planta, incluidas porciones de brotes, hojas, tallos, flores, raíces, células individuales indiferenciadas y de muchos tipos de células maduras, siempre que todavía contengan citoplasma y núcleos vivos y sean capaces de desintegrarse. diferenciar y reanudar la división celular. Esto ha dado lugar al concepto de totipotencia de las células vegetales. [4] [5] Sin embargo, esto no es cierto para todas las células ni para todas las plantas. [6] En muchas especies, los explantes de diversos órganos varían en sus tasas de crecimiento y regeneración, mientras que algunos no crecen en absoluto. La elección del material del explante también determina si las plántulas desarrolladas mediante cultivo de tejidos son haploides o diploides . Además, el riesgo de contaminación microbiana aumenta con explantes inadecuados.
El primer método que involucra los meristemas y la inducción de múltiples brotes es el método preferido para la industria de la micropropagación ya que los riesgos de variación somaclonal (variación genética inducida en el cultivo de tejidos) son mínimos en comparación con los otros dos métodos. La embriogénesis somática es un método que tiene el potencial de tener tasas de multiplicación varias veces mayores y es susceptible de manipulación en sistemas de cultivo líquidos como biorreactores.
Algunos explantes, como la punta de la raíz , son difíciles de aislar y están contaminados con microflora del suelo que se vuelve problemática durante el proceso de cultivo de tejidos. Cierta microflora del suelo puede formar asociaciones estrechas con los sistemas de raíces o incluso crecer dentro de la raíz. Las partículas de tierra unidas a las raíces son difíciles de eliminar sin dañar las raíces, lo que luego permite un ataque microbiano. Esta microflora asociada generalmente crecerá demasiado en el medio de cultivo de tejidos antes de que haya un crecimiento significativo del tejido vegetal.
Algunos tejidos cultivados tienen un crecimiento lento. Para ellos habría dos opciones: (i) Optimizar el medio de cultivo; (ii) Cultivar tejidos o variedades altamente sensibles. [7] La necrosis puede estropear los tejidos cultivados. Generalmente, las variedades de plantas difieren en la susceptibilidad a la necrosis del cultivo de tejidos. Por lo tanto, se puede gestionar cultivando variedades (o tejidos) altamente receptivos. [7]
Los explantes aéreos (sobre el suelo) también son ricos en microflora indeseable. Sin embargo, se eliminan más fácilmente del explante mediante un enjuague suave y el resto generalmente puede eliminarse mediante esterilización de la superficie. La mayor parte de la microflora de la superficie no forma asociaciones estrechas con el tejido vegetal . Estas asociaciones generalmente se pueden encontrar mediante inspección visual como un mosaico, decoloración o necrosis localizada en la superficie del explante.
Una alternativa para obtener explantes no contaminados es tomar explantes de plántulas que se cultivan asépticamente a partir de semillas esterilizadas en superficie. La superficie dura de la semilla es menos permeable a la penetración de agentes esterilizantes superficiales agresivos, como el hipoclorito , por lo que las condiciones aceptables de esterilización utilizadas para las semillas pueden ser mucho más estrictas que para los tejidos vegetativos.
Las plantas cultivadas con tejidos son clones . Si la planta madre original utilizada para producir los primeros explantes es susceptible a un patógeno o condición ambiental, todo el cultivo sería susceptible al mismo problema. Por el contrario, cualquier rasgo positivo también permanecería dentro de la línea.
El cultivo de tejidos vegetales se utiliza ampliamente en las ciencias vegetales, la silvicultura y la horticultura. Las aplicaciones incluyen:
Desarrollando la variación somaclonal
Resiliencia climática
- Como en Kaveri Vaman (de NRCB, Tamil Nadu), un mutante de plátano de cultivo de tejidos para resistir fuertes lluvias. [14]
Producción de metabolitos secundarios.
- Como la cafeína de coffea arabica , la nicotina de Nicotiana rustica .
Inducción de la floración
- En árboles con retraso en la floración o Bambú - donde algunas especies florecen una vez en su vida pero pueden vivir más de 50 años. [15]
Notas
Fuentes
