La embriogénesis somática es un proceso artificial en el que una planta o 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 los embriones, es decir, tejido vegetal ordinario. No se forma endospermo o cubierta de semillas 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 pueden manipularse para inducir la formación de callo y posteriormente cambiarse 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 nutritivos sólidos o líquidos que contienen reguladores del crecimiento de las plantas (PGR). Los principales reguladores de crecimiento 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 como componente del avance biotecnológico. [4] La primera documentación de la embriogénesis somática fue por Steward et al. en 1958 y Reinert en 1959 con cultivos en suspensión de células de zanahoria. [5] [6]
Embriogénesis directa e indirecta
Se ha descrito que la embriogénesis somática se produce de dos formas: directa o indirectamente. [7]
Embriogénesis directa
ocurre cuando los embriones se inician directamente a partir de tejido explantado creando un clon idéntico.
Embriogénesis indirecta
ocurre cuando los explantes producen células indiferenciadas o parcialmente diferenciadas (a menudo denominadas callo) que luego se mantienen o 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 fresa ( Fragaria ananassa ) [8]
Regeneración vegetal por embriogénesis somática
La regeneración de las plantas a través de la embriogénesis somática se produce en cinco pasos: iniciación de cultivos embriogénicos, proliferación de cultivos embriogénicos, prematuración de embriones somáticos, maduración de embriones somáticos y desarrollo de plantas en medios inespecíficos. La iniciación y la 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 ápices funcionales de raíces y brotes [3]
Factores que influyen
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 de arabinogalactano y lipochitooligosacáridos. La temperatura y la iluminación también pueden afectar la maduración del embrión somático.
Aplicaciones
Las aplicaciones de este proceso incluyen: propagación clonal de material vegetal genéticamente uniforme; eliminación de virus ; suministro de tejido de origen para la transformación genética ; generación de plantas enteras a partir de células individuales llamadas protoplastos ; desarrollo de tecnología de semillas sintéticas. [1]
Usos de la embriogénesis somática
- Transformaciones de plantas [11]
- Propagación masiva [12]
El desarrollo de procedimientos de embriogénesis somática ha dado lugar a investigaciones sobre proteínas de almacenamiento de semillas (SSP) de plantas leñosas para especies arbóreas de importancia comercial, es decir, principalmente gimnospermas , incluido el abeto blanco . En esta área de estudio, los 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 homólogo cigótico (Flinn et al. 1991, Beardmore et al. 1997). [13] [14]
Grossnickle y col. (1992) [15] compararon plántulas de abeto del interior con plántulas durante el desarrollo del vivero y mediante un programa de evaluación de la calidad del stock inmediatamente antes de la plantación en 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 los brotes 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, tenían mayor diámetro del cuello de la raíz y mayor peso seco de los brotes. El peso seco de la raíz aumentó más rápidamente en las plántulas que en las embriones durante la temporada temprana de crecimiento.
Durante la aclimatación de otoño, el patrón de aumento del índice de liberación de latencia y aumento de la tolerancia a la congelación fue similar tanto en plántulas como en embriones. La capacidad de crecimiento de las raíces disminuyó y luego aumentó durante la aclimatación al otoño, y el aumento fue mayor en las plántulas.
La evaluación de la calidad del stock justo antes de la siembra mostró que: los embriones tenían una mayor eficiencia en el uso del agua con una disminución del potencial hídrico de los brotes antes del amanecer en comparación con las plántulas; las plántulas y los embriones tenían una capacidad de movimiento de agua similar tanto a temperaturas altas como bajas de las raíces; la fotosíntesis neta y la conductancia de la aguja a bajas temperaturas de las raíces fueron mayores en las plántulas que en las embriones; y las plántulas tuvieron un mayor crecimiento de las raíces que las plántulas a 22 ° C de raíz, pero el crecimiento de raíces entre todas las plantas fue bajo a una temperatura de la raíz de 7.5 ° C.
Grossnickle y Major (1992) determinaron el crecimiento y la supervivencia de las plántulas de abeto interior 313B Styroblock y los brotes después de la plantación en un sitio de reforestación. [16] Tanto para las plántulas como para las embriones, el potencial osmótico en la saturación (ψ sat ) y el punto de pérdida de turgencia (ψ punta ) aumentó de un mínimo de -1,82 y -2,22 MPa, respectivamente, justo antes de la siembra a un máximo estacional de -1,09 y -1,21 MPa, respectivamente, durante el alargamiento activo de los brotes. A partir de entonces, las plántulas y embriones (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 la temperatura del sitio y el cese del crecimiento en altura. En general, las plántulas y los embriones tuvieron valores similares de ψ sat y ψ punta durante la temporada de crecimiento, y también tuvieron cambios similares en los patrones estacionales de módulo máximo de elasticidad, fracción simpática 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 de un año en curso, tanto de las plántulas como de las embriones, tenían una disminución similar en la conductancia de la aguja con un 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 con un VPD de menos de 3,0 kPa y un PAR superior a 1000 μmol m −2 s −1 . Las agujas de plántulas y plantones de un año y del año en curso mostraron patrones similares de eficiencia en el uso del agua.
Las tasas de crecimiento de brotes en plántulas y embriones durante la temporada de crecimiento también fueron similares entre sí. Las plántulas tenían sistemas de brotes más grandes tanto en el momento de la siembra como al final de la temporada de crecimiento. Las plántulas también tuvieron un mayor desarrollo de las raíces que los embriones durante la temporada de crecimiento, pero las proporciones raíz: brote para los 2 tipos de plantas fueron similares al final de la temporada de crecimiento, cuando las tasas de supervivencia de las plántulas y embriones fueron del 96% y 99%, respectivamente.
Mapas de seguimiento y destino
Comprender la formación de un embrión somático mediante el establecimiento de marcadores morfológicos y moleculares es importante para la construcción de un mapa de destino. El mapa del destino es la base sobre la que construir más investigación y experimentación. Existen dos métodos para construir un mapa de destino: división celular sincrónica y seguimiento de lapso de tiempo. Este último normalmente funciona de manera más consistente debido a los químicos que alteran el ciclo celular y al centrifugado involucrados en la división celular sincrónica. [17]
Angiospermas
El desarrollo de embriones 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 cotiledonaria. [18] El desarrollo de embriones difiere en monocotiledóneas y dicotiledóneas. Las dicotiledóneas pasan por las etapas globular, en forma de corazón y 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 libre de hormonas o de auxinas bajas promoverá el crecimiento del embrión somático y la formación de raíces. En las monocotiledóneas , la capacidad embriogénica suele estar restringida a tejidos de 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 las auxinas en el crecimiento de callos embriogénicos entre diferentes genotipos de la misma especie muestran cuán variables pueden ser las respuestas a las auxinas. [20]
La zanahoria Daucus carota fue la primera y más conocida especie con respecto a las vías de desarrollo y los mecanismos moleculares. [17] Seguimiento de lapso de tiempo por Toonen et al. (1994) mostró que la morfología de las células competentes puede variar según 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 celda se multiplica con cierta simetría geométrica. Se desarrollaron en grupos de células simétricas, asimétricas y de forma aberrante que eventualmente formaron embriones en diferentes frecuencias. [21] Esto indica que la polaridad de crecimiento organizada no siempre existe en la embriogénesis somática. [17]
Gimnospermas
El desarrollo del embrión en las gimnospermas se produce en tres fases. La proembriogenia incluye todas las etapas previas al alargamiento del suspensor . La embriogenia temprana incluye todas las etapas posteriores al alargamiento del suspensor pero antes del desarrollo del meristemo de la raíz. La embriogenia tardía incluye el desarrollo de meristemas de raíces y brotes. [18] El seguimiento por lapso de tiempo en el abeto noruego Picea abies reveló que ni las células ricas en citoplasma individuales ni las células vacuoladas se desarrollaron en embriones. Las masas proembriogénicas (PEM), un intermediario entre las células no organizadas y un embrión compuesto de células ricas en citoplasma junto a una célula vacuolada, se estimulan con auxina y citoquinina . La eliminación gradual de auxinas y citoquininas y la introducción de ácido abscísico (ABA) permitirán que se forme un embrión. [17] Se ha considerado el uso de 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 la reproducción de árboles de coníferas está en su infancia. [22] [23]
Ver también
- Embriogénesis vegetal
- Callo (biología celular)
- Cultivo de tejidos vegetales
- Hormona vegetal
- Rescate de embriones
- Hiperhidricidad
- Medio Murashige y Skoog
Referencias
- ↑ a b Sahoo, Jyoti Prakash (11 de junio de 2018). "Organogénesis y embriogénesis somática" . doi : 10.13140 / rg.2.2.26278.57928 . Cite journal requiere
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enlaces externos
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- http://theagricos.com/tissue-culture/somatic-embryogenesis/
- http://passel.unl.edu/Image/siteImages/SomaticEmbryo13Steps.gif