La fusión somática , también llamada fusión de protoplastos , es un tipo de modificación genética en plantas mediante la cual dos especies distintas de plantas se fusionan para formar una nueva planta híbrida con las características de ambas, un híbrido somático . [1] Se han producido híbridos entre diferentes variedades de la misma especie (por ejemplo, entre plantas de patata sin flor y plantas de patata con flor) o entre dos especies diferentes (por ejemplo, entre Triticum de trigo y Secale de centeno para producir Triticale ).
Los usos de la fusión somática incluyen hacer que las plantas de papa sean resistentes a la enfermedad del enrollamiento de las hojas de la papa . [2] A través de la fusión somática, la planta de cultivo de papa Solanum tuberosum , cuyo rendimiento se ve severamente reducido por una enfermedad viral transmitida por el pulgón vector , se fusiona con la papa silvestre Solanum brevidens , que no tiene tubérculos , que es resistente a la enfermedad. El híbrido resultante tiene los cromosomas de ambas plantas y, por tanto, es similar a las plantas poliploides . La hibridación somática fue introducida por primera vez por Carlson et al. en Nicotiana glauca . [3]
Proceso para células vegetales
El proceso de fusión somática ocurre en cuatro pasos: [4]
- La eliminación de la pared celular de una célula de cada tipo de planta utilizando la enzima celulasa para producir una célula somática llamada protoplasto.
- Luego, las células se fusionan mediante una descarga eléctrica (electrofusión) o un tratamiento químico para unir las células y fusionar los núcleos. El núcleo fusionado resultante se llama heterocarión .
- A continuación, se induce la formación de la pared celular con hormonas.
- A continuación, las células se cultivan en callos que luego se hacen crecer hasta convertirse en plántulas y finalmente en una planta completa, conocida como híbrido somático.
El procedimiento para plantas de semillas descrito anteriormente, la fusión de protoplastos de musgo puede iniciarse sin descarga eléctrica pero mediante el uso de polietilenglicol (PEG). Además, los protoplastos de musgo no necesitan fitohormonas para la regeneración y no forman un callo . [5] En cambio, los protoplastos de musgo en regeneración se comportan como esporas de musgo en germinación . [6] Cabe destacar además que se pueden utilizar nitrato de sodio e iones de calcio a pH alto, aunque los resultados varían según el organismo. [7]
Aplicaciones de células híbridas
Se pueden fusionar células somáticas de diferentes tipos para obtener células híbridas. Las células híbridas son útiles de diversas formas, p. Ej.,
(i) estudiar el control de la división celular y la expresión génica ,
(ii) investigar las transformaciones malignas ,
(iii) para obtener la replicación viral ,
(iv) para el mapeo de genes o cromosomas y para
(v) producción de anticuerpos monoclonales mediante la producción de hibridoma (células híbridas entre una célula inmortalizada y un linfocito productor de anticuerpos ), etc.
El mapeo cromosómico a través de la hibridación de células somáticas se basa esencialmente en la fusión de células somáticas humanas y de ratón . Generalmente, los fibrocitos o leucocitos humanos se fusionan con líneas celulares continuas de ratón .
Cuando se mezclan células humanas y de ratón (o células de dos especies de mamíferos cualesquiera o de la misma especie), la fusión celular espontánea se produce a una velocidad muy baja (10-6). La fusión celular se mejora de 100 a 1000 veces mediante la adición de virus Sendai (parainfluenza) inactivado por rayos ultravioleta o polietilenglicol (PEG).
Estos agentes se adhieren a las membranas plasmáticas de las células y alteran sus propiedades de tal forma que facilitan su fusión. La fusión de dos células produce un heterocarión, es decir, una única célula híbrida con dos núcleos, uno de cada una de las células que entran en fusión. Posteriormente, los dos núcleos también se fusionan para producir una célula híbrida con un solo núcleo.
Un esquema generalizado para la hibridación de células somáticas se puede describir como sigue. Se seleccionan y mezclan células humanas y de ratón apropiadas en presencia de virus Sendai inactivado o PEG para promover la fusión celular. Después de un período de tiempo, las células (una mezcla de células humanas, de ratón y "híbridas") se cultivan en placas en un medio selectivo , por ejemplo, medio HAT , que permite la multiplicación de células híbridas únicamente.
Por tanto, se aíslan varios clones (cada uno derivado de una única célula híbrida) de las células híbridas y se someten a análisis tanto citogenéticos como bioquímicos apropiados para la detección de enzima / proteína / rasgo bajo investigación. Ahora se intenta correlacionar la presencia y ausencia del rasgo con la presencia y ausencia de un cromosoma humano en los clones híbridos.
Si existe una correlación perfecta entre la presencia y ausencia de un cromosoma humano y la de un rasgo en los clones híbridos, se considera que el gen que gobierna el rasgo está ubicado en el cromosoma en cuestión.
El medio HAT es uno de los varios medios selectivos utilizados para la selección de células híbridas. Este medio se complementa con hipoxantina , aminopterina y timidina , de ahí el nombre de medio HAT. La aminopterina antimetabolito bloquea la biosíntesis celular de purinas y pirimidinas a partir de azúcares simples y aminoácidos .
Sin embargo, las células humanas y de ratón normales aún pueden multiplicarse, ya que pueden utilizar hipoxantina y timidina presentes en el medio a través de una ruta de rescate , que normalmente recicla las purinas y pirimidinas producidas a partir de la degradación de ácidos nucleicos .
La hipoxantina es convertida en guanina por la enzima hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa (HGPRT), mientras que la timidina es fosforilada por timidina quinasa (TK); tanto la HGPRT como la TK son enzimas de la vía de rescate.
En un medio HAT, solo aquellas células que tienen enzimas activas HGPRT (HGPRT +) y TK (TK +) pueden proliferar, mientras que las deficientes en estas enzimas (HGPRr- y / o TK-) no pueden dividirse (ya que no pueden producir purinas y pirimidinas debido a la aminopterina presente en el medio HAT).
Para usar el medio HAT como agente selectivo, las células humanas utilizadas para la fusión deben ser deficientes para la enzima HGPRT o TK, mientras que las células de ratón deben ser deficientes para la otra enzima de este par. Por tanto, se pueden fusionar células humanas deficientes en HGPRT (designadas como TK + HGPRr-) con células de ratón deficientes en TK (designadas como TK-HGPRT +).
Sus productos de fusión (células híbridas) serán TK + (debido al gen humano ) y HGPRT + (debido al gen del ratón) y se multiplicarán en el medio HAT, mientras que las células del hombre y del ratón no lo harán. Los experimentos con otros medios selectivos se pueden planificar de manera similar.
Características de la hibridación y hibridación somática
- La fusión de células somáticas parece ser el único medio a través del cual dos genomas parentales diferentes pueden recombinarse entre plantas que no pueden reproducirse sexualmente (asexual o estéril).
- Los protoplastos de plantas sexualmente estériles ( haploides , triploides y aneuploides ) se pueden fusionar para producir diploides y poliploides fértiles .
- La fusión de células somáticas supera las barreras de incompatibilidad sexual. En algunos casos, los híbridos somáticos entre dos plantas incompatibles también han encontrado aplicación en la industria o la agricultura .
- La fusión de células somáticas es útil en el estudio de genes citoplasmáticos y sus actividades y esta información se puede aplicar en experimentos de fitomejoramiento .
Logros de la fusión interespecífica e intergenérica
Cruzar | Cruzado con |
---|---|
Avena | Maíz |
Brassica sinensis | B. oleracea |
Torrentia fourneri | T. bailloni |
Brassica oleracea | B. campestris |
Datura innoxia | Atropa belladona |
Nicotiana tabacum | N. glutinosa |
Datura innoxia | D. candida |
Arabidopsis thaliana | Brassica campestris |
Petunia hybrida | Vicia faba |
Tabla: Referencia n. ° 5 Nota: La tabla solo enumera algunos ejemplos, hay muchos más cruces. Las posibilidades de esta tecnología son grandes; sin embargo, no todas las especies se ponen fácilmente en cultivo de protoplastos.
Referencias
- ^ Fregadero, KC; Jain, RK; Chowdhury, JB (1992). "Hibridación de células somáticas". Hibridación a distancia de plantas de cultivo . Monografías de Genética Teórica y Aplicada. 16 : 168-198. doi : 10.1007 / 978-3-642-84306-8_10 . ISBN 978-3-642-84308-2.
- ^ Helgeson JP, Hunt GJ, Haberlach GT, Austin S (1986). "Híbridos somáticos entre Solanum brevidens y Solanum tuberosum: expresión de un gen de resistencia al tizón tardío y resistencia al enrollamiento de la hoja de papa". Rep . De células vegetales 5 (3): 212–214. doi : 10.1007 / BF00269122 . PMID 24248136 .
- ^ Hamill, John D .; Cocking, Edward C. (1988). "Hibridación somática de plantas y su uso en agricultura". Biotecnología de células vegetales . 18 : 21–41. doi : 10.1007 / 978-3-642-73157-0_3 . ISBN 978-3-642-73159-4.
- ^ Torrence, James (2008). "Biología superior" (2ª ed.). Hodder Gibson. Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ). - ^ Solvey Rother, Birgit Hadeler, José M. Orsini, Wolfgang O. Abel, Ralf Reski (1994): Destino de un macrocloroplasto mutante en híbridos somáticos. cuando la papa se hibrida con tomate en lugar de obtener un solo carácter, ambos personajes exhibirán y obtendrán una nueva planta llamada Pomato Journal of Plant Physiology 143, 72-77. [1]
- ^ SC Bhatla, Justine Kiessling, Ralf Reski (2002): Observación de la inducción de polaridad mediante la localización citoquímica de receptores de unión a fenilalquilamina en la regeneración de protoplastos del musgo Physcomitrella patens . Protoplasma 219, 99-105. [2]
- ^ Mahesh. Biotecnología molecular vegetal. 2009. Libro.