La embriogénesis somática es un proceso biotecnológico fundamental que permite la producción de embriones a partir de células puramente somáticas cultivadas
in vitro
, sin la necesidad de fecundación. Este fenómeno se basa en la capacidad de las células somáticas de las plantas para convertirse en embriones capaces de germinar y desarrollarse hasta producir plantas completas. Los embriones somáticos son estructuras bipolares con un eje radical-apical y, a diferencia de los cigóticos, no poseen conexión vascular con el tejido materno.
Historia y Descubrimiento
Aunque la embriogénesis somática puede apreciarse de manera natural en muchas especies, fue a finales de los años 50 cuando se logró reproducir bajo condiciones de laboratorio. Dos grupos de investigación independientes, Reinert et al. en Alemania y Stewart et al. en los Estados Unidos, lo consiguieron utilizando cultivos celulares de
Daucus carota L.
(zanahoria). Desde su descubrimiento, el potencial de este fenómeno se visualizó tanto para la ciencia básica como para la aplicada.Principios Fundamentales
La capacidad de las células somáticas cultivadas
in vitro
para formar embriones de manera similar a la embriogénesis cigótica es una de las características más interesantes de las plantas y el mejor ejemplo del concepto de totipotencia. Este concepto, propuesto por Haberlandt en 1902, indica que cada célula viva normal posee la capacidad de regenerar un organismo completo. Contrariamente a los embriones cigóticos, los embriones somáticos no contienen un nuevo grupo de genes; en cambio, poseen la misma combinación genética de la planta fuente del explante.Cómo Preparar Medio de Cultivo para Plantas In Vitro | Tutorial paso a paso
Aplicaciones de la Embriogénesis Somática
Investigación Científica
La embriogénesis somática resulta fundamental para establecer comparaciones con la embriogénesis cigótica y otros procesos de desarrollo. Permite el estudio fisiológico y molecular del proceso de desarrollo embrionario. Además, ofrece oportunidades de investigación en viticultura, especialmente con la disponibilidad de los borradores de la secuencia del genoma de la vid, basados en el cultivar francés Pinot Noir. Esta técnica también es útil para generar mutaciones que sirvan para el análisis genómico en la vid, permitiendo la obtención de información sobre la función de genes específicos mediante la generación de embriones somáticos con mutaciones puntuales.
Propagación Clonal
En la ciencia aplicada, la embriogénesis somática es de enorme utilidad para la propagación clonal, ya que permite obtener un gran número de plantas en un tiempo más breve que los métodos tradicionales de micropropagación. Esto tiene una relación directa con la rentabilidad económica y con la gestión forestal sostenible, permitiendo obtener plantas de mejor calidad y reproducir o conservar individuos y especies amenazadas, mediante la conservación de su germoplasma para el futuro.
Mejora Genética
La embriogénesis somática permite la producción de árboles “élite” que se adapten a las nuevas condiciones ambientales derivadas del cambio climático. Por ejemplo, NEIKER-Tecnalia ha desarrollado nuevos métodos para producir plantas clonales del género
Pinus
mediante esta técnica, buscando mejorar especies forestales recalcitrantes en su capacidad morfogénica como el pino piñonero (Pinus pinea L.
).Etapas de la Embriogénesis Somática
El proceso de embriogénesis somática se ha optimizado en varias etapas bien definidas:
- Inducción: Selección del tejido inicial (explanto) para obtener las primeras células embriogénicas.
- Proliferación: Multiplicación del tejido embriogénico y mantenimiento de las masas embriogénicas en estado óptimo.
- Maduración: Desarrollo del tejido embriogénico para obtener embriones somáticos con características similares a los embriones cigóticos.
- Germinación: Desarrollo de la primera raíz que convierte al embrión en planta somática.
- Aclimatación: Transferencia de las plantas somáticas a condiciones
ex vitro
para su adaptación al ambiente exterior.
Factores que Influyen en el Proceso
Los procesos embriogénicos son afectados por una serie de factores que pueden favorecer o dificultar los manejos
in vitro
del material vegetal:- Explanto: El tipo de tejido inicial utilizado, como órganos florales (anteras, ovarios), hojas o embriones cigóticos (maduros e inmaduros).
- Medio de Cultivo: La composición del medio nutritivo, incluyendo sales minerales, vitaminas y fitohormonas.
- Fitohormonas: Auxinas (como el ácido diclorofenoxiacético o 2,4-D) responsables de la inducción, y citoquininas (como bencil-adenina o BAP, y tidiazurón o TDZ) que favorecen la división celular.
- Genotipo: Existe una fuerte influencia del genotipo de la planta en las fases de inducción, proliferación y maduración de los embriones somáticos.
- Otros Componentes: Aporte de nitrógeno orgánico, agentes mutágenos (como el etilmetano sulfonato o EMS para generar mutaciones puntuales), y crioprotectores (sorbitol y DMSO) para la crioconservación.
Ejemplos de Aplicación en Especies Específicas
- Vid (
Vitis vinifera
): La embriogénesis somática en la vid se conoce desde los años 50, obteniéndose a partir de tejidos somáticos de órganos florales. Se han establecido protocolos específicos utilizando TDZ como citoquinina. - Pino piñonero (
Pinus pinea L.
): Es una especie recalcitrante, pero se han logrado avances en la regeneración de plantas a partir de embriones cigóticos inmaduros, optimizando las fases de maduración y germinación. - Café (
Coffea arabica L.
): Se ha desarrollado un protocolo para la inducción de embriogénesis somática directa enC. arabica L.
usando fragmentos de hojas de plántulas cultivadasin vitro
.
Estabilidad Genética y Métodos de Análisis
Como parte fundamental del desarrollo de la embriogénesis somática, se evalúa la estabilidad genética de los cultivos. La forma más frecuente de alteraciones genéticas durante el cultivo
in vitro
son los cambios cromosómicos. La estabilidad genética en muchos laboratorios es alta, alrededor del 95%.Citometría de Flujo
Este método se utiliza para evaluar la estabilidad genética de los cultivos. Las principales alteraciones cromosómicas observadas incluyen la presencia de plantas tetraploides (cada célula contiene 4 pares de cromosomas, el doble que en las plantas diploides normales), octoploides (8 pares de cromosomas) y mixoploides (plantas que contienen simultáneamente células diploides y tetraploides). Un análisis en el cultivar Brancellao, por ejemplo, indicó que la embriogénesis somática se produjo a partir de células con dos niveles de ploidía.
Análisis por Microsatélites
Otro método de identificación genética son los microsatélites, que son los marcadores moleculares más utilizados en la vid. Son pequeñas secuencias de ADN (2-6 nucleótidos) que se repiten consecutivamente entre 5 y 100 veces. El genotipo de un microsatélite se determina mediante una reacción de PCR y posterior análisis con un secuenciador automático de ADN. Este análisis ha permitido elaborar bases de datos de microsatélites y confirmar que las plantas regeneradas mediante embriogénesis somática eran conformes al genotipo normal de microsatélites en todos los cultivares estudiados.