Equipo [Mutaciones Genéticas en Plantas] Leonardo Rafael Cuéllar Tierrafria[5to Halcón], Diego Sebastián Pérez Castillo[5to Halcón], Juan Fernando Valerio Contreras[5to Halcón]
Las mutaciones son cambios que ocurren en los seres vivos y pueden afectar cómo somos o cómo funcionan nuestro cuerpo y las plantas o animales. Aunque a veces pueden causar problemas, muchas mutaciones traen cosas buenas. Gracias a ellas, algunas personas, animales o plantas pueden ser más fuertes, más resistentes a enfermedades o adaptarse mejor a su entorno. Las mutaciones también ayudan a que existan nuevas oportunidades, como mejores alimentos y avances en la medicina. Por eso, las mutaciones son importantes y pueden tener ventajas en nuestra vida diaria
Palabras clave: Mutaciones, genética, adaptación, alimentos, plantas
Mutations are changes that happen in living beings and can affect how we look or how our bodies, plants, or animals work. Although they can sometimes cause problems, many mutations bring good things. Thanks to mutations, some people, animals, or plants can be stronger, more resistant to diseases, or better adapted to their environment. Mutations also help create new opportunities, such as better food and advances in medicine. That is why mutations are important and can have advantages in our daily life.
Key words: Mutations, genetic, adaptation, food, plants
Mutaciones elij tlajtolpatlalistli tlen mochiua ipan tlamantli tlen yoltokej uan uelis kipatlas ajkia tojuantij o kenijkatsa tekiti totlakayo, xiuitl uan tlapialmej. Maske kemantika uelis kichiuas ma onka kuesoli, miak tlamantli tlen mopatla kichiua ma onka tlen kuali. Ika inijuantij, sekij maseualmej, tlapialmej o xiuitl uelis mochiuas chikauak, amo kinkokos kokolistli o kuali mosentlalis kampa itstokej. Nopa mutaciones nojkia kichijchiuaj yankuik tlamantli, kej nopa tlakualistli tlen kuali uan nopa pajtli tlen moskaltijtok. Yeka, nopa mutaciones tlauel ipati uan uelis kipias tlateochiualistli ipan tonemilis mojmostla.
Las mutaciones genéticas en plantas cultivadas son cambios en su ADN, a menudo inducidos artificialmente (mutagénesis), para crear nuevas variedades con rasgos deseables como mayor rendimiento, resistencia a plagas/herbicidas, o mejor calidad nutricional, usando agentes como radiación (rayos gamma) o químicos, acelerando la evolución natural y generando diversidad para la mejora genética y la seguridad alimentaria, con aplicaciones en cereales, frutas y ornamentales.
¿Cómo se inducen?
Ejemplos de aplicaciones
Mejora de cultivos: Trigo, arroz, cebada, maíz, soja, algodón, frutas (papaya, banana), y plantas ornamentales (dalia, alstroemeria).
Beneficios:
Tipos de mutaciones
Impacto
Las plantas OGM (Organismos Genéticamente Modificados) son cultivos cuyo ADN ha sido alterado mediante ingeniería genética para conferirles características deseables como resistencia a plagas, enfermedades o herbicidas, o para mejorar su valor nutricional, siendo los más comunes maíz, soja, algodón y canola, aunque existen muchos otros y su desarrollo implica debates sobre salud y medio ambiente, existiendo regulaciones estrictas para su aprobación y comercialización.
Características y Propósito
Modificación Genética
Se insertan, eliminan o modifican genes específicos para obtener rasgos que no se dan naturalmente o que no se lograrían con cruces convencionales, incluso entre especies muy diferentes, usando técnicas de biotecnología.
Beneficios
Aumentan la resistencia a insectos y la tolerancia a herbicidas, mejoran la calidad nutricional y la vida útil, y aumentan el rendimiento de las cosechas.
Ejemplos Comunes
Cultivos: Maíz, soja, algodón, canola, calabaza, papaya, patata, remolacha azucarera, y más recientemente, manzanas, piñas y berenjenas.
Otros Organismos: Salmón AquAdvantage (animal) es un ejemplo de OGM aprobado para consumo humano.
Preocupaciones y Regulación
Controversia: Generan debate sobre su impacto en la biodiversidad y la salud humana.
Regulación
Existen sistemas regulatorios que evalúan rigurosamente los OGM antes de su liberación para analizar toxicidad, alergenicidad y efectos ambientales
Diferencia con Mejoramiento Tradicional
Mientras que la mejora tradicional (como brócoli, coliflor) toma generaciones, la biotecnología moderna permite introducir genes específicos de cualquier organismo de forma más rápida y precisa, como un gen de bacteria en una planta. Un OGM u organismo genéticamente modificado puede ser un animal una planta o una bacteria cuyo material genético ha sido cambiado
Para saber más de la ciencia genómica y sus aplicaciones
¿Cómo se produce una mutación genética? ¿Podríamos intentar provocar una mutación en una planta?
Si sabemos más de las ciencias genómicas entonces podemos aplicarlas a diferentes áreas
Conocer qué son las mutaciones genéticas e intentar replicarla en una planta
Conocer si son benéficas y en qué áreas pueden ayudar las mutaciones genéticas
Prehistoria
La primera evidencia de que los seres humanos comprendían los principios de la herencia y los aplicaban, se encuentra en el cultivo de las plantas y la domesticación de los animales, que comenzó hace aproximadamente 10,000 – 12,000 años.
Los hombres nómadas primitivos dependían de la caza y de la recolección para sobrevivir, pero a medida que las poblaciones humanas crecieron, decreció la disponibilidad de alimentos silvestres. Esta disminución generó la necesidad de descubrir nuevas fuentes de alimento; se comenzó entonces a manipular las plantas y los animales silvestres, lo que dio origen a la agricultura primitiva y a las primeras colonias sedentarias.
Al principio, simplemente se seleccionaban y cultivaban plantas y animales silvestres que poseían rasgos deseables. La evidencia arqueológica de la velocidad y la dirección de proceso de domesticación muestra que las personas aprendieron rápidamente una regla simple pero crucial de la herencia: like breeds like (que puede traducirse por el proverbio español que reza “quien a los suyos se parece en nada los desmerece”).
Seleccionando y criando ciertas plantas o animales con rasgos apreciados se podían reproducir esos mismos rasgos en las generaciones siguientes.
Se cree que el desarrollo de la agricultura se inició en medio oriente, en los territorios actuales de Turquía, Irán, Irak, Siria, Jordania e Israel. Hace 10,000 años las plantas y los animales domésticos eran los componentes principales de la dieta de muchas poblaciones. Las primeras plantas y animales utilizados incluían el trigo, los guisantes, las lentejas, la cebada, los perros, las cabras y las ovejas.
La cruza selectiva generó cabras y ovejas con más lana y más dóciles, y semillas de cereales más grandes y fáciles de cosechar. Hace unos 4,000 años en medio oriente ya se usaban técnicas complejas. Los asirios y los babilonios desarrollaron varios cientos de variedades de palmeras datileras que diferían en el tamaño de la fruta, el color, el sabor y el tiempo de maduración.
Un bajorrelieve asirio de hace 2,880 años retrata el uso de la fertilización artificial para el control de los cruzamientos entre las palmeras datileras. En el mismo periodo culturas de Asia, África y América desarrollaron otros cultivos y domesticaron otros animales
Importancia de la genética
Aunque la ciencia de la genética es relativamente nueva, las personas comprendieron la naturaleza hereditaria de los rasgos y han practicado la genética durante miles de años, la agricultura surgió cuando los seres humanos empezaron a aplicar los principios de la genética al cultivo de las plantas y domesticación de los animales. Hoy, los principales productos agropecuarios fueron sometidos a grandes alteraciones genéticas que incrementan ampliamente sus rendimientos y producen muchas características deseadas, como la resistencia a las enfermedades y a las pestes, las calidades nutricionales especiales y las cualidades que facilitan la cosecha. La revolución verde, que expandió la producción global de alimentos en las décadas de 1950 y 1960, se basó en gran medida en la aplicación de la genética. En la actualidad el maíz, los porotos de soja y otros cultivos modificados por ingeniería genética constituyen una parte significativa del alimento producido en el mundo.
El descubrimiento de los genes
Desde la antigüedad, la gente se dio cuenta que los padres transmiten características a su descendencia.
Los niños humanos son como sus padres, los animales son como sus progenitores y las plantas son como sus plantas madres. La gente también creía que las características de los padres se mezclaban en su descendencia. Pero nadie sabía cómo funcionaba realmente la herencia hasta que un monje llamado Gregorio Mendel dio la respuesta.
Reproducción selectiva
Por siglos, los granjeros han criado animales y plantas con características útiles, por ejemplo, ovejas con lana más gruesa, o plantas de cultivo con más semillas. Han hecho esto con la esperanza de que la descendencia heredará estas características. Pero hasta la mitad del siglo XIX, la forma en la que funcionaba la herencia era un misterio. ¿Se mezclaban las características? ¿por qué algunas características desaparecían en una generación solo para reaparecen en la siguiente?
Los intentos por descubrir las leyes de la herencia eran antiguos, pero los experimentos fracasaban continuamente debido a la incorrecta selección de los caracteres estudiados. Los precursores de Mendel se sintieron atraídos siempre por características de herencia compleja y además intentaron comprobar la herencia del conjunto de características del animal. Obviamente, la descendencia se parecía al padre en unos rasgos y a la madre en otros, pero resultaba posible observar regularidades fáciles de medir.
Mendel tuvo la brillante idea de estudiar solo una característica en cada cruzamiento y además la suerte de escoger caracteres con una herencia simple o independiente. En realidad, desconocía la existencia de caracteres de herencia simple y compuesta, pero fue los suficientemente perspicaz para percatarse de que si estudiaba características con sólo dos posibilidades (semillas verdes o amarillas, vainas inflamadas o constreñidas, etc), donde no existieran estados intermedios, su labor se vería facilitada
Monje y científico
En 1843, Gregorio Mendel, un monje austriaco, entró al monasterio de Brunn en Austria (hoy Berno en la República Checa) A pesar de ser monje estudió ciencia y era un dedicado jardinero. Desde 1856, empezó a usar el jardín del monasterio como laboratorio.
Al observar a los chícharos Mendel escogió las plantas de chícharo para sus experimentos. Estas muestran ciertas características que se identifican fácilmente. Por ejemplo, pueden ser altas o bajas, y tienen flores moradas o blancas. Mendel quería averiguar cómo se transmiten estas características. Para entender los experimentos de Mendel es útil saber cómo se reproducen las plantas de chícharos.
Los órganos sexuales macho y hembra se encuentran juntos dentro de la flor del chícharo. Los diminutos granos machos de polen, son llevados a los órganos hembra en un proceso llamado polinización. Se forma una semilla, y esta crece hasta convertirse en una nueva planta de chícharos.
Cruzar experimentos
Una de las características que estudió Mendel fue el color de las flores. Tomó plantas con flores moradas y con blancas y las “cruzó”. Cuidadosamente usó un pincel para pasar polen de una flor morada a una blanca y viceversa. Plantó las semillas que resultaron y anotó el color de las flores de la descendencia. Luego permitió la polinización de la descendencia y produjo semillas. Plantó estas semillas y de nuevo observó los resultados.
Los “factores” de Mendel
Cuando las plantas con flores moradas y blancas fueron cruzadas, toda la descendencia, llamada primera generación tuvo flores moradas. Pero las características blancas no habían desaparecido. Cuando las nuevas plantas produjeron su propia descendencia, la segunda generación, algunas de estas tuvieron flores blancas. Mendel sugirió que dentro de cada planta de chícharo había diminutas unidades de herencia a las que llamó “factores”. Él no supo qué eran o en qué parte de la planta se encontraban, pero dedujo que cada planta madre original llevaba pares de factores idénticos que producían flores, o bien moradas, o bien blancas.
En la primera generación cada planta heredaba un factor morado de un padre y un factor blanco de otro, pero daba flores moradas. Mendel explicaba que los factores morados eran dominantes sobre los blancos. En otras palabras, un solo factor morado era suficiente para que las flores fueran moradas. En la segunda generación, algunas flores de las plantas tuvieron flores blancas porque habían heredado sólo factores blancos. Mendel llamó a los factores blancos recesivos porque habían recedido, o desaparecido, en la primera generación.
En nacimiento de la genética
Con su teoría de factores, Mendel mostró que las características no se mezclan como pintura, cuando son pasadas a nuevas generaciones, sino que permanecen separadas. Su trabajo pionero todavía no había sido reconocido cuando murió en 1884, pero fue redescubierto a principios del siglo XX, por científicos que investigaban la herencia. Los factores de Mendel recibieron un nuevo nombre. Se les llamaron genes. Su trabajo se convirtió en la base de la ciencia de la genética.
Organismos genéticamente modificados – OGM
En la actualidad existen alimentos de origen vegetal y animal que han sido modificados genéticamente para el consumo.
Los organismos genéticamente modificados (OGM) son plantas, animales o microbios a los que se les ha modificado su ADN usando técnicas de ingeniería genética. Otro término para esto es alimentos transgénicos.
Funciones
La ingeniería genética se puede realizar con plantas, animales o bacterias y otros microorganismos muy pequeños. Con la ingeniería genética, los científicos toman el gen de un rasgo deseado de una planta o animal, e insertan ese gen en el ADN de otra planta o animal. Los genes también pueden pasarse de un animal a una planta, y viceversa.
El proceso para crear alimentos OGM es diferente a la cría selectiva. Esta involucra la selección de plantas o animales con los rasgos deseados y su crianza.
Con el tiempo, esto resulta en la descendencia con los rasgos deseados. Uno de los problemas con la crianza selectiva es que también puede resultar en rasgos que no son deseados.
La ingeniería genética permite a los científicos seleccionar el gen específico para implantar. Esto evita introducir otros genes con rasgos no deseados. La ingeniería genética también ayuda a acelerar el proceso de creación de nuevos alimentos con rasgos deseados.
La edición de genoma es un método más nuevo que involucra agregar, eliminar o cambiar el ADN de una planta o animal de una manera dirigida.
Los posibles beneficios de los alimentos transgénicos incluyen:
Algunas personas han expresado preocupaciones sobre los alimentos transgénicos, tales como:
Se ha probado que estas preocupaciones hasta ahora no tienen fundamento.
Ninguno de los OGM usados hoy en día ha causado algunos de estos problemas.
La Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) evalúa todos los OGM para asegurarse que sean seguros antes de que salgan a la venta. Además de la FDA, la Agencia Estadounidense de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA, por sus siglas en inglés) regulan las plantas y animales producto de la bioingeniería. Ellos evalúan la seguridad de los OGM para los humanos, animales, plantas y el medio ambiente.
Fuentes alimenticias
El algodón, el maíz y la soja son los principales cultivos de OGM cultivados en los Estados Unidos. La mayor parte se utiliza para hacer ingredientes para otros alimentos, tales como:
La ingeniería genética se ha utilizado con éxito para desarrollar nuevos genes de importancia económica que pueden emplearse para mejorar la genética de las plantas cultivadas. La ingeniería genética es la adición dirigida de un gen o genes extraños al genoma de un organismo. Los genes pueden aislarse de un organismo y transferirse a otro, o pueden ser genes de una especie que se modifican y se reinsertan en la misma especie. Los nuevos genes, comúnmente denominados transgenes, se insertan en una planta mediante un proceso llamado transformación. El gen insertado contiene información que otorgará al organismo un rasgo.
La mejora genética de cultivos (mejoramiento vegetal) es una herramienta importante, pero tiene limitaciones. Primero, en términos convencionales, la mejora genética solo puede realizarse entre dos plantas que pueden aparearse sexualmente entre sí. Esto limita los nuevos rasgos que se pueden añadir a los que ya existen en esa especie. Segundo, cuando las plantas se aparean (cruzadas), muchos rasgos se transfieren junto con el rasgo de interés, incluyendo rasgos con efectos indeseables sobre el potencial de rendimiento.
La ingeniería genética, en cambio, no está sujeta a estas limitaciones. Elimina físicamente el ADN de un organismo y transfiere el(los) gen(es) de uno o algunos rasgos a otro. Como no es necesario cruzar, se supera la barrera ‘sexual’ entre especies. Por lo tanto, los rasgos de cualquier organismo vivo pueden transferirse a una planta. Este método es más específico en el sentido de que se puede añadir un solo rasgo a una planta.
La producción de plantas genéticamente modificadas se hizo posible después de que Bob Fraley y otros lograran utilizar Agrobacterium tumefaciens para transformar células vegetales con ADN recombinante a principios de los años 80. Desde este avance en la biotecnología vegetal, los cultivos transgénicos se desarrollan y cultivan de forma rutinaria en muchas partes del mundo.
Los cinco pasos para la ingeniería genética de un cultivo son:
El proceso de ingeniería genética vegetal
Todo el proceso de ingeniería genética es básicamente el mismo para cualquier planta. El tiempo necesario para completar los cinco pasos desde el principio hasta el final varía según el gen, la especie de cultivo y los recursos disponibles. Puede tardar entre 6 y 15+ años en que un nuevo híbrido transgénico esté listo para su liberación y su cultivo en campos de producción.
La ingeniería genética de cultivos incluye: 1) aislamiento de ADN 2) clonación génica 3) diseño génico 4) transformación y 5) mejoramiento de plantas.
La ingeniería genética es la adición dirigida de ADN extraño (genes) en un organismo.
Cinco pasos básicos en la ingeniería genética de cultivos:
Efectos secundarios
No hay efectos secundarios por consumir alimentos OGM.
Recomendaciones
La Organización Mundial de la Salud, la Academia Nacional de Ciencia, y varias de las organizaciones científicas más importantes alrededor del mundo han revisado investigaciones sobre OGM y no encontraron evidencia de que sean dañinos. No hay informes de enfermedades, lesiones o daños al medio ambiente debido a los OGM. Los alimentos transgénicos son tan seguros como los alimentos convencionales.
El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos ha empezado a solicitar a los fabricantes de alimentos que divulguen la información relacionada con alimentos con procesos de bioingeniería y sus ingredientes.
Las mutaciones genéticas son alteraciones permanentes en la secuencia de ADN que compone un gen, los cambios en el ADN que resultan en variaciones físicas como nuevos colores en flores, formas de frutos o resistencia mejorada.
Existen 2 tipos de mutaciones en las plantas
La mutación genética inducida es una técnica de fitomejoramiento que acelera la evolución natural mediante agentes físicos (radiación gamma, rayos X, neutrones) o químicos (agentes alquilantes) para modificar el ADN, principalmente en semillas, polen o tejidos in vitro
Métodos de Inducción:
Existen 3 tipos de aplicación de la mutación inducida:
Las mutaciones genéticas ayudan en la variabilidad genética ya que permite acceder a una amplia gama de variaciones, las mutaciones pueden llegar a convertirse en cambios hereditarios estables.
Las Mutaciones Puntuales inducen cambios en un solo gen, permitiendo modificaciones precisas sin los riesgos asociados a los organismos modificados genéticamente (OMG).
Diferencia entre Mutaciones genéticas en plantas y Plantas transgénicas
Este método utiliza agentes físicos (radiación) o químicos para inducir cambios aleatorios en el ADN de la planta, seleccionando después las mejores características.
Mecanismo: Consiste en alterar la secuencia de ADN propia de la planta. Esto puede ser natural o inducido (con radiación o agentes químicos) para generar variabilidad.
Edición de Genomas (CRISPR): Es una forma precisa de mutagénesis que corta el ADN en un lugar específico para silenciar, eliminar o cambiar un gen existente.
Origen del ADN: No introduce ADN externo. Todo el cambio ocurre con el material genético propio de la planta.
Resultados: Se consideran similares a la mejora genética tradicional pero más rápida. La planta editada es a menudo indistinguible de una obtenida por métodos naturales o cruces convencionales.
Ejemplos: Trigo con menor gluten, champiñones que no se oscurecen, o resistencia a enfermedades.
Ventajas:
Aceptación Pública: Generalmente no se consideran organismos modificados genéticamente (OGM) bajo las regulaciones actuales en muchos países, lo que facilita su comercialización.
Bajo Costo: Es una tecnología robusta y más económica en comparación con la ingeniería genética.
Seguridad: Históricamente considerada más segura al no introducir genes de especies distintas (no hay flujo de genes exógenos).
Desventajas:
Aleatoriedad y Tiempo: Las mutaciones son impredecibles; se requieren años de cruces y selección para encontrar la característica deseada sin efectos secundarios.
Efectos no deseados: Puede generar mutaciones adicionales (cambios negativos en el genoma) que no se buscan.
Implica la inserción precisa de genes específicos de otra especie en el genoma de la planta (transgénesis) para añadir una característica particular.
Mecanismo: La transgénesis implica la introducción de un gen nuevo (transgén) proveniente de otra especie (bacteria, animal, virus o planta incompatible) en el genoma de la planta hospedadora.
Origen del ADN: Utiliza ADN recombinante, es decir, de una especie diferente.
Resultados: Crea características completamente nuevas que no surgirían de forma tradicional o mediante cruces convencionales.
Ejemplos: Maíz Bt (resistente a insectos gracias a un gen de la bacteria Bacillus thuringiensis), soja resistente a herbicidas.
Ventajas:
Precisión y Rapidez: Se pueden introducir rasgos específicos (ej. tolerancia a herbicidas, resistencia a insectos) sin necesidad de largas generaciones de hibridación.
Mayor Rendimiento y Sostenibilidad: Permiten mayor productividad y menor uso de pesticidas, beneficiando la rentabilidad y el medio ambiente.
Superación de Barreras: Permite transferir características de especies no compatibles sexualmente.
Desventajas:
Regulación y Aceptación: Enfrentan estrictos controles, largos procesos regulatorios y a menudo baja aceptación por parte del público y los mercados.
Riesgos Ambientales: Posible flujo de genes a especies silvestres, desarrollo de resistencia en plagas y pérdida de biodiversidad.
Costo: Las semillas suelen ser más costosas, limitando el acceso en países en desarrollo.
Una planta mutada (especialmente editada) es la misma planta con un “ajuste” interno, mientras que una planta transgénica es la planta original más un gen de otra especie.
Las mutaciones genéticas se utilizan para crear variedades de plantas con mejores características agronómicas, como mayor resistencia a enfermedades, sequía o salinidad, y mejoras nutricionales, siendo un método seguro, rápido y asequible.
Las mutaciones genéticas inducidas ayudan a
Las mutaciones genéticas inducidas son técnicas seguras y ampliamente utilizadas para desarrollar variedades superiores que se adaptan a las necesidades agrícolas modernas, a menudo con mayor precisión que los métodos convencionales.
Científicamente, no se ha probado que las plantas transgénicas sean más peligrosas que las plantas mutadas genéticamente. No obstante, los transgénicos reciben mayor escrutinio debido a la introducción de material genético foráneo y su asociación con agroquímicos.
Con respecto a la biodiversidad y el cuidado del medio ambiente, as plantas mutadas genéticamente, al ser intrínsecas o inducidas tradicionalmente, se perciben como menos disruptivas para los ecosistemas silvestres cercanos. Las plantas transgénicas ofrecen ventajas productivas y pueden reducir el uso de ciertos químicos y pesticidas, pero conllevan riesgos significativos de contaminación genética y desarrollo de resistencia, requiriendo evaluaciones de seguridad estrictas.
Futuras líneas de investigación:
Las mutaciones genéticas y la ingeniería genética en los animales y el ser humano
