VARIACION SOMACLONAL

ž  Definicion (Larkin y Scowcroft, 1981)

El cultivo in vitro puede ser un proceso muy estresante para la célula e involucra procesos mutagénicos durante el establecimiento del explante, la inducción de callo, la formación de embriones y la regeneración de plantas.

 Por esta vía es posible obtener variación, de origen nuclear y/o citoplasmática, que podría ser utilizada para el mejoramiento vegetal.

Este proceso, se denomina Variación Somaclonal involucra cambios en las plantas regeneradas que son transmitidos a la    progenie. 

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Causas

ž  Entre las causas que original la variación somaclonal se encuentran alteraciones en el cariotipo, mutaciones puntuales, recombinación somática e intercambio de cromátidas hermanas, rearreglos génicos somáticos, elementos genéticos transponibles, amplificación y/o metilación del ADN y cambios en el ADN de los orgánelos (mitocondrias y cloroplastos). 

ž  La variación SOMACLONAL solo puede ser empleada a través del cultivo de tejidos, pues por mucha variabilidad que exista en el tejido somático éste no interviene en la reproducción

ž  Factores relacionados

  Genotipo:

                Se asume que la frecuencia de cambios dependerá de variaciones preexistentes en el genotipo y de las interacciones que surgen entre el genotipo y el proceso de cultivo. 

ž  Explante:

                Quimerismo = si estos tejidos se utilizan como explantes y sus células son inducidas a dividirse y rediferenciarse, las diferentes líneas celulares podrían dar origen a plantas genéticamente diferentes. 

ž  Fase de callo

                La iniciación de un callo puede ser análoga a la respuesta de las plantas a heridas, que se sabe que activan elementos transponibles y estimulan la inducción de enzimas y productos específicos que se inducen también en situaciones de estrés.

                Cuando comienza la división celular a partir de tejidos diferenciados, que dará origen a un callo, se incrementa el riesgo de inestabilidad cromosómica.

                La variación que ocurre en los números cromosómicos en la primera fase de la inducción del callo sería el resultado de fragmentación nuclear seguida por mitosis de los fragmentos nucleares, combinada con la mitosis normal de los núcleos intactos

ž  Naturaleza del callo:

                Un callo verdadero es una masa de células desdiferenciadas que proliferan Desorganizadamente, lo cual probablemente genera considerable variación. 

ž  Via de regeneracion: La variación observada en cultivos embriogénicos es relativamente menor que la que aparece en cultivos organogénicos.

                Esto probablemente se debe a la gran presión de selección impuesta en la formación de los embriones, mayor que la requerida en la formación de vástagos. 

ž  Medio de cultivo:

                Un mismo explante puede tener diferente comportamiento si se lo cultiva en medio sólido o en medio líquido. Otro factor importante es la temperatura, que puede inducir inestabilidad cariotípica o puede incrementar el número de plantas albinas.

ž  Deficiencia de oxigeno:

                La tensión de oxígeno de las células en la superficie del callo es diferente a la de aquellas células que se encuentran situadas profundamente en la masa del mismo. La anaerobiosis resultaría en la producción de etanol, el cual podría comportarse como un mutágeno

ž  Reguladores del crecimiento:  

                El 2,4-D ejerce profundos efectos sobre la respiración celular, el consumo de azúcares y en el control de la división celular, por ello se especula acerca de su rol indirecto en la inducción de cambios en el metabolismo celular y tisular de plantas creciendo in vitro.

                La citocinina, produce fragmentación nuclear amitótica y se le reconoce como causa de aneuploidía.

                El 2,4-D, el AIA y el ANA han sido señalados como los responsables de los incrementos en la metilación de la citosina que tiene lugar durante el cultivo in vitro.

ž  Acumulacion de metabolitos:

                Las condiciones de cultivo in vitro podrían afectar los niveles de resistencia celular al efecto de los metabolitos que normalmente se encuentran presentes en los tejidos en bajas concentraciones. 

Edad  del cultivo:

                En los períodos prolongados de cultivo hay una pérdida de totipotencia, esto sucedería debido a la acumulación de mutaciones y a la alteración de los genes que son responsables de la regeneración. 

Deficiencia o exceso de minerales:

                Las deficiencias o excesos de azufre, fósforo, nitrógeno, calcio y magnesio pueden resultar en cambios genómicos.                       

ž  Bases genéticas de la variabilidad producida por el cultivo in vitro

ž  Cambios epigeneticos:

                Cambios fenotipicos generados por genes que son estimulados y se expresan por los efectos del cultivo in vitro per se.

• Estos genes no presentan cambios en el material hereditario , no segregan en la progenie ni cumplen las leyes de la herencia y aunque pueden transmitirse por varios ciclos de multiplicación, siempre desaparecen.
• Lineas resistentes
• El mayor porcentaje del material genético no se expresa, por lo cual existe una gran cantidad del mismo sensible a ser estimulado y provocar cambios epigeneticos
• Mutaciones: poliploidia, aneupliodia, mutaciones genomicas
• Rejuvenecimiento fisiológico:

                Se produce cuando el tejido pierde la señal que poseia la planta madre (edad), esta perdida es mas rapida a medida que el explante sea mas pequeño y se den mas subcultivos in vitro, a medida que esto ocurre el tejido del cual se regeneran es mas joven; de esta forma en muchos cultivos las plantas regeneradas in vitro se parecen mas a las producidas por semillas que a las propagadas vegetativamente

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Ventajas

ž  Es relativamente poco costoso generarla, requiere de un laboratorio de rutina y facilidades de campo.

ž  Constituye una forma rápida de generar variabilidad genética, particularmente para cultivos con base genética estrecha y que son difíciles de mejorar a través de técnicas tradicionales.

ž  Es exitosa para eliminar uno o pocos defectos en cultivares bien adaptados

ž  Puede utilizarse para mejorar especies de propagación sexual y vegetativa

ž  Las tasas de mutación son relativamente altas si se comparan con las tasas de mutaciones espontáneas

ž  La variación somaclonal ocurre con una frecuencia de 1 mutación cada 100 plantas regeneradas, en contraste con la tasa esperada de mutación espontánea de 10^-7 – 10^-9  mutaciones por par de nucleótidos

ž  El conocimiento de las condiciones que generan inestabilidad genética durante el cultivo in vitro permitiría utilizar el fenómeno como estrategia de mejoramiento y permitiría eludirlo en aquellos casos en que se requiera estabilidad genética, como en la micropropagación, la conservación de germoplasma y la transformación genética

ž  El nivel de cambios no deseados es menor que cuando se utilizan mutágenos químicos o físicos, ya que, en el caso de la variación somaclonal, la mayoría de los cambios deletéreos producidos son eliminados por el filtro que representa la regeneración de plantas

ž  Desventajas

ž  En algunos casos, las variantes somaclonales no han avanzado de la etapa de laboratorio o invernáculo, probablemente debido a que el material seleccionado tiene poca importancia práctica. 

ž  La escasa regeneración de plantas en cultivos de largo término. Generalmente en estos casos existe pérdida de la capacidad
morfogénica. 

ž  La regeneración está limitada a genotipos específicos que pueden no ser de mucho interés para los mejoradores.

ž  Algunos somaclones son inestables (originados por variación epigenética).

ž  Algunos presentan alteraciones no deseables como aneuploidía, esterilidad, etc. 

ž  Detección de la variación somaclonal

ž  Morfologicos: tamaño, color de las flores, forma de las hojas, etc

ž  Bioquimicos: Patrones isoenzimaticos que se basan en la presencia de isoformas de enzimas especificas, que tienen la misma actividad pero con diferente estructura molecular

ž  Moleculares