J U N I O D E 2 0 1 4

L A P A Z – B O L I V I A

APLICACIONES DE LA

IRRADIACIÓN EN

BIOTECNOLOGÍA VEGETAL

INSTITUTO BOLIVIANO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA NUCLEAR

CENTRO DE INVESTIGACIONES Y APLICACIONES NUCLEARES

Alta calidad nutritiva

B O L I V I A Centro de diversidad de plantas cultivables y cultivos nativos

Tubérculos, raíces, cereales, leguminosas, frutales, etc.

Fuente de ingresos Mercado interno y externo

Importancia

Resistencia a factores adversos

Todas y cada una de estas

especies son una oportunidad

para desarrollar investigación

destinada al fitomejoramiento.

Biotecnología

Es la aplicación de la ciencia y la

ingeniería en el uso directo o

indirecto de organismos vivos o

partes de ellos, en sus formas

naturales o modificadas para la

producción de bienes y servicios

o para la mejora de procesos

industriales.

La biotecnología moderna utiliza

diversas técnicas para acercarse a su

objeto de estudio:

– Microbiología

– Ingeniería genética

– Biología molecular

– Bioquímica

– Genómica

– Bioinformática

– Proteómica

TÉCNICAS USADAS EN BIOTECNOLOGÍA

Cultivo de tejidos: Trabaja a un nivel superior

a la célula e incluye células, tejidos y órganos

que se desarrollan en condiciones controladas.

Tecnología del ADN: Involucra la manipulación

de genes a nivel del ADN, aislamiento de genes,

su recombinación y expresión en nuevas

formas, etc.

CLASIFICACION

• Biotecnología en Salud Humana (Roja).

Biotecnología Alimentaria

• Biotecnología Animal.

• Biotecnología Industrial (Blanca).

• Biotecnología Vegetal (Verde).

• Biotecnología Marina (Azul)

• Biotecnología Ambiental

BIOTECNOLOGIA VEGETAL

Es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas:

• Cultivo in vitro de plantas.

• Producción vegetal asistida por marcadores moleculares

• Hibridación

• Producción de biofertilizantes y biopesticidas

• Transferencia selectiva de genes de un organismo a otro dando lugar a nuevos cultivos vegetales

Objetivos de la Biotecnología Vegetal

• Alimentos con más vitaminas, minerales y

proteínas, y/o menor contenido en grasas.

• Cultivos más resistentes al ataque de virus,

hongos, bacterias, insectos sin la necesidad de

emplear productos químicos, lo que supone un

mayor ahorro económico y menor daño al medio

ambiente.

• Mayor tiempo de conservación de frutas y

verduras.

• Cultivos tolerantes a la sequía y estrés.

APLICACIONES DE LA ENERGÍA NUCLEAR

EN LA ALIMENTACIÓN Y AGRICULTURA

– Generación de energía eléctrica,

– Salud para el diagnóstico y la terapia,

– Industria,

– Hidrología: aplicación de radiotrazadores.

– Gammagrafía para el control de calidad de

gasoductos, oleoductos,

– Alimentación y agricultura, etc.

• Las tecnologías nucleares tienen hoy un

valor complementario excepcional o

sustancial para resolver problemas

relacionados con la seguridad

alimentaria.

• Las técnicas nucleares se proponen

como auxiliares, y no como sustitutivas,

de otras técnicas.

• El interés se centra en la coordinación y

el apoyo a las investigaciones, la

aplicación práctica de técnicas y el

intercambio de información científica.

• Rayos Cósmicos: 0,001- 0,000001 nm

• Rayos Gamma: 0,1-0,001 nm

• Rayos X :10 – 0,1 nm

• Ultravioleta:10 –380 nm

• Visible: 380 - 780 nm

• Infrarojo:780 – 300 000 nm

• Microonda: 300 000 – 1 000 000 000 nm

• Ondas de Radio: 1 000 000 000 – 1 000 000 000 000 nm

• Rayos X: en Hospitales, Clínicas dentales, Aeropuertos.

• Radiación U.V.: para esterilizar aire, superficies en hospitales y laboratorios además de superficies en alimentos. Descontaminación del agua. Formación de Vitamina “D”.

• Rayos infrarrojos: Acción calorífica que origina dilatación de vasos sanguíneos, mayor irrigación, terapia lumbago, distensión y articulaciones.

• Microondas.

• Ondas de telecomunicaciones

Tipos de Radiaciones

- ACELERADORES DE ELECTRONES

TIPOS - MAQUINAS DE RAYOS X

- IRRADIADORES DE RADIOISOTOPOS ()

- COBALTO 60 (1,17 y 1,33 MeV)

FUENTES Vida media 5,27 a

- CESIO 137 (0,66 MeV)

Vida media 30 a

Radioisotopos utilizados

Radioisótopo Vida media

Yodo –13 8.05 días

Tecnecio – 99 6.04 h

Iridio –192 74 días

Samario –153 1.95 días

Carbono –14 5730 años

Fósforo – 32 14.28 días

Cesio – 137 30 años

Cobalto – 60 5.27 años

MUTACIONES INDUCIDAS POR RADIACIONES GAMMA

Mutación.

Es una alteración en la secuencia de ADN. Puede ser desde un pequeño evento como la alteración de un solo par de bases nucleotídicas hasta la ganancia o pérdida de cromosomas enteros.

Puede ser causada por daños producidos por químicos, por radiación o por errores durante la replicación y la reparación del ADN.

Categoría de las mutaciones. Mutaciones inducidas y espontáneas.

− Mutaciones inducidas: Surgen después de un tratamiento con agentes mutagénicos.

a) Agentes físicos: Rayos X, Rayos Gamma, Neutrones.

b) Agentes Químicos: EMS (Ethyl Metano Sulfonato), MNU (Methyl Ethyil nitroso urea), Azida de sodio (NaN3).

− Mutaciones espontáneas: Surgen de forma natural.

Mejoramiento de Cultivos por medio de la

irradiación

Objetivo

• Desarrollo y aplicación de técnicas rápidas y eficientes

• de mejoramiento varietal a través de mutaciones

Actividades Principales

• Desarrollo de técnicas de inducción a la mutación

• Mejora de técnicas de detección de mutación, tanto

genotípica como fenotípica.

• Desarrollo de metodologías de mejoramiento varietal

acelerado

Mutación Inducida Vs Mutación espontanea

• La aparición de mutaciones espontáneas son ínfimas alrededor de 1 en un millón, sin embargo con la mutaciones inducidas puede incrementarse hasta 1 en 100. (Borojevic 1984).

• La tecnología de irradiación, a través de la mutación inducida ha logrado obtener variedades mejoradas en cebada, quinua, trigo y amaranto en Perú.

• En México se está trabajando con otro pseudocereal nativo que es la Chía y en Uruguay con la soya. Venezuela y Cuba está trabajando con frutales como el banano y cítricos (naranja).

• Se ha tenido avances exitosos en algodón y flores, por lo que la tecnología en este campo podría ser una alternativa para acrecentar la calidad de los productos agroexportables.

• Otras especies manipuladas son el tarwi, ajos, fríjol, Dosis menores a 0.5 kGy son ideales para conseguir estos efectos.

MUTACION

• CEREALES:

Quinua, Cebada, Trigo, Kiwicha, Arroz.

• LEGUMINOSAS:

Tarwi, frijol.

• OTROS:

• Ajo, Algodón, Flores

RESULTADOS

• Rendimiento

• Resistencia a enf. y plagas

• Precocidad

• Resistencia a heladas

• Salinidad

• Finura y textura de harina.

• Color, etc.

Dosis Absorbida.

Energía absorbida por unidad de masa irradiada

1 Gray = 1 Joule/Kg. de Materia

Dosimetría.

Sistema utilizado para determinar la dosis absorbida, que consta de dosímetros o instrumentos de medición.

Se realiza Pruebas de dosimetría para determinar la dosis adecuada del mutágeno que pueda ocasionar mutaciones responsables de caracteres deseables.

Dosis del mutágeno

% M

uta

cio

ne

s

DOSIMETRIA

Búsqueda de información de dosis óptimas (Revisión de Publicaciones Científicas, www.mvd.iaea.org).

Selección de tres dosis como mínimo

Selección de dos agentes mutagénicos de preferencia.

Distribución de cultivares mutantes

por continentes (2013)

Sources: FAO/IAEA Mutant Varieties Database

Nro. Cultivares por país

China 741

India 340

Japón 233

Rusia 214

Alemania 176

Holanda 176

USA 128

VARIEDADES MUTANTES

Total: 3088

Especies: 170

(2010)

Sources: FAO/IAEA Mutant Varieties Database

“Protocolo para la Aplicación de

la Inducción de Mutaciones en el

Mejoramiento Genético de

Plantas Propagadas por

Semillas: Quinua

Objetivos y Elección

del genotipo Dosimetría

Manejo de la Población M1

Manejo de la

Población M2

Manejo de la

Población M3

a Mn

Dosis Recomendada para cebada:

M0 Testigo AABBDD

300 Gray AABBDD 200 Gray AABBDD

100 Gray AABBDD

Irradiador Gammacell 220

AABBDd

M1

Variedades DL50 (Gy)

Real blanca Pasankalla Puñete blanco Real negra Pandela tardía Pandela precoz

190 200 190 160 180 203

Dosis óptimas

A partir de las mismas se pueden diseñar trabajos de fitomejoramiento ya que existe mayor probabilidad de encontrar mutaciones las cuales son muy amplias.

Modificaciones morfológicas en Quinua M1.

Evaluación de mutantes en el cultivo de amaranto M1 y M3.

EVALUACIONES EN POBLACION M2

Tipos de mutantes clorofilicos, Gustafsson, 1941

I. Albina No se forma clorofila ni carotenos

II. Xanta Prevalencia de carotenos o ausencia de clorofila

III. Viridis

Grupo heterogéneo, característico amarillo verdoso o verde claro.

a) Virescens Verde claro uniforme que gradualmente cambia a verde oscuro. Generalmente el color adquiere el tono normal. Mutación a menudo viable.

b) Chlorína

Generalmente color amarillo verdoso que puede permanecer durante el ciclo de la planta u oscurecerse. Viable

c) Lutescens

Los pigmentos verdes originales se destruyen, las hojas se marchitan y se tornan amarillas.

d) Albescens Igual que c pero más pronunciado. Los colores originales cambian a blanco o blanco amarillo.

Mutaciones clorofilicas en cultivo de cebada.

• . . .

A-Explante inicial Irradiación

• Antes

• Durante

B- Meristemo apical y

axilar de brote con

estructura quimérica M1V1

Crecimiento de brotes

Meristemo

de Brote

oregonstate.edu

Meristemo DL-50 o DL-30

CRP - D23023 Cuba

MUTACIONES INDUCIDAS IN VITRO

Dosis: 30 a 80 Gy Rayos gamma

0 30 Gy 40 Gy 50 Gy

60 Gy 70 Gy 80 Gy

PRUEBAS DE DOSIMETRÍA

Radiosensibilidad en piña

4-5 subcultivos Ananas

Desarrollo de plantas M1V4 – M1V5

SELECCIÓN IN VIVO: INVERNADERO

SELECCIÓN IN VIVO: CAMPO

Caso papa

Investigaciones:

• Generación de mutaciones inducidas en ecotipos de

trigo y otras amiláceas adaptados a condiciones del

Altiplano Boliviano con potencial forrajero y

agroindustrial.

• Tarwi, amaranto, papa (Imilla negra, waych´a), quinua,

kañahua.