APLICACIONES DE LA IRRADIACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA VEGETAL DE... · 2019-05-23 · • Cultivo in...
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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.