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Resumen
En biotecnología de arroz se han logrado avances en transformación genética con importantes resultados en el mejoramiento genético de variedades elite de las subespecies japónica e índica. Con el propósito de revisar los métodos y los usos
agrícolas de la ingeniería genética aplicada al cultivo del arroz, se usaron varias palabras claves en idioma inglés en algunas
de las bases de datos de revistas científicas indexadas, disponibles en el Sistema Nacional de Bibliotecas de la Universidad
Nacional de Colombia (SINAB), seleccionando documentos publicados entre 2000 y 2011. La base de esta revisión inicial
se complementó con artículos publicados en fechas anteriores, que se consideraron relevantes, debido a que implicaban
cambios metodológicos importantes. Desde que se consiguió producir la primera planta transgénica de arroz a finales de
los años 80, varios protocolos para la transferencia de genes se han empleado con éxito logrando la modificación genética
de más de 60 cultivares de arroz. Para ello, se han empleado sistemas de transformación tanto directos como indirectos.
Se han realizado modificaciones de rasgos importantes en el cultivo, tales como la resistencia a factores bióticos (insectos,
hongos, bacterias, virus, nematodos), tolerancia a factores abióticos (salinidad, sequía, altas y bajas temperaturas, inmersión), y mejoramiento de características agronómicas (calidad nutricional, rendimiento, uso de nutrientes, tolerancia a
herbicidas).
Palabras clave: arroz, cultivos transgénicos, factores bióticos, factores abióticos."
-Segmento tomado de "Métodos y usos agrícolas de la ingeniería genética
aplicada al cultivo del arroz", Cristina Diaz Granados, Alejandro Chaparro Giraldo.
Cultivo del arroz
"Existen más de 2.000 variedades de arroz cultivadas
en el mundo. Las diferencias se refieren a la morfología
de la planta y del grano, la calidad del grano, la resistencia al volcamiento, la precocidad, la ramificación, la
resistencia y tolerancia a los factores bióticos (malezas,
insectos y enfermedades) y abióticos (frío, sequía, acidez del suelo, carencias en elementos minerales primordiales, etc.) y la productividad física (UNO,2002;
Nene, 2005; IDEAS, 2007)
Para obtener cosechas optimas, el arroz requiere una
combinación de varios factores como: temperaturas
suaves, para la subespecie japónica una temperatura
mínima de 12°C y de 13°C para la subespecie indica;
disponibilidad suficiente de agua y trabajo minucioso
(Lozano, 2002; Diago, 2002). La importancia del calor
no es un obstáculo mayor, las temperaturas elevadas
son realmente necesarias solamente durante el periodo de maduración (al menos 20°C durante 25 a 40
días). En las regiones mediterráneas donde el invierno
puede ser fresco, el arroz soporta las variaciones estacionales de temperatura siempre y cuando el aporte
de agua sea regular y abundante durante el crecimiento. En altitud, las variedades adaptadas soportan bajas
temperaturas nocturnas (12 °C) (Nene, 2005; IDEAS,
2007)."
-Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XIV No. 2 Diciembre 2012 179-195
Transformación genética del arroz
"Se han logrado rápidos avances en la transformación
genética del arroz, con importantes resultados en el
mejoramiento genético de variedades elite especialmente de las subespecies japónica e indica (O. sativa),
sin embargo también se ha trabajado más recientemente en la transformación de arroces africanos (O.
glaberrima). Desde que se logró producir la primera
planta transgénica de arroz a finales de los años 80,
varios protocolos para la transferencia de genes se
han empleado con éxito para la introducción de genes
foráneos al arroz, más de 60 cultivares de arroz pertenecientes a japónica, indica, javanica y cultivares africanos han sido transformados exitosamente (Cocking,
2000; Ignacimuthu et al., 2000; Vasil, 2005).
Para la transformación genética del arroz se han empleado sistemas de transformación tanto directos
como indirectos. Inicialmente, se trabajó fuertemente
con métodos directos como PEG, Electroporación y
Biobalística. Luego, se comenzó a trabajar en la implantación del método indirecto en el cual se emplea a
Agrobacterium tumefaciens. Entre los avances logrados
en la biotecnología del arroz esta la implementación
del uso del sistema de Agrobacterium que hasta hace
poco estaba limitado a dicotiledóneas. Así, el sistema
Agrobacterium y Biobalística son los dos sistemas de
transformación de plantas más empleados en la transformación de arroz (Nadolska-Orczk et al., 2000; Repellin et al., 2001; Bajaj y Mohanty, 2005).
Se ha logrado un enorme progreso en el desarrollo
de protocolos de transformación reproducibles. Se ha
implementado el uso de promotores constitutivos y de
promotores tejido-específico, el uso de marcadores
de selección negativa y positiva, así como la producción de plantas libres de marcadores de selección.
También, se ha incursionado en la transformación empleando varios genes a la vez. Sin dejar de mencionar
el uso de genes reporteros que ha sido de gran ayuda para el desarrollo de protocolos eficientes (Tyagi y Mohanty, 2000; Ignacimuthu et al., 2000; Vasil, 2005).
Las modificaciones producidas en el arroz han tenido
diversos fines. Se han realizado modificaciones de tipo
agronómico con el fin de modificar rasgos importantes en la planta como: aumentar el valor nutricional
del arroz, reducción de pérdidas en el rendimiento
causadas por diferentes factores abióticos y bióticos,
tolerancia a herbicidas y tolerancia a condiciones ambientales extremas (Giri y Laxm, 2000; Tyagi y Mohanty, 2000; Ignacimuthu et al., 2000). En tolerancia a
herbicidas, lo más trabajado en plantas transgénicas
de arroz ha sido la tolerancia al glufosinato de amonio
y al glifosato (Roy y Wu, 2001)
Entre las modificaciones genéticas realizadas al grano
de arroz se encuentran como ejemplos, el arroz dorado que presenta contenidos altos de beta caroteno, el arroz fortificado con un gen de la ferritina para
aumentar la concentración de hierro, y el arroz con
aminoácidos esenciales y con lactoferrina.
(Al-Babili y Beyyer, 2005; Li, 2006). También, se han
trabajado en arroces con altos niveles de tolerancia
a diferentes condiciones ambientales de estrés: bajas
temperaturas, sequía, acidez, salinidad (Roy y Wu,
2001; Agrawal et al., 2003). En el caso de genes de
resistencia a patógenos o plagas de arroz se han buscado en especial genes de resistencias a Pyricularia,
Rhizoctonia y algunos virus de importancia económica. Los arroces modificados de interés sanitario principalmente se han obtenido para resistencia a insectos
lepidópteros con genes de Bacillus thurigiensis (BT)
(Bajaj y Mohanty, 2005; Riaz, 2006)."
-Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XIV No. 2 Diciembre 2012 179-195
Introducción de genes
de importancia agronómica
Una vez que se logró la transformación de las dos especies cultivadas de arroz Oryza sativa y Oryza glaberrima, ya sea empleando biobalística o Agrobacterium,
se dio un auge en la transformación de diferentes
cultivares de arroz, y en especial de variedades elite
empleando genes de interés que permiten mejoras
sustanciales en el cultivo, sin dejar de lado el uso de
genes reporteros y transformaciones puramente académicas.
Para satisfacer la demanda de la creciente población
mundial, la producción del cultivo del arroz se tiene
que estar incrementando. Por ello, los esfuerzos en el
mejoramiento genético del arroz mediante la biotecnología se han centrado en aumentar la producción
mediante la reducción de pérdidas en las cosechas
causadas por factores bióticos y abióticos. Asimismo,
se ha trabajado en el aumento de la producción a través de mejoras en el rendimiento (Repellin et al., 2001;
Lu y Yang, 2009).
También se ha trabajado en aumento en la calidad nutricional del grano, ya que al ser el arroz el alimento
básico de la mayoría de la población mundial, se puede ayudar a reducir la desnutrición. Se ha intentado la
producción de compuestos recombinantes para diferentes usos especialmente nutracéuticos. En la tabla 2,se enumeran los diferentes factores biótico y abióticos
así como otras características importantes que se han
buscado modificar o mejorar a través de la ingeniería
genética de plantas en el cultivo de arroz (Datta, 2004;
Bajaj y Mohanty, 2005).
Factores bióticos
Las interacciones que se presentan en un cultivo con
los factores bióticos (insectos, hongos, bacterias, virus,
animales) pueden resultar ser los elementos más limitantes para la producción, ya que estos pueden ocasionar grandes pérdidas que pueden llevar hasta el
detrimento total del cultivo. En el cultivo del arroz, los
factores bióticos más limitantes son los insectos y los
organismos causantes de enfermedades, razón por la
cual la búsqueda de resistencia a estos ha sido foco
central para el mejoramiento convencional y para la
ingeniería genética de plantas.
