CONTENIDO

1. DESCRIPCIÓN DEL ORGANISMO PORTADOR: MEDICAGO SATIVA (ALFALFA)

La alfalfa (Medicago sativa) es una planta perenne que pertenece a la familia Fabaceae. Es una de las plantas forrajeras más importantes a nivel mundial debido a su alta productividad y valor nutricional. La alfalfa es rica en proteínas, vitaminas y minerales, lo que la convierte en un alimento básico para el ganado. Además, tiene una notable capacidad para fijar nitrógeno atmosférico, lo que contribuye a la fertilidad del suelo.

Características Clave del Organismo Portador:

• Raíces: Sistema radicular profundo que le permite acceder a agua y nutrientes en suelos secos.
• Hojas: Compuestas de tres folíolos, con un alto contenido de proteína y fibra.
• Crecimiento: Capacidad para rebrotar después de cada corte, permitiendo múltiples cosechas por temporada.
• Fijación de Nitrógeno: Asociación simbiótica con bacterias del género Rhizobium.

2. Descripción del Organismo Donador

Agrobacterium tumefaciens cepa CP4 Agrobacterium tumefaciens es una bacteria gramnegativa del suelo, conocida por su capacidad para transferir genes a plantas mediante un plásmido Ti (Tumor inducing). La cepa CP4 de Agrobacterium tumefaciens es particularmente conocida por su resistencia al herbicida glifosato, gracias al gen cp4 epsps, que codifica para una versión modificada de la enzima 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintasa (EPSPS). Esta enzima es crucial en la vía del shikimato, necesaria para la síntesis de aminoácidos esenciales en las plantas. La versión modificada de EPSPS otorga a las plantas una alta tolerancia al herbicida glifosato, permitiendo su uso sin afectar el crecimiento de la planta.

Medicago sativa (de la misma especie) El gen ccomt involucrado en la modificación de la lignina proviene de la propia alfalfa (Medicago sativa). Este gen es responsable de la producción de la enzima cafeoil-CoA O-metiltransferasa (CCoAOMT), que participa en la biosíntesis de lignina, un componente clave de la pared celular de las plantas.

 2. GENES INSERTADOS

 Con el propósito de reducir los niveles de lignina en las paredes celulares de la alfalfa con la finalidad de mejorar su calidad y a su vez conferir resistencia al herbicida glifosato, se insertaron los siguientes genes:

2.1.       Gen CCOMT

El gen de la cafeico 3-O-metiltransferasa produce una enzima clave para la formación de lignina. La lignina es un polímero complejo que proporciona rigidez y resistencia a las paredes celulares de las plantas, contribuyendo a su estructura y dificultando la digestibilidad en los animales.

Estructura

La cafeico 3-O-metiltransferasa es una enzima que tiene diferentes partes, llamadas dominios, que le permiten cumplir su función. Estos dominios ayudan a que la enzima se una a las moléculas que necesita para trabajar, como el S-adenosil-L-metionina (SAM) y el ácido cafeico, y para transferir un grupo metilo de una a otra. Esta enzima forma parte de una familia de enzimas conocidas como transferasas, y más específicamente, se clasifica como una metiltransferasa, debido a su capacidad para transferir grupos metilo.

Rol

Vera, David y Mejia en 2021 mencionan que, en las plantas, la lignificación comienza con la conversión de fenilalanina en ácidos fenólicos, como el ácido cafeico, a través de la vía de los fenilpropanoides. A partir de estos ácidos, se generan diferentes tipos de monolignoles, que son los bloques de construcción de la lignina.

Guo, Chen & Dixon señalan que, el gen CCOMT (cafeico 3-O-metiltransferasa) desempeña un papel fundamental en la ruta de biosíntesis de lignina en plantas, con una importancia particular en la lignificación de tallos de alfalfa (Medicago sativa L.).  Dos de las enzimas clave involucradas en este proceso son:

1.    Coniferaldehído 5-hidroxilasa, quien participa en la hidroxilación de intermediarios lignínicos, contribuyendo a la formación de compuestos esenciales para la biosíntesis de lignina.

2.    Cafeico 3-O-metiltransferasa (COMT): Es la enzima codificada por el gen CCOMT. COMT lleva a cabo la metilación de compuestos como el ácido cafeico y sus derivados. Utiliza S-adenosil-L-metionina (SAM) como donante de grupos metilo para convertir aldehídos y alcoholes cafeílicos en coniferaldehído y sinapaldehído. Estos productos son precursores esenciales en la formación de los monolignoles, que son los bloques de construcción de la lignina.

Metilación y Producción de Lignina

En este proceso se ve involucrado:

-    Coniferil alcohol es un precursor de la guaiacil-lignina, un tipo de lignina que proporciona una estructura más rígida.

-    Sinapil alcohol, es un precursor de la siringil-lignina, que también contribuye a la estructura de las paredes celulares vegetales, especialmente en angiospermas.

En síntesis:

COMT convierte aldehídos cafeílicos en coniferaldehído, que posteriormente puede ser transformado en sinapaldehído, un precursor del sinapil alcohol. Este paso es crucial para la producción de ligninas que contienen unidades de siringil, las cuales son características de las plantas leñosas y desempeñan un papel importante en la resistencia y durabilidad de las plantas.

2.2.       Gen cp4 epsps

El articulo denominado “RESULTADOS DE LA EXPRESIÓN DEL GEN cp4 EPSPS EN NUEVAS VARIEDADES DE CULTIVOS eemitido el año 2017, describe al gen cp4 epsps como el gen que “codifica” una enzima que interviene en la ruta del ácido shikímico, fundamental para la biosíntesis de aminoácidos aromáticos esenciales en plantas y ciertos microorganismos. A diferencia de la enzima EPSPS natural presente en las plantas, la versión CP4 de esta enzima es resistente al glifosato, un herbicida comúnmente utilizado. Esto significa que, al incorporar el gen *cp4 epsps* en plantas, estas pueden continuar con la síntesis de aminoácidos esenciales incluso cuando se aplica glifosato, lo que confiere resistencia al herbicida.

Estructura

La enzima EPSPS-CP4 comparte una estructura tridimensional similar a la EPSPS original, pero presenta modificaciones en su sitio activo que impiden la unión del glifosato, evitando así su inhibición.

Rol

Villalba en 2017 hace mención del rol que cumple el gen en la resistencia a herbicidas a base de glifosato, describiendo tal punto a continuación:

-    Resistencia gracias a la integración del gen, en plantas como la alfalfa, llega a permitir que estas mantengan la producción de aminoácidos esenciales bajo la exposición al glifosato, ya que la enzima EPSPS-CP4 no es inhibida por este herbicida. Esta resistencia es crucial para el control efectivo de malezas, incrementando la eficiencia y el rendimiento de los cultivos al reducir la competencia por nutrientes, luz y espacio.

-        3.     PROCESO DE MODIFICACIÓN: TÉCNICAS, MÉTODOS Y PROCEDIMIENTOS

Supresión de Genes y Reconfiguración de la Producción de Lignina

La alfalfa HarvXtra ha sido modificada genéticamente para reducir el contenido de lignina en sus paredes celulares, mejorando así su digestibilidad para el ganado. El proceso se basa en la técnica de interferencia por ARN (ARNi), que suprime la expresión del gen ccomt. Aquí se detalla el proceso:

#1 Interferencia por ARN (ARNi):

• Inserción de ARN de Cadena Doble: Se introduce en la planta un fragmento de ARN de cadena doble que es complementario al ARNm del gen ccomt. Este ARN de cadena doble se procesa en la planta, generando pequeños fragmentos de ARN que se unen al ARNm de ccomt, inhibiendo su traducción.
• Resultado: La inhibición de la síntesis de la enzima CCoAOMT reduce la cantidad de lignina producida, resultando en una planta con paredes celulares más digestibles y un forraje de mayor calidad.

Tecnología Roundup Ready

La tecnología Roundup Ready permite que las plantas de alfalfa sean resistentes al herbicida glifosato. El proceso de modificación incluye:

#1 Transformación Mediada por Agrobacterium:

Para introducir el gen cp4 epsps en la alfalfa, se emplea la transformación mediada por Agrobacterium tumefaciens cepa CP4, utilizando el siguiente proceso:

·         Construcción del Plásmido Ti: El gen cp4 epsps se inserta en un plásmido Ti modificado de Agrobacterium tumefaciens cepa CP4, junto con promotores y otros elementos reguladores que aseguran su expresión en la planta.

·         Infección de la Alfalfa: Las células de alfalfa son infectadas con Agrobacterium tumefaciens que porta el plásmido Ti. La bacteria transfiere el ADN del plásmido al genoma de la planta a través de un proceso de transferencia de ADN conocido como conjugación.

#2 Selección y Regeneración de Plantas Transgénicas:

·         Resistencia al Glifosato: Las plantas modificadas son seleccionadas en medios de cultivo que contienen glifosato, lo que permite la supervivencia de solo aquellas plantas que han integrado y expresan el gen cp4 epsps.

·         Regeneración: Las plantas seleccionadas se regeneran en cultivos in vitro hasta convertirse en plantas completas.

·         Confirmación de la Transformación: Se realizan análisis moleculares como PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) y secuenciación para verificar la correcta integración y expresión del gen transgénico en la planta.

4.     VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE HARVXTRA

Ventajas

1.  Mejor calidad del forraje, ya que la reducción de lignina en la alfalfa HarvXtra® mejora la digestibilidad del forraje para los rumiantes, lo que resulta en un forraje de mayor calidad para el ganado.

2.   Flexibilidad en las decisiones de cosecha, dado que los productores pueden retrasar la cosecha de alfalfa sin sacrificar la calidad del forraje. Esto da como resultado un mayor rendimiento de materia seca por hectárea sin reducir el valor nutricional del alimento.

3.   Control de malezas más efectivo, gracias a la incorporación de genes de tolerancia al herbicida glifosato ayuda a controlar las malezas, reduciendo así la competencia por los recursos, reduciendo los costos de manejo y mejorando la salud de los cultivos.

4.   Rentabilidad mejorada ya que al utilizar piensos de mayor calidad y una gestión más eficiente, los productores pueden aumentar la rentabilidad de la producción de lácteos y carne.

Desventajas

1.   Adicción a herbicidas específicos, puede deberse a la tolerancia al glifosato, esto puede llevar al uso intensivo de este herbicida, lo que puede tener impactos ambientales y de salud a largo plazo. Además, el uso continuado de glifosato puede provocar el desarrollo de malezas resistentes, complicando el manejo futuro.

2.  Mayor costo inicial debido a que las semillas transgénicas generalmente son más caras que las semillas convencionales, lo que puede ser una barrera financiera para algunos productores, especialmente aquellos con menos recursos.

 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(N.d.). Gob.Ar. Retrieved August 27, 2024, from https://magyp.gob.ar/sitio/areas/biotecnologia/conabia/_pdf_dd/DOC_DEC_MON88017.pdf

Al-Snafi, A. E., Khadem, H. S., Al-Saedy, H. A., Alqahtani, A. M., Batiha, G. E.-S., & Abolfazl, J.-S. (2021). A review on Medicago sativa: A potential medicinal plant. International Journal of Biological and Pharmaceutical Sciences Archive, 1(2), 022–033. https://doi.org/10.30574/ijbpsa.2021.1.2.0302

Correa de Adjounian, M. F., Adjounian, H., & Adjounian, S. H. (2008). Silenciamiento de genes mediante RNA interferencia: Consideraciones sobre el mecanismo y diseño de los sistemas efectores. Archivos venezolanos de farmacología y terapéutica, 27(1), 22–25. https://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0798-02642008000100006

Dixon, R. A. (2003). Metodo para modificar la composicion de lignina e incrementar la digestigbilidad de forrajes in vivo (Patent No. MX:PA02010432:A). In Patent (MX:PA02010432:A).

El Cuaderno No, L. T. de E. de U. P. T. P. B. E. E. en. (n.d.). Elaboración de una planta transgénica: Técnica de Agrobacterium tumefaciens. Com.Ar. Retrieved August 27, 2024, from https://www.porquebiotecnologia.com.ar/Cuadernos/El_Cuaderno_18_Tecnica_de_Agrobacterium_tumefaciens.pdf

Guo, D., Chen, F., & Dixon, R. A. (2002). Monolignol biosynthesis in microsomal preparations from lignifying stems of alfalfa (Medicago sativa L.). Phytochemistry, 61(6), 657–667. https://doi.org/10.1016/s0031-9422(02)00375-8

Harvxtra – Alfalfas WL – Agvance – Mejores semillas producto de la investigación. (n.d.). Com.ar. Retrieved August 27, 2024, from https://alfalfaswl.com.ar/harvxtra/

RESULTADOS DE LA EXPRESIÓN DEL GEN cp4 EPSPS EN NUEVAS VARIEDADES DE CULTIVOS RoundupReady. (2017, octubre 17). SEMh. https://semh.net/registro/resultados-de-la-expresion-del-gen-cp4-epsps-en-nuevas-variedades-de-cultivos-roundupready/

Vera Bravo, David Napoleón, Mejía Chanaluisa, Kleber Fernando, Pastrán Calles, Félix Reinaldo, & Mendoza Mejía, Jorge Luis. (2021). Determinación de la digestibilidad in vitro en heno de alfalfa (Medicago sativa L.) adicionando enzimas exógenas xilanasas. Revista de Investigación e Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales, 8(3), 77-87. Epub 00 de diciembre de 2021 https://doi.org/10.53287/dbiv4116ea97z

Villalba, Andrea. (2009). Resistencia a herbicidas: Glifosato. Ciencia, docencia y tecnología, (39), 169-186. Recuperado en 27 de agosto de 2024, de http://www.scielo.org.ar/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1851-17162009000200010&lng=es&tlng=es.