Contramedidas para las súper malas hierbas
Uno de los principales métodos de aislamiento físico es el aislamiento a distancia, que es uno de los medios en la producción agrícola para prevenir la polinización de los cultivos con el fin de garantizar la pureza de las semillas. El uso del aislamiento a distancia al liberar cultivos transgénicos puede bloquear hasta cierto punto la deriva de transgenes a través del polen. Se han realizado investigaciones en esta área en algunos cultivos en el extranjero y se han logrado ciertos resultados. En estos estudios, el grado de deriva espacial en la polinización transgénica estuvo determinado por la frecuencia de hibridación entre polen transgénico y cultivos no transgénicos a diferentes distancias y en diferentes direcciones, y disminuyó al aumentar la distancia. Por ejemplo, en el ensayo de liberación de colza transgénica de Scheffler et al., la frecuencia de hibridación a una distancia de 12 m fue de 0,102, mientras que a una distancia de 47 m, sólo 33 de 107 semillas de colza no transgénicas portaban el transgén. McPartlan et al. encontraron que la frecuencia de transmisión del polen de papa transgénica era 0. Es 017 a 10 metros y cercano a cero a 20 metros.
Además del aislamiento a distancia, dependiendo de los cultivos genéticamente modificados específicos, se pueden seleccionar otros métodos, como eliminar las flores de los cultivos genéticamente modificados, eliminar especies que sean compatibles con el cultivo y ajustar el tiempo de siembra. escalonar los cultivos genéticamente modificados y sus especies compatibles y plantar cultivos similares no transgénicos a su alrededor como zona de amortiguamiento. Cabe señalar que el método anterior solo es adecuado para experimentos de liberación de cultivos genéticamente modificados en el campo a pequeña escala, pero para la producción comercial a gran escala, es poco realista e imposible evitar la propagación de cultivos genéticamente modificados a través del polen mediante el aislamiento físico. por lo que se debe considerar las siguientes contramedidas.
Para un mismo cultivo transgénico, las distancias de aislamiento estimadas por diferentes experimentos varían mucho. En el Reino Unido, por ejemplo, la distancia de aislamiento de las patatas genéticamente modificadas se estimó inicialmente en 600 metros, pero ahora es de menos de 50 metros. Además de razones estadísticas, esta aparente diferencia también puede estar relacionada con el tipo y la densidad de la vegetación circundante, el período de floración de otras plantas y las condiciones climáticas. Las investigaciones también muestran que la distancia de aislamiento está estrechamente relacionada con el área de liberación de cultivos genéticamente modificados. En el experimento anterior de Schaeffler et al., el área de liberación de colza transgénica era pequeña, solo 75 metros cuadrados, por lo que la frecuencia de transmisión del transgén a 47 metros fue solo 0,100033; en otro de sus experimentos, el área de liberación se amplió; Para 400 metros cuadrados, la frecuencia de propagación sigue siendo 0,10156 a una distancia de 200 metros, mientras que 0.10156. A una distancia de 400 metros es 0038. Timmons et al. llevaron a cabo un ensayo de liberación a gran escala de colza transgénica (un área de 65.438 00 hectáreas) y midieron que la densidad de polen a 360 m solo disminuyó a 65.438 00 de la densidad de polen en el borde del punto de liberación. . A 1,5 kilómetros todavía se contaban 22 granos de polen por metro cúbico. Regulación de genes transgénicos
Principios
La llamada regulación genética transgénica (TM) se refiere al uso de tecnología de ingeniería genética para controlar las ventajas selectivas de las malas hierbas transgénicas. Este concepto se basa en los siguientes tres requisitos previos:
■La estructura en tándem desempeña el papel de genes estrechamente vinculados en la herencia, y es extremadamente raro que los genes en tándem estén separados entre sí.
■Algunos rasgos son neutrales o beneficiosos para el cultivo, pero perjudiciales para las malas hierbas, los cultivos o las especies silvestres típicas.
■Debido a la intensa competencia entre las malezas y la abundancia de semillas, incluso los rasgos levemente dañinos pueden eliminarse de la población.
En estrategias de regulación de genes transgénicos más complejas, incluso se pueden utilizar genes de MT perjudiciales para el cultivo, pero sólo cuando el cultivo transgénico está sólo parcialmente relacionado con las malas hierbas vecinas y no tiene cromosomas homólogos. En este caso, en el mejor de los casos, puede producirse una rara recombinación homóloga parcial entre ellos. Cuando se utiliza esta estrategia, primero, el cultivo se transforma con un gen TM dañino pero no letal, lo que da como resultado plantas que no tienen valor agronómico. Luego, se utiliza otro gen represor específico del dañino gen TM para transformar aún más el cultivo de modo que la descendencia pueda desempeñarse normalmente. El gen TM y su represor deben estar ubicados en cromosomas diferentes.
De esta manera, es poco probable que las malezas que adquieren un gen TM junto con el transgén principal a través de una recombinación homóloga parcial adquieran un gen represor al mismo tiempo y, por lo tanto, el rasgo TM que de otro modo estaría suprimido podrá mostrar sus efectos nocivos. Esta estrategia es útil para cultivos como el trigo hexaploide y la colza.
Así, si genes TM (TM1, TM2) que son neutros o beneficiosos para el cultivo pero perjudiciales para las malas hierbas flanquean un transgén (como un gen de resistencia a herbicidas) en una construcción en tándem, este transgén produce la descendencia. Al fertilizar el polen con malezas relacionadas, se modificarán genéticamente, es decir, serán resistentes a los herbicidas, pero los genes de MT adquiridos al mismo tiempo tendrán un efecto general nocivo, lo que les dificultará convertirse en "supermalezas". Incluso si uno de los dos genes de MT desaparece en la descendencia híbrida, el restante seguirá desempeñando un papel regulador. Cabe señalar que si el cultivo ya tiene un rasgo de MT, se debe usar otro gen de MT diferente que controle el rasgo para evitar que se produzca * * * co-supresión.
Rasgos que se pueden usar para el control genético transgénico
Teóricamente, hay muchos rasgos que se pueden usar para el control genético transgénico, pero no todos los rasgos potenciales de MT se pueden usar ahora, porque Sólo algunos de estos rasgos han sido mapeados en cromosomas o identificados mediante secuenciación genética, mientras que otros solo se cree que son hereditarios. A medida que se siga profundizando la comprensión de la importancia de la tecnología de regulación de genes transgénicos, es posible que en el futuro se fortalezca el aislamiento y la secuenciación de genes de MT. Actualmente, hay muy pocos genes de MT disponibles y una solución de transición es seleccionar transformantes que inserten transgenes en sitios estrechamente vinculados a rasgos de MT. Cuanto más cercana es la distancia de vinculación, menos probable es que el rasgo transgénico y el rasgo de la MT se segreguen entre sí. El transgén puede ubicarse cerca del gen TM nativo cuando es posible insertar el gen en un sitio cromosómico específico.
Segunda latencia
Las semillas de malezas a menudo exhiben una latencia secundaria. Las semillas producidas por un crecimiento pueden germinar en la siguiente temporada y en los años siguientes, lo que no solo facilita su propagación y reduce las pérdidas de otras similares. competencia y evitar que un solo tratamiento controle todas las malezas. Por lo tanto, la eliminación transgénica de la latencia secundaria es neutra para los cultivos pero perjudicial para las malas hierbas. Hay muchas razones para la latencia secundaria, como la impermeabilidad de la cubierta de la semilla y la presencia de factores inhibidores en las semillas. Hasta ahora, ha habido muchos informes sobre la herencia de este rasgo, pero no está claro qué genes lo controlan realmente. Arabidopsis thaliana es la fuente de genes vegetales más utilizada. Las cepas de la planta cultivadas en laboratorio ya no tienen una latencia secundaria fuerte, y un mutante de Arabidopsis insensible a la hormona de la senescencia, el ácido abscísico, no tiene ninguna latencia secundaria. Utilizando las diferencias genéticas entre las cepas silvestres de Arabidopsis y las cepas de laboratorio utilizadas actualmente, podemos encontrar genes que eliminen la latencia secundaria. Además, se ha demostrado que la endo-β-mananasa participa en el ablandamiento de la pared celular durante la germinación de las semillas. Estos genes pueden superar la latencia secundaria de las malas hierbas y promover la germinación de las semillas de los cultivos.
Granularidad
Cuando las semillas de malezas maduran, la mayoría cae al suelo, de modo que las semillas de malezas en el suelo se reponen constantemente y algunas semillas se cosechan junto con el cultivo. semillas y seguir los cultivos. Distribuir mediante transporte de semillas. Por otro lado, en el mejoramiento de cultivos siempre se han seleccionado variedades que no arrojan semillas, porque la pérdida de semillas de los cultivos hará que los cultivos se conviertan en malezas voluntarias en la siguiente cosecha. Por lo tanto, los genes de resistencia a la abscisión son perjudiciales para las malas hierbas pero neutrales o beneficiosos para cultivos como el arroz y la colza. Los resultados indican que la abscisión está controlada por cambios en el equilibrio hormonal en la zona de abscisión y que la sobreproducción de citoquininas puede retrasar la abscisión. Como ocurre con la latencia secundaria, actualmente no hay secuenciados genes de resistencia a caídas.
Enano
El enano es un rasgo ideal en cultivos alimentarios. Mejora el índice de cosecha, mejora la tolerancia a los fertilizantes y la resistencia al acame, aumentando así considerablemente el rendimiento por unidad de superficie. Totalmente probado en el mejoramiento y promoción de variedades enanas de arroz y trigo. El enanismo no beneficia a las malezas porque ya no pueden competir con el cultivo por la luz solar. Se sabe que muchos genes controlan la altura de las plantas, algunos de los cuales están estrechamente relacionados con la biosíntesis de giberelinas. La inhibición de la biosíntesis de giberelinas puede reducir la altura de las plantas, y los agentes químicos que enanizan el trigo pueden lograr el propósito de empequeñecer de esta manera.
En la actualidad, se han identificado las enzimas y sus genes que controlan todos los pasos de la biosíntesis de giberelina, y algunas enzimas son responsables de todas las etapas iniciales de la biosíntesis de giberelina. Las mutaciones en estos genes en Arabidopsis producen plantas enanas cuyo enanismo puede revertirse mediante el tratamiento con giberelina. Algunos procesos, como el atornillado, están controlados por giberelinas específicas. Por ejemplo, en rábano los que funcionan son GA1 y GA4. La monooxigenasa y la dioxigenasa son responsables del siguiente paso en la biosíntesis de giberelina y se han aislado algunos de sus genes codificantes.
En muchas especies, los brasinoesteroides favorecen el alargamiento del tallo. La deficiencia o sobreexpresión de ciertas enzimas en la biosíntesis de estas hormonas también puede provocar el enanismo de las plantas. El enanismo de las plantas no sólo está relacionado con la biosíntesis hormonal sino también con la respuesta de evitación de la sombra. La llamada respuesta de evitación de la sombra se refiere a la interacción de varias formas de fitocromos en las células, lo que provoca el alargamiento del tallo después de sentir que la planta está bajo sombra. En el tabaco, se utilizan técnicas de ingeniería genética para producir plantas con una producción excesiva de fitocromos que no se alargan después de la sombra. Sin embargo, existen grandes diferencias entre monocotiledóneas y dicotiledóneas, y los genes antisentido de fitocromo utilizados en el tabaco no son activos en las gramíneas.
Otros caracteres
Hay varias otras características que se pueden utilizar para prevenir la propagación de transgenes a malezas o especies relacionadas.
Se trata de un gen que elimina la característica del tegumento duro. Las semillas de malezas con esta cubierta dura generalmente se pueden propagar a través del tracto digestivo de los animales sin causar daños.
El segundo es un gen que promueve la distribución de nutrientes a las raíces, lo que es beneficioso para los cultivos de raíces, como la remolacha azucarera, pero perjudicial para cultivos relacionados, como la remolacha azucarera silvestre anual.
El tercero es un gen que previene la floración, que es útil en zanahorias, apio, repollo, lechuga, remolacha y cultivos similares, pero muy dañino para las malezas relacionadas.
El cuarto es un gen de resistencia a la floración que previene la propagación de transgenes de las patatas a sus parientes silvestres andinos y corta la producción de patatas espontáneas a partir de semillas sexuales.
El equilibrio entre rasgos transgénicos y rasgos transgénicos
La adquisición de algunos rasgos transgénicos confiere a las malas hierbas algunas ventajas. Debido a que las malezas a menudo pueden producir miles de semillas, y la competencia entre malezas y entre malezas y cultivos es feroz, los transgenes que flotan en las malezas permanecerán dentro de la población incluso si son ligeramente beneficiosos, proliferan y se propagan rápidamente. Cuando las desventajas de los rasgos de la MT se utilizan para compensar las ventajas de los rasgos transgénicos, se debe considerar el equilibrio entre ellos. Si el transgén proporciona una gran ventaja a la maleza, puede ser necesario tener más de un rasgo de MT en la construcción. De hecho, el período residual de muchos herbicidas es muy corto. Cuando el efecto del herbicida desaparece o no se aplica, la ventaja de las malezas genéticamente modificadas resistentes a los herbicidas ya no existe (suponiendo que la ventaja producida por la expresión transgénica sea única). en lugar de múltiples). Del mismo modo, si bien algunas plagas y patógenos persisten, muchos solo emergen en grandes cantidades a niveles dañinos durante ciertas estaciones, y algunos incluso ocurren solo cada pocos años cuando las condiciones climáticas son óptimas para las epidemias. En el caso anterior, la ventaja de la maleza transgénica es temporal y la presencia del rasgo de MT dará como resultado una disminución neta en la idoneidad de la maleza.
Algunos transgenes de los que no se espera que tengan ningún beneficio pueden tenerlo cuando se esparcen sobre las malas hierbas. Por ejemplo, las plantas transgénicas con lípidos alterados a veces tienen una mejor adaptabilidad a ciertos ambientes; las plantas con almidones alterados pueden ser menos apetecibles para los insectos o menos digeribles para los hongos y, por lo tanto, ser beneficiosas. Ante esto, lo mejor es liberar cultivos transgénicos que puedan beneficiar continuamente a las malezas para prevenir el desarrollo de "supermalezas"
Riesgos de la regulación genética de las plantas transgénicas
Adoptar genética transgénica control Después de la estrategia, ¿no volverán a aparecer las "supermalezas"? La respuesta es no, en primer lugar, porque la propia tecnología de regulación de genes transgénicos tiene ciertos riesgos. Estos riesgos provienen de la separación de los rasgos de la MT de los transgénicos y de la inactivación mutacional de los rasgos de la MT. Pero, de hecho, la frecuencia de mutación o cruce de rasgos estrechamente relacionados es extremadamente baja, oscilando entre 10 (-5) y 10 (-7).
Si esta frecuencia todavía se considera un riesgo inaceptable, entonces se podrían utilizar dos genes de MT que flanquean al transgén, con una frecuencia de pérdida inferior a 10 (-12). En cultivos donde se pueden implementar estrategias de regulación de genes transgénicos y esta última estrategia, combinarlas puede reducir aún más el riesgo de perder rasgos de MT. Si la estructura en tándem está situada en un cromosoma no homólogo, sólo una rara recombinación homóloga parcial puede desplazarla. La rara aparición de recombinación homóloga parcial y la rara pérdida de rasgos vinculados hacen que sea poco probable que se produzcan "súper malezas". Por otro lado, las malezas relacionadas también pueden adquirir rasgos transgénicos a través de la evolución natural. La resistencia a herbicidas que inhiben la acetolactato sintasa (ALS) es un ejemplo típico. Esta resistencia se ha introducido en los girasoles, pero los transformantes no se han liberado debido a preocupaciones sobre la transferencia de genes a los girasoles silvestres. Sin embargo, recientemente se han descubierto girasoles silvestres resistentes a este herbicida en campos de monocultivo de maíz. Por lo tanto, para la regulación de los genes de OGM, las autoridades reguladoras deberían centrarse en qué tan bajo se puede reducir el riesgo de "supermalezas" a través de esta estrategia, en lugar de evitarlo por completo. Utilización del mecanismo de esterilidad masculina y apomixis
Dado que la deriva genética se logra principalmente mediante la transmisión de polen y la fertilización, la liberación de variedades androestériles es un método directo y eficaz para prevenir el escape de transgenes, especialmente adecuado para un tipo de cultivo que puede se reproducen tanto sexual como asexualmente (como las patatas). Si bien este método no es infalible, si se dejan en el suelo semillas híbridas formadas por un cultivo transgénico que se utiliza como receptor de polen para sus parientes silvestres, la planta transgénica escapará mediante retrocruzamiento con el progenitor, pero la liberación de este cultivo genéticamente modificado puede reducir en gran medida sus riesgos ecológicos.
La apomixis es un método de reproducción especial en el reino vegetal que puede producir semillas de forma extensiva sin una fertilización normal. Hasta ahora, este fenómeno se ha encontrado en más de 370 especies de plantas de 37 familias, incluida la familia Poaceae. La utilización de apomixis se está convirtiendo en una nueva área comercial, un aspecto importante de la cual es su uso para fijar el vigor híbrido. Mi país ha investigado mucho sobre el uso del mecanismo de apomixis para fijar el vigor híbrido en el arroz. En la apomixis, las semillas en realidad provienen de cuerpos vegetativos. Por lo tanto, si un cultivo transgénico con rasgos apomícticos carece de polen viable o compatible, no habrá escape del transgén.
Opción 4
El transgén se encuentra en un genoma que es incompatible con la maleza local
El trigo y la colza tienen múltiples genomas, a menudo de diferentes especies silvestres. Sólo uno de los genomas tiene afinidad por el genoma de la maleza relacionada, por lo que el gen puede transferirse a la maleza. Por ejemplo, el genoma D del trigo está relacionado con el genoma D de Trichosanthes japonicus, una maleza problemática en los Estados Unidos.
Por tanto, los OGM pueden propagarse del trigo a las malas hierbas. Del mismo modo, los transgenes pueden derivar fácilmente del genoma B de la colza a muchas malezas de Brassica y especies silvestres. En cruces interespecíficos con estas malezas, los transgenes del genoma A o B del trigo o del genoma C de la colza deben integrarse naturalmente en una progenie estable y fértil a través de una rara recombinación homóloga parcial. La tecnología de mapeo citogenético se utiliza para localizar transgenes. Sobre esta base, solo se pueden liberar aquellas líneas transgénicas cuyos transgenes estén ubicados en genomas que sean incompatibles con las malezas locales. Esto puede reducir el riesgo de que los rasgos transgénicos se propaguen en las malezas. Ubicación de los transgenes en cloroplastos o genomas mitocondriales
La mayor parte de la información genética de los organismos superiores está contenida en el núcleo, existiendo una pequeña parte en orgánulos como los cloroplastos y las mitocondrias. Los rasgos controlados por el cloroplasto y los genomas mitocondriales se heredan predominantemente del citoplasma. Con el desarrollo de la biotecnología moderna, ha sido posible introducir ciertos rasgos en el cloroplasto o genoma mitocondrial. En estas especies, cuyos genomas se heredan enteramente por vía materna, los transgenes generalmente no pasan a otras especies a través de la transmisión espacial del polen. Esta investigación ya se ha realizado en tabaco con éxito inicial. Se ha introducido un gen de glifosato resistente a herbicidas en los plastidios del cultivo.