Acelerar la evolución: la historia del fitomejoramiento con técnicas nucleares

Como lo define el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), "el fitomejoramiento por inducción de mutaciones es un método en el que se aceleran mutaciones genéticas, que de otro modo podrían haber ocurrido mucho más lentamente en las plantas. En la naturaleza, las “mutaciones” son la fuente de la mayoría de la diversidad genética y el motor de la evolución. Suelen tomar generaciones y suponen alteraciones en el ADN. Si se acelera este proceso por medio de métodos biológicos, químicos o físicos, como el uso de la radiación (denominado “irradiación”), se pueden seleccionar variedades de plantas con características, útiles en ámbitos como la agricultura: mayor rendimiento, tiempos de cultivo más cortos o resistencia a enfermedades, plagas y a los efectos del cambio climático, como los fenómenos meteorológicos extremos".

La historia del fitomejoramiento inicia cuando los humanos domestican el cultivo. Con la simple observación, los agricultores seleccionaban las mejores especies, los mejores granos, frutos o plantas que cosechaban y las volvían a sembrar.

Los asirios y babilónicos (700 años a. de C.) polinizaban artificialmente palmas datileras. Por su parte, los indígenas americanos realizaron un excelente mejoramiento del maíz.[i]

Thomas Andrew Knight (1759-1835) fue el primero en utilizar la hibridación con fines prácticos en hortalizas.

En 1866 Gregor Mendel, un monje científico, realizó cruzamientos entre diferentes clases de arvejas o chícharos, estableciendo así los principios básicos de la herencia.

En 1868, Darwin postuló el origen de las especies por medio de la selección natural, efectos de la hibridación y autofecundación en el reino vegetal.

En 1890, Hjalmar Nilsson estableció que solamente los progenitores de plantas individuales eran uniformes y que la planta completa constituía la base correcta para la selección y no una espiga o una sola semilla.

En 1904-1920 inició la formación de líneas (autofecundación).

En 1911 Wilhelm Johannsen acuñó las palabras genotipo (suma de las propiedades heredadas por los padres) y fenotipo (modificado por condiciones ambientales).

Hoy en día, el fitomejoramiento es considerado la tecnología de la agricultura, en virtud de la demanda, el cambio climático, la protección de los ecosistemas y, sobre todo, la seguridad alimentaria a la humanidad. Ha sido motivo de investigaciones para obtener más con menos, sin perder de vista la calidad en la producción agrícola.

El inicio del uso de irradiación gamma

Hacia los primeros años de la década de los años 40 se empiezan a utilizar radiaciones para inducir mutaciones en semillas y obtener características específicas deseadas.

Desafortunadamente, la energía nuclear después de la segunda guerra mundial tuvo una reputación aterradora, sin embargo, para algunos científicos el debate por usar la radiación de forma positiva y en beneficio para la sociedad estaba a la vanguardia.

Si bien es cierto que las mutaciones ocurren de forma natural y aleatoria en cada célula viva, lo que pretendían los investigadores del átomo era aumentar esa tasa de mutación. "Lo vieron como acelerar la evolución y esperaban crear cultivos que pudieran soportar las duras condiciones de crecimiento o ser más resistentes a las enfermedades. Pensaron que su trabajo podría, incluso, terminar con el hambre global y convertir al mundo en ‘un sonriente Jardín del Edén’”[ii]

La pionera

Por ese tiempo, surgió una de las pioneras en el fitomejoramiento y destacada científica, Muriel Howorth, quien a través de sus investigaciones y actividades se encargó de fundar, dirigir y presidir varias organizaciones que trabajaron en la divulgación de la energía nuclear como una fuente que brindaba beneficios y desarrollo a la humanidad.

Su primera “Asociación de Energía Atómica” se convirtió en el “Club de Energía Atómica de Damas”, que se transformó en el Instituto de Información Atómica para el Layman y, en última instancia, en el Instituto de Información Atómica. De sus experimentos caseros (cocinó y consumió patatas y cebollas que se habían conservado durante tres años, mediante irradiación gamma. Llevó una patata irradiada en el bolsillo durante semanas y plantó cacahuates germinados, que más tarde dio a probar en una de aquellas reuniones científicas).[iii]

Jardines gamma

Hacia los años 50 se realizó un experimento llamado jardines gamma y consistía en lo siguiente:

Los jardines de rayos gamma se organizaban en forma circular en torno a una fuente de radiación retráctil en su centro (normalmente Cobalto-60). Las plantas se solían disponer en sectores, como si fueran trozos de pizza, desde el centro hacia el perímetro; esto hacía que los ejemplares más cercanos al centro recibieran una mayor cantidad de radiación que los más externos. Las plantas del centro acababan muriendo, mientras que las siguientes filas solían sufrir tumores y otras anormalidades de crecimiento. A continuación, venían las plantas verdaderamente interesantes, con una cantidad de mutaciones mayor de lo normal, pero sin tantos daños como las más cercanas al centro.[iv]

Allí fue donde se descubrió el beneficio real de la mutagénesis, pues los rayos gamma aplicados en la dosis precisa, y previa investigación, modifican las cadenas de ADN de las plantas, lo que propicia que sean más resistentes, se adapten a tierras poco fértiles, que repelan las plagas o hasta que tengan mejor sabor, entre otras cualidades.

Para los años 60 Norman Burlaung, ingeniero forestal estadounidense, considerado el “padre de la agricultura moderna y de la revolución verde”, introdujo las semillas híbridas a la producción agrícola en México, Pakistán e India.

En 1961, tras una reunión del Subcomité de Investigaciones Agronómicas de la Comisión Europea de Agricultura de la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO), se integró la aplicación de las radiaciones y los isótopos radiactivos en la investigación agrícola.

Por su parte, el Instituto Nacional de Investigaciones Agronómicas ponía en marcha un “jardín atómico” en sus parcelas de ensayo, ubicadas en El Encín, a la salida de la localidad madrileña de Alcalá de Henares.

En 1964, la FAO y la Agencia Internacional de Energía Atómica (OIEA), acordaron fusionar sus proyectos de mejoramiento por mutación, convirtiéndose en el principal patrocinador mundial de la mutagénesis.

A principios de los años 70 se configuró el cultivo celular tisular, que permitía la regeneración de plantas a partir de células individuales.

Por lo que respecta a México, en 1964 se iniciaron los primeros trabajos en la entonces Comisión Nacional de Energía Nuclear (CNEN), institución antecesora del ININ, en la rama de Radiogenética vegetal. Y en 1974 se introdujo la investigación específica en el fitomejoramiento con mutagénesis. A la fecha ha registrado, oficialmente, 10 variedades obtenidas por mutagénesis, de soya, trigo, arroz y flor de nochebuena.

Para 1980 la investigación y estudio de la función biológica del genoma de la planta, además de la práctica de métodos ya habían permitido un desarrollo más preciso y rápido de las variedades de cultivo, a través de la mutagénesis.

En la década de los 90 utilizaron marcadores moleculares, vinculadas a un gen que influía en los rasgos genéticos deseados.

En la actualidad el fitomejoramiento con técnicas nucleares sigue siendo un área activa, todas las investigaciones se realizan en favor de la alimentación humana, con la finalidad de producir más y mejores alimentos, sin afectar al planeta, pues se considera que solo (1/32)[v] de la tierra es cultivable.

Además, se ha fortalecido la producción mundial de alimentos y se han atendido las necesidades de los agricultores, en especial en los países en desarrollo y las regiones que están más expuestas a los efectos del cambio climático. 

 

Con investigación de: María Salomé Huerta González y Elizabeth López Barragán, del Centro de Documentación y Divulgación Científica del ININ.

Referencias: