La tecnología que esconden las semillas

Las semillas, aunque pequeñas y aparentemente sencillas, ocultan un enorme potencial científico y tecnológico que ha transformado la agricultura desde sus inicios. 

Una semilla es la estructura reproductiva que contiene un embrión y nutrientes necesarios para desarrollar una nueva planta. Está protegida por una cubierta que garantiza su viabilidad hasta encontrar condiciones favorables para germinar. 

Si las condiciones, principalmente de temperatura y humedad, son las adecuadas, una semilla puede ser viable durante miles de años. 

Las semillas son esenciales en la agricultura para cultivar alimentos o producir aceites y textiles, entre otros muchos bienes

Actualmente, detrás de cada semilla comercial hay un proceso biotecnológico complejo en busca de mejorar la adaptabilidad, productividad, calidad del fruto o resistencia a enfermedades en los cultivos. 

En este artículo exploramos algunos conceptos de genética y mejora vegetal y su estrecha relación con las semillas para dar respuesta a desafíos del sector agrícola.

El ADN, la clave

Lo primero que se debe conocer es lo que se denomina 'dogma central de la biología', que, simplificándolo, viene a contar lo siguiente: el ADN es una molécula con secuencias de información (= genes), que es transferida en forma de ARN, que es usado a su vez para elaborar proteínas. 

Estas proteínas controlan directa o indirectamente todas funciones en los organismos y afectan a características como la firmeza o color de un fruto, o que una planta produzca o se adapte mejor, por ejemplo.

¿Qué quiere decir esto? Que un cambio en el ADN que altere la información que contiene puede traducirse en cambios en las proteínas y, consecuentemente, modificar cualquier aspecto de la planta, incluyendo aquellos de interés agrícola. Los cambios en el ADN (= mutaciones) pueden darse por diversos mecanismos naturales o espontáneos, o pueden ser acelerados o dirigidos a zonas de interés. 

El ADN, al ser una molécula tan importante, los organismos han desarrollado mecanismos para protegerla, repararla e incluso generar copias del ADN al completo. 

Este último fenómeno, conocido como poliploidía, tiene especial interés en mejora vegetal y, de hecho, las semillas comerciales de trigo, maíz, col, algodón o patata son poliploides. La poliploidía puede favorecer el tamaño de frutos (fresa), el color de flores (orquídeas) o provocar que un fruto no tenga semillas (sandía), entre otros fenómenos. 

Cambios y cruces

El ADN debe tener capacidad de cambio para que las plantas evolucionen, adapten y especialicen, porque el clima o el ecosistema que las rodea está en constante cambio. 

Estos cambios, naturales y espontáneos, se dan lentamente, y han sido los causantes de que se generen, tras miles de años, la gran diversidad de especies que pueden existir dentro de un mismo género. Un ejemplo de esto son las cucurbitáceas del género Cucurbita (calabazas), donde podemos encontrar especies domesticadas como la C. pepo, C. moschata o C. máxima, entre otras.

No obstante, las personas hemos ideado mecanismos para que estos cambios se aceleren. Existen diversas fórmulas para crear lo que se conocen como organismos modificados genéticamente, ya sea mediante agentes mutagénicos aleatorios, dirigidos o transgénicos. 

En Europa, lo que más se usa a nivel comercial actualmente es una vía más clásica: generar nuevas variedades híbridas mediante cruzamiento.

El cruzamiento de plantas es un proceso en el que se seleccionan dos plantas con características deseadas y se combinan para producir descendencia con rasgos mejorados o nuevos

El cruzamiento de plantas se realiza transfiriendo el polen de la flor masculina de una planta al estigma de la flor femenina de otra. 

Este proceso puede ser natural (polinización por viento, insectos) o controlado (por personas) y tiene como objetivo combinar genes de las plantas parentales para crear variedades con mejores características agrícolas. 

En ocasiones, se utilizan semillas de especies silvestres (no domesticadas) que actualmente se conservan en los bancos de germoplasma.

El cruzamiento puede ser entre miembros de una misma especie (intraespecífico) o diferente (interespecífico) y siempre tendrá unos parentales (P) y una descendencia (F1), de ahí que en numerosas semillas comerciales híbridas veamos en su nombre una 'F1' incorporada. 

Un ejemplo de cruces interespecífico puede ser el triticale, proveniente del cruce de trigo y centeno, o un portainjerto para sandía o melón, proveniente de cruce C. máxima x C. moschata. 

Sin embargo, algunas plantas también pueden autofecundarse (autógamas) y dar una descendencia con ellas mismas, de forma que el material genético no varíe y se conserve. Cuando el proceso de autofecundación se realiza durante varias generaciones, da como resultado una descendencia uniforme que se conoce como línea pura. 

También es posible obtener líneas puras de plantas que no pueden autofecundarse (alógamas), aunque es un proceso más complejo. Las líneas puras se caracterizan porque son homocigóticas, es decir, las copias de los genes son las mismas. Esto permite controlar la descendencia, dado que el cruce entre dos líneas puras siempre va a dar la misma descendencia (heterocigótica), conocida como híbrido. 

La palabra híbrido hace referencia normalmente al cruzamiento de dos líneas puras o muy conservadas. El hecho de que la descendencia sea completamente heterocigótica impide que un agricultor pueda obtener semillas idénticas a las que compró a través de los frutos de su propia producción. Así, los híbridos aseguran a las casas de semillas una dependencia de sus productos para unos mismos resultados.

La selección

Poco a poco, desde los inicios de la agricultura los humanos hemos ido seleccionando plantas silvestres y conservando las semillas de aquellas que mejores características reunían hasta conseguir unas particularidades y genética tan distinta que han llegado a domesticarse, formando nuevas especies. 

Estas especies domesticadas, que son las que se los humanos consumimos, siguen seleccionándose hasta lo que se comercializa como una variedad élite. Esto es, una línea con características superiores en comparación con otras variedades. 

Es posible que nos encontremos en una circunstancia (por ejemplo, aparición de una nueva enfermedad) en la que queramos incluir una única característica a una variedad élite, y esto también se puede hacer mediante cruzamiento. En este proceso, se escogerán las plantas que hayan heredado las características de interés y se volverán a cruzar con la variedad élite, de forma que cada vez se vaya aislando, por selección, esa característica dentro de la variedad élite. 

Una vez se haya heredado (introgesado) únicamente el gen o genes de interés en la variedad élite, esta planta habrá adquirido el carácter de interés manteniendo los estándares de una variedad élite. 

Actualmente, existen numerosas tecnologías de edición genética que pueden aportar mucho en el campo de la mejora vegetal, una especialmente relevante es la del CRISPR. 

Esta tecnología es posible que incluso esté ya en algunas variedades del mercado porque los cambios que produce son muy similares a un cambio natural, pudiendo burlar restricciones y controles relacionados con los organismos modificados genéticamente. 

En cualquier caso, la biotecnología aplicada a las semillas está revolucionado la agricultura moderna y se espera que pueda dar respuesta a cualquier necesidad de un mercado que cada vez demanda soluciones más efectivas y sostenibles.