I. DATOS DE LA ASIGNATURA
Nombre de la asignatura:
Carrera:
Clave de la asignatura:
Horas teoría-horas práctica-créditos:
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Biotecnología Vegetal
Ingeniería en Agronomía
FIE-1104
1-2-4
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II. OBJETIVO DE LA MATERIA
El estudiante adquirirá los conocimientos, proyectará sus alcances y conocerá las limitaciones en la aplicación de técnicas biotecnológicas, en la propagación vegetal, diagnostico y mejoramiento de la producción agrícola.
III. CONTENIDO TEMÁTICO
Unidad
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Temas
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Subtemas
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1
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Introducción
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1.1. Generalidades
1.1.1. Reseña histórica de la biotecnología
1.1.2. Biotecnología de primera segunda y tercera generación
1.1.3. Importancia: Económica, Ecológica y Agronómica.
1.2. Terminología general de la biotecnología
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2
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Cultivo de Tejidos Vegetales
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2.1 Medios de cultivo
2. 1. 1. Áreas del laboratorio de cultivo de tejidos.
2. 1. 2. Material y equipo de laboratorio
2. 1. 3. generalidades de los medios de cultivo
2. 1. 4. Componente del medio de cultivo
2. 1. 5. Preparación y manejo de soluciones stock.
2. 1. 6. Preparación de los medios de cultivo.
2. 2. Esterilización
2. 2.1. Tipos de esterilización
2.2.2. Factores que intervienen en el proceso de esterilización.
2.3. Establecimiento El Cultivo De Tejidos
2.3.1. Etapas del cultivo de tejidos
2.3.2. Selección de plantas madres
2.3.3. Explante
2.3.4. Siembra del explante
2.3.5. Condiciones de incubación
2.3.6. Cambios fisiológicos del explante
2.3.7. Trasplante al sustrato
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3
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Técnicas In Vitro en el Cultivo de Tejidos Vegetales
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3.1. Generalidades
3.2. Micropropagación
3.3. Plantas libres de patógenos
3.4. Técnicas in Vitro aplicadas al fitomejoramiento
3.4.1. Producción de haploides: cultivo de anteras y óvulos
3.4.2. Variación somaclonal
3.4.3. Fusión de protoplastos
3.4.4. Aplicación agrobiológica
3.5 Conservación In Vitro
3.5.1. Aspectos importantes en la conservación in Vitro
3.5.1.1. Regeneración
3.5.1.2. Variabilidad
3.5.1.3. Estabilidad genética
3.5.1.4. Estrategias
3.5.2. Métodos de conservación
3.5.2.1. Factores que limitan el crecimiento
3.5.2.2. Supresión del crecimiento
3.5.2.3. Cryoconservacion del germoplasma
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4
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DNA Recombinante
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4.1. Transformación de organismos
4.2. Corte y unión de moléculas de ADN
4.2.1. Enzimas de corte
4.2.2. Enzimas de unión
4.2.3. Clonación de genes
4.2.4. Vectores de clonación
4.2.5. Tecnología de ADN Recombinante en la agricultura
4.2.5.1. Plantas transgénicas
4.2.5.2. Animales transgénicos
4.3.Legislación
4.4. Bioética y revolución biotecnológica
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5
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Técnicas de diagnostico molecular biotecnológico
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5.1. Técnicas basadas en PCR y/o electroforesis
5.2. Southern
5.3. Northern
5.4. Marcadores moleculares
AFLP
RAPD
MICROSATELITES
SECUENCIAS MITOCONDRIALES
SECUENCIAS RIBOSOMALES
Otros
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I. DESARROLLO TEMÁTICO
UNIDAD I.- INTRODUCCIÓN
<!-- 1.1. Generalidades
Según el Convenio sobre Diversidad Biológica de 1992, la biotecnología podría definirse como "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".
Se llama Biotecnología vegetal a cualquier técnica que utilice organismos vivos o parte de ellos, para modificar, o para mejorar plantas, para usos específicos. En resumen la Biotecnología es un método de mejora vegetal basado en el conocimiento de la función génica.
<!- 1.1.1. Reseña histórica de la biotecnología
Desde hace miles de años, la humanidad ha venido realizando biotecnología de un modo empírico, que recién en la época moderna adquiere una base científica.
• Domesticación de plantas y animales desde el Neolítico (7000 – 3000 a.C.)
• Los egipcios fabricaban pan a partir del trigo hacia el 4000 a.C.
• En Sumeria y Babilonia (6000 años a.C.) elaboraban cerveza.
• Según la Biblia, Noé "sufrió" (o disfrutó) accidentalmente los efectos de la fermentación espontánea del mosto de la uva.
• Los incas (1200-1535) podían conservar sus papas mediante la liofilización (chuño) y su carne mediante el salado o charque, así mantuvieron unos 10-30 millones de habitantes perfectamente vestidos y alimentados).
• Otros procesos biotecnológicos conocidos de modo empírico desde la antigüedad: cultivo de champiñones, fabricación de queso, alimentos y bebidas fermentadas no alcohólicas (salsa de soja, yogur, etc.), tratamiento de aguas residuales.
• Con la moderna biología (siglo XIX), la base de muchos procesos se empezó a conocer: en el siglo XVIII se acepta que la materia viva puede ser estudiada como la materia inanimada (método experimental), se inicia el lento declive de las ideas vitalistas (creencias erróneas de que "la vida depende de un principio vital irreducible a otras ramas de la ciencia").
Algunos hitos científicos fundantes de la biotecnología contemporánea:
• Van Leeuwenhoek y Hooke (siglo XVII) describen los "animálculos" que están fuera del alcance del ojo (microscopio), se tarda aún un par de siglos en captar la importancia de estas minúsculas criaturas
• Finales del siglo XIX, la "edad de oro de la bacteriología" las mejoras en microscópia, y la aplicación de técnicas asépticas, la esterilización y la pasteurización, permitió no sólo obtener alimentos con baja o nula presencia microbiana, sino la posibilidad de cultivar cada cepa microbiana sin mezclas con otras: cultivos puros en medios de cultivo de laboratorio.
• Comienzos del siglo XX: se establecen las bases enzimáticas y metabólicas de la fisología celular y por lo tanto de muchos procesos de fermentación.
Se desarrollan procedimientos industriales (bioreactores) para producir enzimas (invertasa, proteasas, amilasas, etc.). Más adelante, años 70, estos procesos mejoran mediante la inmovilización de células y enzimas en soportes, y con la fermentación continua para obtener proteína de células sencillas (biomasa microbiana).
• El descubrimiento de la estructura helicoidal del ADN por Cricky Watson en 1953.
• Las décadas siguientes fueron de eclosión de producción de antibióticos así como de transformaciones de esteroides y de cultivo de células animales para la producción de vacunas antivirales. En los años 60 - 70 se mejoran los procesos de obtención de pequeños metabolitos como nucleósidos, aminoácidos y vitaminas. Incluso ciertos polímeros microbianos (xantanos y dextranos) se obtuvieron industrialmente, con aplicaciones en el campo de la alimentación (como aditivos).
• Avanzado el siglo XX, las posibilidades para actuar sobre la selección genética eran limitadas: cruces entre plantas y animales de la misma especie (o de especies similares), selección de los individuos con rasgos deseados, retrocruzamientos (un proceso largo y lento), mutaciones con agentes físicos (rayos UV, rayos X) o químicos, con ulterior búsqueda (selección o rastreo -screening) de alguna variante de interés (algo tedioso y frecuentemente infructuoso), etc.
• Recién en la década de los 70 se consolida un conjunto de técnicas de laboratorio revolucionarias que por primera vez permiten "manipular" de modo racional el núcleo informativo vital. Son técnicas y herramientas con las que se puede modificar el ADN de acuerdo a diseños previos y objetivos concretos (de ahí el nombre popular de Ingeniería Genética).
<!- 1.1.2. Biotecnología de primera segunda y tercera generación
La evolución de la biotecnología está estrechamente ligada con el desarrollo industrial en el mundo occidental. Desde tiempos remotos existen los procesos artesanales, basados en el empleo de agentes biológicos para la elaboración de vinos, cerveza, queso, vinagre y pan entre otros.
La tecnología DNA recombinante, que consiste en una molécula de ADN artificial formada de manera deliberada in vitro por la unión de secuencias de ADN y que proviene de dos organismos de especies diferentes que normalmente no se encuentran juntos.
1.1.3. Importancia: Económica, Ecológica y Agronómica.
Ventajas de la biotecnología
<Mejora de las características agronómicas y de la productividad.
<Mejora de la calidad alimentaria.
<Mejora de otros caracteres.
<Plantas como biorreactores.
<Plantas con potencial descontaminador del medio ambiente (fitorremediación).
La biotecnología se aplica actualmente en sectores tan diversos como la Salud Animal y humana, Agroalimentación, Suministros industriales, Producción de energía y Protección del medio ambiente.
Dentro de los suministros industriales, el desarrollo de las técnicas de fermentación, la utilización y diseño de nuevos biorreactores, conjuntamente con las técnicas de ingeniería genética, han permitido la obtención de productos de gran interés económico para la industria alimentaria, química y farmaceútica, cuya preparación por síntesis química es más costoso y menos limpia desde el punto de vista mediombiental.
En el campo de la agricultura las aplicaciones de la biotecnología son innumerables. Algunas de las más importantes son:
Resistencia a herbicidas.
Resistencia a plagas y enfermedades.
Mejora de las propiedades nutritivas y organolépticas.
Resistencia a estrés abiótico.
Otras aplicaciones.
En el campo de la horticultura se han obtenido variedades coloreadas imposibles de obtener por cruzamiento o hibridación, como el caso de la rosa de color azul a partir de un gen de petunia y que es el responsable de la síntesis de delfinidinas (pigmento responsable del color azul).
También se ha conseguido mejorar la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias fijadoras que viven en simbiosis con las leguminosas.
En colza y tabaco, se ha logrado obtener plantas androestériles gracias a la introducción de un gen quimérico compuesto por dos partes: una que sólo se expresa en el tejido de la antera que rodea los granos de polen y otra que codifica la síntesis de una enzima que destruye el ARN en las células de dicho tejido.
En la industria auxiliar a la agricultura destaca la producción de plásticos biodegradables procedentes de plantas en las que se les ha introducido genes codificadores del poli-b-hidroxibutirato, una sal derivada del butírico.
Producción de plantas transgénicas productoras de vacunas, como tétanos, malaria en plantas de banana, lechuga, mango, etc.
1.2. Terminología general de la biotecnología
Hoy día, la tecnología recombinatoria del ADN ha alcanzado una etapa en que los científicos pueden tomar ADN que contenga genes específicos de casi cualquier organismo, incluyendo plantas, animales, bacterias o virus, e introducirlo en un cultivo específico. La aplicación de esta tecnología frecuentemente se denomina ingeniería genética. Un organismo que ha sido modificado, o transformado, utilizando las modernas técnicas de intercambio genético es llamado comúnmente un organismo genéticamente modificado.
Algunas definiciones útiles de la biotecnología y sus componentes técnicos:
Todas las características de un determinado organismo están codificadas en su material genético, que consiste de las moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN) que existen en cada célula del organismo.
Los organismos superiores contienen una serie específica de moléculas lineares de ADN llamadas cromosomas y el total de cromosomas en un organismo es su genoma.
La mayoría de organismos tienen dos juegos de genomas, uno de cada padre. Cada genoma se divide en una serie de unidades funcionales, llamadas genes, y hay de 20 a 25 mil genes en plantas tales como el maíz o la soya. El conjunto de características de cada organismo (fenotipo) depende de los genes presentes en su genoma (genotipo).
Los siguientes son los componentes clave de la moderna biotecnología:
Genómica: la caracterización molecular de todos los genes y productos de gene de una especie.
Bioinformática: el conjunto de datos obtenidos del análisis genómico, en forma accesible y útil.
Transformación: la introducción de genes individuales que pueden producir características útiles en plantas, ganado, peces y árboles.
Producción molecular: la identificación y evaluación de características útiles mediante la selección ayudada por marcadores de plantas, árboles, animales y peces.
Diagnóstico: la identificación más precisa y rápida de patógenos, mediante el uso de nuevas técnicas de diagnóstico, basadas en la caracterización molecular de los patógenos.
Tecnología de vacunas: basada en el uso de la moderna inmunología, para desarrollar vacunas basadas en el ADN recombinatorio, logrando un mejor control de enfermedades fatales.
Fuentes consultadas
http://ftp.fao.org/docrep/fao/004/y2775s/y2775s01.pdf
http://www.publicaciones.ujat.mx/publicaciones/kuxulkab/k14/biotecnologia.pdf
http://www.publicaciones.ujat.mx/publicaciones/kuxulkab/k14/biotecnologia.pdf
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