Fusión somática

La fusión somática , también llamada fusión de protoplastos , es un tipo de modificación genética en plantas mediante la cual dos especies distintas de plantas se fusionan para formar una nueva planta híbrida con las características de ambas, un híbrido somático . ^{[ 1 ]} Se han producido híbridos tanto entre diferentes variedades de la misma especie (por ejemplo, entre plantas de patata sin flores y plantas de patata con flores) como entre dos especies diferentes (por ejemplo, entre el trigo Triticum y el centeno Secale para producir Triticale ).

Entre los usos de la fusión somática se incluye el desarrollo de plantas resistentes a enfermedades, como por ejemplo, la resistencia de las plantas de papa a la enfermedad del enrollamiento de la hoja de la papa . [ ^{2 ] Mediante} la fusión somática, la planta de papa cultivada Solanum tuberosum —cuyo rendimiento se ve gravemente reducido por una enfermedad viral transmitida por el pulgón vector— se fusiona con la papa silvestre Solanum brevidens , que no produce tubérculos y es resistente a la enfermedad. El híbrido resultante posee los cromosomas de ambas plantas y, por lo tanto, es similar a las plantas poliploides . La hibridación somática fue introducida por primera vez por Carlson et al. en Nicotiana glauca . ^{[ 3 ]}

El proceso de fusión somática ocurre en cuatro pasos: ^{[ 4 ]}

1. La eliminación de la pared celular de una célula de cada tipo de planta mediante la enzima celulasa para producir una célula somática llamada protoplasto.
2. Luego, las células se fusionan mediante descargas eléctricas (electrofusión) o tratamiento químico para unirlas y fusionar sus núcleos. El núcleo fusionado resultante se denomina heterocarionte .
3. Posteriormente, se induce la formación de la pared celular mediante el uso de hormonas.
4. A continuación, las células se cultivan hasta formar callos, que luego se desarrollan hasta convertirse en plántulas y, finalmente, en una planta completa, conocida como híbrido somático.

El procedimiento para plantas con semillas descrito anteriormente, la fusión de protoplastos de musgo puede iniciarse sin descarga eléctrica, sino mediante el uso de polietilenglicol (PEG). Además, los protoplastos de musgo no necesitan fitohormonas para la regeneración y no forman callo . ^{[ 5 ]} En cambio, los protoplastos de musgo en regeneración se comportan como esporas de musgo en germinación . ^{[ 6 ]} Cabe destacar que se puede utilizar nitrato de sodio e iones de calcio a pH alto, aunque los resultados varían según el organismo. ^{[ 7 ]}

Las células somáticas de diferentes tipos se pueden fusionar para obtener células híbridas. Las células híbridas son útiles de diversas maneras, por ejemplo:

(i) estudiar el control de la división celular y la expresión génica ,

(ii) investigar transformaciones malignas ,

(iii) para obtener replicación viral ,

(iv) para el mapeo de genes o cromosomas y para

(v) producción de anticuerpos monoclonales mediante la producción de hibridomas (células híbridas entre una célula inmortalizada y un linfocito productor de anticuerpos ), etc.

El mapeo cromosómico mediante hibridación de células somáticas se basa esencialmente en la fusión de células somáticas humanas y de ratón . Generalmente, los fibrocitos o leucocitos humanos se fusionan con líneas celulares continuas de ratón .

Cuando se mezclan células humanas y de ratón (o células de dos especies de mamíferos cualesquiera o de la misma especie), la fusión celular espontánea ocurre a una tasa muy baja (10⁻⁶). La fusión celular se ve potenciada entre 100 y 1000 veces por la adición de virus Sendai (parainfluenza) inactivado por luz ultravioleta o polietilenglicol (PEG).

Estos agentes se adhieren a las membranas plasmáticas de las células y alteran sus propiedades de tal manera que facilitan su fusión. La fusión de dos células produce un heterocarionte, es decir, una célula híbrida con dos núcleos, uno de cada una de las células que se fusionan. Posteriormente, los dos núcleos también se fusionan para dar lugar a una célula híbrida con un solo núcleo.

Un esquema generalizado para la hibridación de células somáticas puede describirse de la siguiente manera: se seleccionan células humanas y de ratón adecuadas y se mezclan en presencia del virus Sendai inactivado o PEG para promover la fusión celular. Después de un tiempo, las células (una mezcla de células humanas, de ratón e híbridas) se siembran en un medio selectivo , por ejemplo, medio HAT , que permite la multiplicación únicamente de las células híbridas.

De este modo, se aíslan varios clones (cada uno derivado de una única célula híbrida) de las células híbridas y se someten a análisis citogenéticos y bioquímicos apropiados para la detección de la enzima , proteína o rasgo en estudio. Ahora se intenta correlacionar la presencia o ausencia del rasgo con la presencia o ausencia de un cromosoma humano en los clones híbridos.

Si existe una correlación perfecta entre la presencia y la ausencia de un cromosoma humano y la de un rasgo en los clones híbridos, se considera que el gen que controla dicho rasgo se encuentra en el cromosoma en cuestión.

El medio HAT es uno de los diversos medios selectivos utilizados para la selección de células híbridas. Este medio se suplementa con hipoxantina , aminopterina y timidina , de ahí su nombre. El antimetabolito aminopterina bloquea la biosíntesis celular de purinas y pirimidinas a partir de azúcares simples y aminoácidos . Sin embargo, las células humanas y de ratón normales aún pueden multiplicarse, ya que pueden utilizar la hipoxantina y la timidina presentes en el medio a través de una vía de recuperación , que normalmente recicla las purinas y pirimidinas producidas por la degradación de los ácidos nucleicos . La hipoxantina se convierte en guanina por la enzima hipoxantina-guanina fosforribosiltransferasa (HGPRT), mientras que la timidina es fosforilada por la timidina quinasa (TK); tanto HGPRT como TK son enzimas de la vía de recuperación. En un medio HAT, solo las células que poseen enzimas HGPRT (HGPRT+) y TK (TK+) activas pueden proliferar, mientras que las deficientes en estas enzimas (HGPRr- y/o TK-) no pueden dividirse (ya que no pueden producir purinas y pirimidinas debido a la aminopterina presente en el medio HAT). Para utilizar el medio HAT como agente selectivo, las células humanas empleadas para la fusión deben ser deficientes en la enzima HGPRT o TK, mientras que las células de ratón deben ser deficientes en la otra enzima de este par. Por lo tanto, se pueden fusionar células humanas deficientes en HGPRT (denominadas TK+ HGPRr-) con células de ratón deficientes en TK (denominadas TK- HGPRT+). Sus productos de fusión (células híbridas) serán TK+ (debido al gen humano ) y HGPRT+ (debido al gen del ratón) y se multiplicarán en el medio HAT, mientras que las células humanas y de ratón no lo harán. Los experimentos con otros medios selectivos pueden planificarse de manera similar.

1. La fusión de células somáticas parece ser el único medio a través del cual dos genomas parentales diferentes pueden recombinarse entre plantas que no pueden reproducirse sexualmente (asexuales o estériles).
2. Los protoplastos de plantas sexualmente estériles ( haploides , triploides y aneuploides ) pueden fusionarse para producir diploides y poliploides fértiles .
3. La fusión de células somáticas supera las barreras de incompatibilidad sexual. En algunos casos, los híbridos somáticos entre dos plantas incompatibles también han encontrado aplicación en la industria o la agricultura .
4. La fusión de células somáticas es útil para el estudio de los genes citoplasmáticos y sus actividades, y esta información puede aplicarse en experimentos de mejora genética de plantas .