Pensándolo bien...
La revolución de los marcadores de ADN ha transformado significativamente la mejora de la producción vegetal y animal, permitiendo avances que eran inimaginables hace unas décadas. en la producción vegetal ha permitido la identificación precisa de genes de interés, porque los marcadores de ADN permiten identificar genes asociados con características agronómicas importantes, como la resistencia a plagas y enfermedades (p.e., genes para resistencia a la roya del trigo o el mildiú en el maíz); la tolerancia a condiciones abióticas extremas, como sequías, salinidad o temperaturas elevadas y las mejoras en calidad nutricional, como el enriquecimiento de arroz con vitamina A (arroz dorado). La selección asistida por marcadores (MAS, por sus siglas en inglés), es una técnica que utiliza marcadores genéticos para seleccionar plantas con características deseadas, acelerando los programas de mejoramiento. Ejemplo: el desarrollo de variedades de arroz resistentes a inundaciones (gen Sub1) o la identificación de cultivos con mejor eficiencia en el uso del nitrógeno, ayudando a reducir el impacto ambiental. En la agricultura de precisión los marcadores permiten el mapeo genético, esencial para comprender la arquitectura genética de caracteres complejos y ha potenciado el desarrollo de variedades híbridas más productivas y adaptadas a condiciones locales específicas. Por otro lado, la caracterización genética de especies y variedades locales asegura la conservación de germoplasma, lo que protege la biodiversidad agrícola y garantiza fuentes para futuras mejoras.
En la producción animal, ha potenciado la mejora genética acelerada, dado que el uso de marcadores de ADN permite seleccionar animales con mayor producción de leche, carne o huevos, una mejor calidad del producto final, como el contenido de grasa o perfil proteico y resistencia a enfermedades, como mastitis en bovinos o el Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino, que es una enfermedad viral altamente contagiosa que afecta a los cerdos domésticos; la selección genómica se basa en el análisis de marcadores genéticos distribuidos por todo el genoma para predecir el valor genético de un individuo. Esto ha permitido mejoras más rápidas en caracteres de baja heredabilidad y seleccionar animales jóvenes antes de que expresen sus características productivas. Contribuye a una reducción del impacto ambiental, porque los marcadores permiten identificar genes asociados con eficiencia alimenticia, reduciendo la cantidad de alimento necesario para la producción y una menor producción de gases de efecto invernadero en rumiantes y la conservación de razas, porque el análisis genético garantiza la conservación de razas locales y nativas, previniendo su extinción y manteniendo una reserva genética diversa.
Los marcadores de ADN han revolucionado la producción vegetal y animal al introducir mayor eficiencia, precisión y sostenibilidad en los programas de mejora, contribuyendo a enfrentar los desafíos globales de seguridad alimentaria y cambio climático. La producción de diseño mediante marcadores de ADN ha revolucionado campos como la biotecnología, la medicina y la agricultura. Estos marcadores son herramientas esenciales para identificar variaciones genéticas, mapear genomas y asistir en la selección de características deseables en organismos.
Los marcadores de ADN son secuencias específicas del genoma que se pueden identificar y rastrear, permitiendo distinguir entre diferentes alelos o variantes genéticas. Estas secuencias actúan como "señales" o "etiquetas" que facilitan la localización de genes o regiones genómicas asociadas con rasgos particulares. Su principal ventaja radica en que son fenotípicamente neutros, es decir, no están influenciados por factores ambientales, lo que los hace altamente fiables para estudios genéticos.
El desarrollo de marcadores de ADN implica varias etapas clave: a) identificación de secuencias polimórficas, que consiste en buscar regiones del ADN que presenten variaciones entre individuos o especies. Estas variaciones pueden ser diferencias en la secuencia de nucleótidos, repeticiones de secuencias cortas o inserciones y borrados; b) diseño de “primers” que consiste en que una vez identificadas las regiones polimórficas, se diseñan oligonucleótidos específicos (primers) que flanquean estas áreas, permitiendo su amplificación mediante técnicas como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR); c) validación, consistente en que los marcadores desarrollados se prueban en diversas muestras para confirmar su capacidad de detectar las variaciones genéticas de interés y su reproducibilidad en diferentes condiciones experimentales; y finalmente d) aplicación, en la que los marcadores validados se utilizan en estudios genéticos, como mapeo de genes, análisis de diversidad genética y selección asistida por marcadores en programas de mejora.
Imagen creada con ayuda de ChatGPT con DALL-E
Existen diversos tipos de marcadores de ADN, cada uno con características específicas: 1) RFLP (Polimorfismo de Longitud de Fragmentos de Restricción) que detectan variaciones en las secuencias de ADN mediante el uso de enzimas de restricción que cortan el ADN en sitios específicos; 2) AFLP (Polimorfismo de Longitud de Fragmentos Amplificados)), que combinan la digestión del ADN con enzimas de restricción y la amplificación selectiva de fragmentos mediante PCR, permitiendo detectar múltiples polimorfismos simultáneamente ; 3) SSR (Repeticiones de Secuencias Simples), también conocidos como microsatélites, son secuencias cortas de nucleótidos que se repiten en tándem y presentan alta variabilidad entre individuos o 4) SNP (Polimorfismos de Nucleótido Único): Son variaciones en un solo nucleótido en la secuencia de ADN y representan la forma más simple y común de variación genética entre individuos.
Los marcadores de ADN tienen una amplia gama de aplicaciones en diferentes campos como: a) agricultura y mejora de cultivos, donde se utilizan para selección asistida por marcadores (SAM)), que permite identificar y seleccionar plantas con genes de interés, como resistencia a enfermedades o tolerancia a condiciones ambientales adversas, acelerando el proceso de mejora genético; mapeo de genes, ya que ayuda a localizar genes específicos asociados con características agronómicas importantes, facilitando su manipulación en programas de mejora; conservación de recursos genéticos, dado que los marcadores moleculares son herramientas útiles para evaluar la diversidad genética en poblaciones naturales y en colecciones de germoplasma, lo que es esencial para la conservación y uso sostenible de los recursos genéticos; en medicina y genética humana, donde los marcadores de ADN son fundamentales para diagnóstico de enfermedades genéticas, ya que permiten identificar mutaciones asociadas con enfermedades hereditarias, facilitando diagnósticos precisos y tempranos; en medicina personalizada, ya que ayudan a determinar la predisposición genética de un individuo a ciertas enfermedades y su respuesta a tratamientos específicos, permitiendo terapias más efectivas y personalizadas o en estudios de asociación genómica en que se utilizan para identificar variantes genéticas asociadas con enfermedades complejas, proporcionando información valiosa para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas.
Los marcadores de ADN son herramientas esenciales en la conservación de la biodiversidad, ya que permiten la identificación de especies, dado que facilitan la identificación precisa de especies, incluso en etapas tempranas de desarrollo o en fragmentos biológicos, lo que es crucial para estudios de biodiversidad y conservación; en análisis de la estructura genética de poblaciones, ya que proporcionan información sobre la variabilidad genética dentro y entre poblaciones, lo que es fundamental para diseñar estrategias de conservación efectivas y en el monitoreo de programas de reintroducción, dado que permiten evaluar el éxito genético de programas de reintroducción de especies en sus hábitats naturales, asegurando la viabilidad a largo plazo de las poblaciones reintroducidas.
Cabe señalar ventajas y desventajas de los marcadores de ADN, ya que su uso ofrece múltiples ventajas como la alta precisión, porque permiten detectar variaciones genéticas con gran exactitud, independientemente de factores; Versatilidad porque pueden aplicarse en diversos campos, como estudios de biodiversidad, genética forense, agricultura, medicina y evolución; no están influenciados por el ambiente a diferencia de otros marcadores fenotípicos, los marcadores genéticos no se ven afectados por factores externos; Análisis de variación genética, dado que permiten estudiar variabilidad genética dentro y entre poblaciones, lo que es crucial para la conservación y mejoramiento genético; facilidad para automatización, puesto que los avances tecnológicos permiten procesar grandes cantidades de muestras de manera rápida y eficiente y tiene aplicaciones múltiples, dado que se usan para mapeo de genes, identificación de parentesco, detección de enfermedades genéticas y selección asistida por marcadores en programas de mejoramiento genético.
También presenta algunas desventajas, como el costo elevado, porque los equipos, reactivos y tecnología necesaria pueden ser costosos, especialmente para estudios a gran escala; requieren experiencia técnica, dado que es necesario personal capacitado para llevar a cabo los procedimientos de extracción, amplificación y análisis de ADN; presentan accesibilidad limitada, porque en países en desarrollo, el acceso a laboratorios y tecnología avanzada puede ser restringido; presentan problemas de resolución en algunos métodos, puesto que algunos marcadores, como los RFLP, pueden no ser tan sensibles como otros (por ejemplo, los microsatélites o SNPs); el tiempo de análisis, porque aunque muchos procesos se han acelerado, algunos métodos tradicionales aún requieren un tiempo considerable para obtener resultados; hay una dependencia de la calidad de la muestra notable, dado que las muestras de ADN degradadas o contaminadas pueden dar resultados poco confiables y con frecuencia se dan sesgos en la interpretación, si no se seleccionan los marcadores adecuados para la población o especie de estudio, los resultados pueden ser incorrectos o poco representativos.
Ciertamente el mundo de la manipulación genética no tiene aceptación generalizada. La prevención con respecto a los transgénicos es proverbial. La prevención o regulación de los productos transgénicos está motivada por preocupaciones relacionadas con la seguridad alimentaria, el medio ambiente y aspectos éticos y sociales.
La manipulación genética en los transgénicos y la producción asistida por marcadores de ADN son dos enfoques distintos para la mejora genética de organismos, como cultivos y animales. Ambas tecnologías tienen aplicaciones en la agricultura y la producción animal, pero difieren significativamente en sus procesos, impacto y aceptación. La manipulación genética en transgénicos implica la introducción de genes externos (de otra especie o incluso de reinos distintos) en el genoma del organismo receptor; utiliza herramientas como CRISPR-Cas9, enzimas de restricción, y vectores (como plásmidos o virus). Un ejemplo es introducir un gen bacteriano en el maíz para que produzca proteínas tóxicas para insectos (maíz Bt).
La producción asistida por marcadores de ADN, utiliza el conocimiento de variaciones genéticas naturales presentes en el genoma de la especie para seleccionar organismos con características deseadas; no introduce material genético externo, sino que guía el cruzamiento tradicional basándose en datos genéticos. Un ejemplo es la selección de variedades de trigo con genes para resistencia a la sequía mediante marcadores asociados.
Con respecto al tiempo de desarrollo, la manipulación genética en transgénicos es más rápida, ya que permite la introducción directa de genes deseados sin necesidad de generaciones sucesivas de cruzamiento y puede extenderse entre 5 y 10 años desde la investigación hasta la comercialización. Por otro lado, la producción asistida por marcadores de ADN, requiere múltiples generaciones para lograr combinaciones genéticas deseadas, ya que depende del cruzamiento. Aunque más eficiente que la mejora tradicional, puede precisar entre 10 y 20 años para obtener resultados.
A nivel de intervención, la manipulación genética en transgénicos implica un alto nivel de intervención genética, ya que modifica directamente el genoma mediante ingeniería genética y puede producir organismos con características que no se encuentran en la naturaleza (e.g., tolerancia a herbicidas como en la soja transgénica), mientras que la producción asistida por marcadores de ADN, implica una intervención moderada, ya que se trabaja dentro de los límites de la variación genética natural y no genera organismos con genes externos, respetando las barreras genéticas tradicionales.
Una diferencia considerablemente de interés es el impacto en la biodiversidad, ya que la manipulación genética en transgénicos, puede reducir la biodiversidad si se promueve el cultivo extensivo de variedades transgénicas y existe el riesgo de transferencia de genes a parientes silvestres. Mientras tanto, la producción asistida por marcadores de ADN, fomenta la conservación de la diversidad genética natural, ya que explora y utiliza variantes genéticas existentes. En un ejemplo lo vemos de forma evidente en la resistencia a plagas, en la que los Transgénicos, han seguido la vía de introducción de un gen de Bacillus thuringiensis en el maíz para producir una toxina letal para insectos (maíz Bt), mientras que los marcadores de ADN: han seguido la vía de iIdentificación de variantes naturales de genes asociados a resistencia a plagas en variedades de maíz local y su uso en programas de mejora.
En suma, los transgénicos, son ideales para situaciones donde las características deseadas no están presentes en la variación genética natural de la especie. Sin embargo, enfrentan barreras sociales, éticas y regulatorias. Por otro lado la producción asistida por marcadores de ADN, es un enfoque más natural y ampliamente aceptado, aunque más lento, pero sostenible y con menor riesgo ambiental.
Básicamente el enfoque de la producción asistida por marcadores reduce drásticamente el tiempo necesario para identificar variedades o razas que expresan el rasgo deseado en un programa de producción. El marcador puede ser la secuencia implicada en el rasgo, pero generalmente es una secuencia de ADN localizada cerca del gen objetivo y esto se traduce en que siempre se hereda con el rasgo. Los rasgos apetecidos son aquellos que incluyen características como la resistencia a enfermedades, tolerancias, como a la sal y casi siempre relacionadas con un incremento del rendimiento de la producción.
La producción asistida por marcadores se ha empleado a lo largo y ancho del planeta en todas las direcciones y sentidos posibles, desde producir ganado sin cuernos, hasta proteger la uva del vino de la generación de moho.
La prueba de Poll Gene Marker, desarrollada en Australia, es un excelente ejemplo de cómo los avances en genética molecular están transformando la producción animal. Esta herramienta permite identificar si el ganado posee el gen responsable de la ausencia de cuernos (gen polled), lo que trae múltiples beneficios para los productores, el bienestar animal y la eficiencia en la cría. El gen polled es responsable de la ausencia de cuernos en el ganado. Se encuentra en algunas razas y linajes de forma natural y es dominante, lo que significa que un solo alelo del gen puede conferir la característica. Esta condición es deseable, ya que elimina la necesidad de descornar al ganado, un procedimiento común pero doloroso para los animales. El proceso a seguir es el siguiente: 1) extracción de ADN, obteniendo una muestra del ADN del animal, generalmente mediante un hisopo bucal, sangre o tejido. 2) Análisis genético, utilizando la prueba para detectar la presencia del gen polled. Los resultados indican si el animal es: a) homocigoto para el gen polled (PP): Todos sus descendientes no exhibirán, naturalmente, sin cuernos; b) heterocigoto para el gen polled (Pp): Algunos de sus descendientes no tendrán cuernos y c) sin el gen polled (pp): Todos sus descendientes tendrán cuernos.
Australia fue pionera en el desarrollo y aplicación de esta prueba, particularmente en razas como Angus y Hereford. En Estados Unidos y Canadá es ampliamente utilizada en la industria ganadera, especialmente en bovinos de carne, mientras que en Europa está favorecida en países donde el bienestar animal es una preocupación importante y en América Latina y África está en crecimiento, especialmente en sistemas de producción extensiva, donde el manejo del ganado puede ser más complicado.
La prueba de Poll Gene Marker es un ejemplo de cómo la genética puede ofrecer soluciones prácticas y sostenibles para la ganadería moderna. Su adopción mundial demuestra su eficacia para mejorar el bienestar animal y la productividad. Con un enfoque equilibrado, esta tecnología puede seguir marcando la diferencia en la cría de ganado sin cuernos en el futuro.
Los avances recientes en técnicas de reproducción asistida han permitido el desarrollo de variedades resistentes a los patógenos moho polvoriento (Oidium tuckeri) y el moho deprimida (Botrytis cinerea), lo que ofrece múltiples beneficios para los viticultores y la industria vinícola en general. Tiene impacto en la producción, con una disminución del rendimiento de las cosechas debido a la pérdida de bayas infectadas y una reducción de la calidad de las uvas, lo que afecta negativamente el sabor, aroma y calidad del vino. El uso intensivo de productos químicos para controlar estas enfermedades, lo que implica costos adicionales. La generación de resistencia en los patógenos, dificulta su manejo a largo plazo y el impacto ambiental y posibles problemas de residuos químicos en los productos finales, requieren que se soslaye..
La solución viene de la mano de variedades resistentes al moho utilizando técnicas de reproducción asistida, lo que supone una revolución en la viticultura. Estas técnicas incluyen la selección asistida por marcadores genéticos (MAS) con la identificación de genes o regiones genómicas asociadas con la resistencia al moho en variedades silvestres de vid o en variedades resistentes existentes y el cruce de estas variedades resistentes con variedades comerciales de alta calidad, preservando características como el sabor, el aroma y la capacidad de producir vinos premium. Además una hibridación tradicional mejorada, con el cruce dirigido entre variedades de uvas resistentes y las comerciales. Y una selección de descendientes con mayor resistencia y características deseables para la producción de vino. Hay un futuro prometedor a la edición genética y h erramientas como CRISPR-Cas9 podrían ser utilizadas en el futuro para introducir genes de resistencia específicos sin alterar otras propiedades de las variedades de uva.
Los beneficios de las nuevas variedades resistentes se articulan en la reducción de fungicidas, dado que disminuye significativamente la dependencia de productos químicos, lo que reduce costos y el impacto ambiental, la sostenibilidad, porque mejora la sostenibilidad de la producción al reducir la huella química en los viñedos y la conservación del suelo y los ecosistemas locales. Por otro lado, incide en la calidad del vino, porque mantiene la calidad de las uvas, lo que se traduce en vinos de alta gama sin comprometer las características organolépticas y la adaptación a climas cambiantes, dado que las variedades resistentes son más capaces de soportar condiciones de humedad y temperaturas fluctuantes, que favorecen la proliferación de los mohos. Y en todo caso incide en una mayor rentabilidad, con la reducción de pérdidas por enfermedades y menor inversión en tratamientos químicos, lo que mejora la rentabilidad global.
Los retos y perspectivas se ven influidos por la aceptación del mercado, dado que es fundamental educar a los viticultores y consumidores sobre los beneficios de estas nuevas variedades para garantizar su adopción. La Preservación de la diversidad genética, porque los programas de reproducción deben garantizar que las variedades resistentes mantengan la diversidad genética necesaria para enfrentar futuros desafíos. Y el tiempo de desarrollo de nuevas variedades puede ser un proceso largo y costoso, especialmente cuando se busca mantener las características tradicionales de los vinos.
El desarrollo de variedades de uvas resistentes a mohos mediante reproducción asistida representa un avance crucial para la industria vinícola, especialmente en regiones de gran producción. Estas variedades no solo mejoran la sostenibilidad y la rentabilidad de la producción, sino que también contribuyen a enfrentar desafíos como el cambio climático y la resistencia de los patógenos. La combinación de innovación científica y prácticas agrícolas sostenibles asegura un futuro prometedor para la viticultura global.
Recientemente ha tenido lugar un descubrimiento notable. La fruta de pomelo no se lleva bien con ciertos medicamentos comunes. También la naranja amarga y otras variedades de cítricos, La razón es la presencia de compuestos que interfieren con ciertos medicamentos usuales en la lucha contra el colesterol, la presión arterial elevada o la ansiedad, por ejemplo. La clave son los compuestos químicos denominados furanocumarinas. Hora se ha descubierto la fuente genética de estos compuestos. Un solo gen, de la familia de la dioxigenasa, que codifica los enzimas que producen una serie de moléculas en las plantas, controla la producción de las furanocumarinas. La Ciencia nos ha llevado a comprender por qué los frutos de ciertas especies producen las furanocumarinas y nos pone en situación óptima para desarrollar variedades de cítricos que no tengan furanocumarinas. Modificación genética o producción asistida por marcadores son las vías. Ya hemos visto cómo funcionan ambas y lo que dan de sí. Estaremos expectantes.
Vemos de forma muy plástica como:
"La ciencia busca comprender las leyes fundamentales del universo, mientras que la técnica aplica ese conocimiento para transformar la realidad."
"La técnica convierte la creatividad humana en soluciones prácticas que mejoran nuestra vida cotidiana."
"La ciencia nos enseña a cuestionar y explorar, y la técnica nos permite construir y materializar esos descubrimientos."
"La ciencia es la brújula que guía nuestro entendimiento, y la técnica es la herramienta que hace realidad nuestras aspiraciones."
"Sin ciencia no hay conocimiento, y sin técnica no hay progreso tangible."
"La ciencia plantea las preguntas; la técnica, las respuestas aplicadas."
"El avance científico amplía los horizontes del saber, y el progreso técnico transforma esos horizontes en nuevas oportunidades."
"La ciencia ilumina el camino del descubrimiento, y la técnica abre las puertas al futuro."
"El equilibrio entre ciencia y técnica es el motor del desarrollo sostenible."
"Mientras la ciencia nos da el porqué, la técnica nos ofrece el cómo."
Toda una revolución.
Sopa de letras: LA REVOLUCIÓN DE LOS MARCADORES DE ADN
Soluciones: PENSÁNDOLO BIEN ...