Investigación en la ruta criogénica de vid (Vitis vinífera L.) para la conservación de su germoplasma
El germoplasma es un material vegetal que puede ser propagado o generar una nueva planta. Este puede ser la planta completa o partes de esta: semilla, flor, tallo, raíz, hoja, yemas, embrión, callo, polen y células, las cuales deben ser protegidos para su conservación.
Las plantas que se encuentren en peligro, riesgo de extinción o protegidas, así como las especies mejoradas, silvestres o nativas y aquellas de importancia agrícola para la alimentación de las futuras generaciones, son las principales plantas que requieren ser protegidas.
Para esto existen varios métodos de protección o conservación, tales como los parques nacionales, reservas ecológicas, hábitats naturales, además del resguardo de semillas y de otras partes de la planta mediante el cultivo de tejidos vegetales in vitro (laboratorio) en lugares especiales bajo condiciones controladas de luz, humedad, temperatura y aireación, para mantener por el mayor tiempo posible estos materiales.
Actualmente se ha desarrollado la técnica de crioconservación (resguardo a muy bajas temperaturas [-196°C] con el uso del nitrógeno líquido) como un método efectivo a largo plazo de conservación de tejidos vegetales. Todos estos espacios o áreas de resguardo donde se conserva la mayor diversidad genética de las plantas son conocidos como Bancos de Germoplasma Vegetal, los cuales tienen la función de rescatar, conservar, proteger, mantener y propagar el material vegetal, así como también tener disponible estos materiales para su uso en la investigación, el mejoramiento genético y reforestación de áreas en caso de contingencia o desastres.
Un cultivo emblemático de Sonora
La vid (Vitis vinífera L.) es un cultivo de gran importancia económica a nivel mundial y nacional. En México, el estado de Sonora es el principal productor de este cultivo. El método de conservación y protección de este cultivo es mediante su resguardo en campo en banco de germoplasma tipo hábitat natural. Bajo las condiciones de campo, estos ejemplares están expuestos a diversas condiciones de peligro tales como plagas, enfermedades y temperaturas extremas, entre otras, lo cual puede vulnerar su óptimo crecimiento y desarrollo. Por lo tanto, es esencial el desarrollo de métodos adecuados de protección y conservación de los cultivares de vid importantes para la región.
En este sentido, se han reportado varios protocolos de crioconservación en diferentes cultivares y distintos tejidos en vid (Bi et al., 2017; Bettoni et al., 2019). Estos protocolos involucran una serie de etapas y, una de las más importantes, es la crioprotección de los tejidos mediante el uso de osmo- y/o crioprotectores, con la finalidad de evitar la formación de cristales de hielo, el daño celular y/o la muerte de tejidos durante su exposición a nitrógeno líquido; sin embargo, este protocolo debe se optimizado para cada especie, cultivar y tejido a conservar.
En el Laboratorio de Biotecnología Molecular de Plantas de la Coordinación de Ciencia de los Alimentos del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD) se ha trabajado en un proyecto sobre la crioconservación de uva de mesa (Vitis vinífera L.) y su efecto sobre los cambios bioquímicos, genómicos y viabilidad.
En esta unidad de análisis se logró desarrollar un protocolo de crioconservación de embriones cigóticos de vid del cultivar Red Globe, según se aprecia en la figura 1 (García-Coronado et al., 2016). En este, los embriones son expuestos a crioprotección con la solución de vitrificación de plantas No.2 (PVS2) al 50% por 10 min a 25 °C y después con PVS2 al 100 % por 10 min a 4 °C, luego se sumergen en NL (-196 °C) durante 30 minutos.
Una vez finalizado este periodo, los embriones son incubados a 38 °C por 3 minutos en baño maría. Después se colocan en una solución de descarga (1.2 M sacarosa) durante 7 min a 25 °C y, finalmente, se colocan en medio de regeneración de plantas de vid e incubados a 35° C bajo condiciones de 16/8h luz y oscuridad, para su desarrollo y crecimiento bajo condiciones in vitro.
Mediante este protocolo se obtuvo un 65% de plantas crioconservadas regeneradas. Sin embargo, aún falta adecuar este procedimiento a tiempos prolongados. Además, también se han estudiado distintos procesos fisiológicos, bioquímicos y genéticos moleculares en cada una de estas etapas del proceso de crioconservación (figura 2), tanto en embriones cigóticos del cv Red globe como en yemas axilares del cv Flame seedless (Lazo-Javalera et al., 2015, 2016, 2017 y 2018; García-Coronado et al. 2016; Quijada-Rivera et al., 2023; Esquivel-Figueroa et al., 2023; García-Vázquez et al., 2024), con el propósito de identificar las respuestas globales involucradas en el crioestrés al que se exponen estos tejidos durante las distintas etapas del procedimiento de crioconservación.
Estos resultados han ayudado a comprender cómo la vid (Vitis vinífera) percibe y se adapta a los cambios ambientales (procedimiento de crioconservación). Además, proporcionan una visión para diseñar, mejorar y perfeccionar el protocolo de crioconservación a largo plazo para este cultivar y otros.
Figura 1. Ruta criogénica de vid cv Red globe.
Figura 2. Estudios fisiológicos, bioquímicos y moleculares durante la crioconservación de vid.
Referencias
Bettoni, J. C., Bonnart, R., Shepherd, A., Kretzschmar, A. y Volk, G. M. (2019). Cryopreservation of grapevine (Vitis spp.) shoot tips from growth chamber-sourced plants and histological observations. Vitis, 58: 71-78. https://doi.org/10.5073/vitis.2019.58.71-78.
Bi, W. L., Pan, C., Hao, X. Y., Cui, Z. H., Kher, M. M., Marković, Z., Wang, Q. C.,
y Teixeira da Silva, J. A. (2017). Cryopreservation of grapevine (Vitis spp.). A review. In Vitro Cell. Dev. Biol-Plant, 53: 449-460. DOI 10.1007/s11627-017-9822-9. https://doi.org/10.1007/s11627-017-9822-9.
Esquivel-Figueroa, D., Tiznado-Hernández, M. E., Islas-Osuna, M. A., Lazo-Javalera, M. F. y Rivera-Domínguez, M. (2023). Etapas del protocolo de crioconservación y su efecto sobre la viabilidad y regeneración de embriones cigóticos de vid (Vitis vinífera L.). Biotecnia, XXV (3):171-175. https://doi.org/10.18633/biotecnia.v25i3.1991.
Lazo-Javalera, M. F., Tiznado-Hernández, M. E., Vargas-Arispuro, I., Valenzuela-Soto, E., Rocha-Granados, M., Martínez-Montero, M. E. y Rivera-Domínguez, M. (2015). Data on antioxidant activity in grapevine (Vitis vinifera L.) following cryopreservation by vitrification. Data in brief, 5: 549-555. https://doi.org/10.1016/j.dib.2015.10.012.
Lazo-Javalera, M. F., Tiznado-Hernández, M. E., Vargas-Arispuro, I., Martínez-Téllez, M. A., Islas-Osuna, M. A., Oñate-Hernández, M. A. y Rivera-Domínguez, M. (2016). Genetic stability of cryopreserved grapevine (Vitis vinifera L.) genome by vitrification method. Journal of Agricultural Science and Technology B, 6: 380-386. https://www.researchgate.net/publication/318970016_Genetic_Stability_of_Cryopreserved_Grapevine_Vitis_vinifera_L_Genome_by_Vitrification_Metho.
Lazo-Javalera, M. F., Astorga-Cienfurgos, K. R., Tiznado-Hernández, M. E., Vargas-Arispuro, I., Martínez-Téllez, M., Islas-Osuna, M. A., Oñate-Hernández, M. A, Martínez-Montero, M. E. y Rivera Domínguez, M. (2017). Efect of cryoprotectants on the morphology and electrolyte leakage on axillary buds of cryopreserved grapevine cv. `Flame Seedless´. Investigación y Ciencia, 25 (72): 36-44.
Lazo-Javalera, M. F., Tiznado-Hernández, M. E., Vargas-Arispuro, I., Martínez-Téllez, M. A., Islas-Osuna, M. A., Oñate-Hernández, M. A., Martínez-Montero, M. E. y Rivera-Domínguez, M. (2018). Análisis de la pérdida iónica de yemas de vid (Vitis vinifera L.) crioconservadas. Biotecnia, 20(3): 17-22. https://doi.org/10.18633/biotecnia.v20i3.706
García-Coronado, H., Báez-Flores, M. E., Troncoso-Rojas, R., Rivera-Domínguez, M. y Tiznado-Hernández, M. E. (2016). Cryopreservation by vitrification of Vitis vinifera L. cv. Red Globe zygotic embryos and effect on the expression of DNA methyltransferase genes. Journal of Agricultural Science and Technology B, 6(6): 387–399. https://www.researchgate.net/publication/319012594_Cryopreservation_by_Vitrification_of_Vitis_vinifera_cv_Red_Globe_Zygotic_Embryos_and_Effect_on_the_Expression_of_DNA_Methyltransferase_Genes
García-Vázquez, J. L., Quijada-Rivera, M., Hernández-Oñate, M. A., Tiznado-Hernández, M. E., Lazo-Javalera, M. F., Martínez-Téllez, M. A., Astorga-Cienfuegos, K. R. y Rivera-Domínguez, M. (2024). Effect of Vitis vinifera zygotic embryo cryopreservation and post-cryopreservation on the gene expression of DNA demethylases. Cryobiology, 116: 104947 https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2024.104947.
Quijada-Rivera, M., Tiznado-Hernández, M. E., Hernández-Oñate, M. A., Vargas-Arispuro, I., Astorga Cienfuegos, K. R., Lazo-Javalera, M. F. y Rivera-Domínguez., M. (2023). Transcriptome assessment in ’Red Globe’ grapevine zygotic embryos during the cooling and warming phase of the cryopreservation procedure. Cryobiology, 110: 56-68. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2022.12.016
Autoras: Marisela Rivera-Domínguez, investigadora, y Karen Rosalinda Astorga-Cienfuegos, técnica, académicas del Laboratorio de Biotecnología Molecular de Plantas de la Coordinación de Ciencia de los Alimentos del CIAD.
