La obtención de plantas transgénicas (manipuladas por I.G.) depende de la introducción (normalmente en cultivos de tejidos) de ADN foráneo en su genoma, seguido de la regeneración de la planta completa y la subsiguiente expresión de los genes introducidos (transgenes).
Normalmente, para que un gen pueda funcionar en la planta, hay que hacer in vitro una "construcción genética artificial": para ello se suele colocar delante de la parte codificadora que nos interesa una porción de ADN que permite esa expresión (promotores, intensificadores de la transcripción).
Podemos incluso escoger nuestros promotores: algunos inducen la expresión en casi todos los tejidos de la planta, de forma continua (constitutiva); en cambio, otros logran que el transgén se exprese sólo en determinados órganos o tejidos, o bajo el efecto inductor de alguna sustancia química.
El florecimiento de la IG vegetal se debe principalmente a dos grandes avances de la década de los 80:
 | protocolos experimentales para la regeneración de plantas completas fértiles a partir de cultivos de células o tejidos in vitro; |
| métodos para introducir el ADN exógeno, bien sea de modo directo o indirecto, seguido de su inserción en el genoma y su expresión. |
| Regeneración de plantas a partir de cultivos |
| En principio se intentó a partir de protoplastos, pero es laborioso y no funciona con muchas plantas |
| A partir de discos foliares |
| Pero en los últimos 10 años hemos aprendido a hacerlo mejor: la clave del éxito consiste en extraer porciones de tejidos inmaduros (explantes), que siguen conservando su potencial morfogenético (totipotencia) y cultivarlos en medios nutritivos suplementados con mezclas de dos tipos de hormonas vegetales: auxinas (que tienden a inducir crecimiento de raíces) y citoquininas (inducen caulogénesis). Lo que se obtiene en principio es un cultivo embriogénico que forma el llamado embrión somático. Éste retiene el potencial morfogenético durante mucho tiempo. De este embrión se puede a su vez regenerar plantas completas normales y fértiles. |
Esto ha permitido que actualmente se puedan regenerar casi todas las plantas de interés agrícola: cereales, leguminosas, hierbas forrajeras, caña de azúcar, papaya, plátano, etc.
 | Microbalística (biolística) |
|
| Electroporación |
| Co-cultivo de células o tejidos con Agrobacterium tumefaciens |
| Agrobacterium tumefaciens del suelo que lleva haciendo ingeniería genética por su cuenta con las plantas desde hace millones de años. Nosotros hemos aprendido a aprovechar sus extraordinarias habilidades. |
| La bacteria es un patógeno de plantas, induciéndoles una malformación llamada tumor de la agalla. Establece con la planta una especie de "colonización genética" que obliga a la planta a fabricar una sustancia de la que sólo se puede nutrir esta bacteria. El tumor es una especie de fábrica de esas sustancias, para el solo beneficio de Agrobacterium. |
| La bacteria es atraída por sustancias que la planta excreta en sus zonas abiertas por pequeñas heridas. Por allí se introduce, quedando en los espacios intercelulares, y es entonces cuando transfiere a la célula vegetal un trozo de su material genético: una porción de un plásmido (ADN circular extracromosómico bacteriano), que se integrará en alguna zona del genoma de la planta. |
| ADN-T, que es lo único que se transfiere. Posee borde izquierdo, borde derecho, gen de biosíntesis de hormona vegetal, gen de síntesis de opina. |
| genes vir que provocan la transferencia del trozo T. |
| genes de catabolismo de opinas (que permiten que la bacteria se nutra de estas sustancias). |
| El ADN-T entra al núcleo y se inserta al azar en algún sitio del genoma. Allí se expresan sus dos genes: el de las hormonas provoca crecimiento descontrolado de las células vegetales (de ahí el tumor); el otro obliga a esas células a fabricar grandes cantidades de opinas, una sustancia que la planta no puede aprovechar; y la excreta. |
| Así pues, las bacterias se encuentran con un nicho ideal para nutrirse y multiplicarse: la planta se ha convertido en una especie de esclava metabólica que mantiene el crecimiento de la bacteria en el seno del tumor de la agalla. |
Suelen ser de uno de dos posibles tipos:
| vectores binarios |
| vectores recombinativos (cointegrativos) |
En esencia, hemos "vaciado" el interior del ADN-T, dejando de él sólo los bordes (imprescindibles), y lo hemos sustituido por dos genes: uno es un marcador para localizar o seleccionar las células que se hayan transformado; el otro es el gen que queremos poner a trabajar en la planta.
Ahora introducimos nuestro vector (con la correspondiente construcción genética) en una cepa de Agrobacterium a la que hemos "desarmado" su plásmido Ti (con objeto aprovechar sus funciones de transferencia del ADN-T, pero inactivándole sus funciones patógenas).
Ejemplo de uso: introducción del gen Bt que determina la toxina antiiinsecticida de la bacteria Bacillus thuringiensis.
Recientes progresos con vectores de Agrobacterium | Hasta hace muy poco este sistema no se podía aplicar a monocotiledóneas. Pero recientemente, se ha logrado en: |
| arroz (aunque de una variedad -Japonica- que no es tan interesante como la Indica) |
| maíz |
Esto es importante, porque las monocotiledóneas son esenciales, sobre todo en países en desarrollo, y porque este sistema es más fiable que otros (más estable, una sola copia del transgén). Si en el futuro esto se amplía a trigo, cebada, etc., se habría dado un gran paso en la mejora de cereales.
| Método para transformar la planta entera (no hay que recurrir al más tedioso sistema de cultivo in vitro): |
| Las semillas de la planta se mezclan con la bacteria y se procede a la germinación y crecimiento del vegetal: parece que quedan bacterias retenidas hasta que al llegar la floración transmiten el ADN-T al zigoto. |
| Otro método consiste en sumergir plantas a punto de florecer en un cultivo fresco de Agrobacterium, y aplicar vacío. |
| En ambos casos se espera a tener las semillas, se germinan, crecen, se autofecundan, y producen nuevas semillas, a partir de las cuales se pueden buscar los genotipos/fenotipos de interés. |