Este texto está dirigido a quienes estudian Biotecnología Vegetal y asignaturas afines en la Universidad de Granada. Constituye un compendio de las lecciones y de la experiencia acumulada por el autor durante veinte años de docencia de esta disciplina en diferentes titulaciones y másteres impartidos en la Universidad de Granada. En el mismo se exponen las materias fundamentales de la Biotecnología Vegetal, incluyendo el cultivo in vitro de células y tejidos vegetales y sus aplicaciones; la clonación de plantas mediante micropropagación; la producción de individuos haploides; la obtención de plantas libres de enfermedades por cultivo de meristemos; el cultivo en biorreactor para la síntesis de metabolitos secundarios de interés para la industria química y farmacéutica; las plantas como biofactorías: el genoma vegetal; la obtención de plantas transgénicas y sus principales aplicaciones; y la repercusión de la Biotecnología Vegetal sobre la sociedad y sus perspectivas de futuro. Los diferentes capítulos están estructurados siguiendo un esquema didáctico que procura ofrecer la mayor claridad y concisión en cada apartado, con objeto de facilitar su comprensión y asimilación por el alumnado, aunque sin descuidar la necesaria profundidad y rigor científico en cada uno de los temas.

Contenido
1. CONCEPTO Y ACTUALIDAD DE LA BIOTECNOLOGÍA VEGETAL
Breve descripción histórica de los principales descubrimientos de la Biotecnología Vegetal
Objeto de la Biotecnología Vegetal
Aplicaciones de la Biotecnología Vegetal
Situación actual de la Biotecnología vegetal
2. BASES FISIOLÓGICAS DEL CULTIVO IN VITRO
Diferenciación en células y tejidos vegetales
Totipotencia de las células vegetales
Determinación celular
Competencia celular
Control por las fitohormonas del crecimiento y desarrollo de los vegetales
Regeneración in vitro
Influencia del material vegetal sobre el crecimiento y la regeneración
3. TÉCNICAS CONVENCIONALES DE SELECCIÓN VEGETAL: LOGROS Y LIMITACIONES
Especies autógamas, alógamas y con multiplicación vegetativa o clonal
Caracteres genéticos sencillos y poligénicos
Herencia cuantitativa
Número de cromosomas y poliploidía
Métodos convencionales de mejora genética vegetal
Heterosis, androesterilidad y producción de híbridos F1
Limitaciones de los métodos convencionales de mejora genética de plantas
Aportaciones de la biotecnología a las técnicas de mejora genética vegetal
4. ORGANIZACIÓN Y TÉCNICAS DE CULTIVO DE CÉLULAS Y TEJIDOS VEGETALES
Tipos de cultivo in vitro
Requerimientos para el cultivo in vitro
Composición de los medios nutritivos
Preparación de los medios de cultivo
Esterilización de los medios nutritivos
Factores fisicoquímicos de los medios de cultivo
Preparación y esterilización de los explantes
Influencia de los factores físicos sobre el cultivo in vitro
5. CARACTERÍSTICAS DEL CRECIMIENTO DE CÉLULAS VEGETALES IN VITRO
Características fisicoquímicas del ambiente in vitro
Cultivo de callo
Fases del crecimiento in vitro
Cuantificación del crecimiento in vitro
Cultivo de células en suspensión
Cultivo de células aisladas
Cultivo de células fotoautótrofas
Consecuencias del cultivo in vitro: alteraciones metabólicas
Consecuencias del cultivo in vitro: alteraciones en células y tejidos
Pardeamiento oxidativo
Hiperhidratación o vitrificación
6. CONSECUENCIAS DEL CULTIVO DE TEJIDOS: VARIACIÓN SOMACLONAL
Variación somaclonal
Algunos ejemplos de variación somaclonal
Causas de la variación somaclonal
Cambios genéticos
Cambios epigenéticos
Factores que afectan a la variación somaclonal
Aplicación de la variación somaclonal a la mejora vegetal
7. MICROPROPAGACIÓN VEGETAL
Ventajas e inconvenientes de la micropropagación
Etapas de la micropropagación vegetal
Métodos de micropropagación
Multiplicación de meristemos existentes
Regeneración de explantes mediante organogénesis
Formación de raíces adventicias (rizogénesis)
Formación de vástagos adventicios (caulogénesis)
Embriogénesis somática
Semillas sintéticas, artificiales o clónales
8. OBTENCIÓN DE PLANTAS LIBRES DE ENFERMEDADES
Obtención de plantas libres de virus
Termoterapia
Cultivo de meristemos
Medio y condiciones de cultivo
Termoterapia y cultivo de meristemos
Formación de vástagos adventicios, seguida de cultivo de meristemos
Microinjerto de meristemos sobre plántulas libres de virus
Crioterapia
Electroterapia
Identificación de los virus vegetales
Obtención de plantas libres de hongos y bacterias
9. PRODUCCIÓN DE HAPLOIDES IN VITRO
Obtención de haploides mediante cultivo de anteras
Factores de cultivo
Problemas asociados
Cultivo de granos de polen
Albinismo
Ginogénesis
Duplicación cromosómica de haploides
Interés de la obtención de individuos haploides
10. CULTIVO Y RESCATE DE EMBRIONES
Escisión y aislamiento
Composición del medio nutritivo
Aplicaciones prácticas del cultivo de embriones
Cultivo de tejido nuclear
La doble fecundación en las Angiospermas
Cultivo de endospermo triploide
11. PROTOPLASTOS VEGETALES E HIBRIDACIÓN SOMÁTICA
Fuente de material vegetal
Obtención y purificación
Cultivo de protoplastos
Composición del medio de cultivo
Factores fisicoquímicos
Viabilidad de los protoplastos aislados in vitro
Los protoplastos como sistema experimental
Regeneración de plantas a partir de protoplastos
Hibridación somática o parasexual
Fusógenos
Tipos de híbridos somáticos
Procedimientos de selección después de la hibridación somática
Aplicaciones de la fusión de protoplastos
Desventajas y problemas de la hibridación somática
12. PRODUCCIÓN IN VITRO DE METABOLITOS SECUNDARIOS
Rutas metabólicas primarias y secundarias
Metabolitos secundarios y diferenciación celular
Principales metabolitos secundarios producidos por los vegetales y sus aplicaciones
Terpenos o isoprenoides
Fenoles
Alcaloides
Cultivo in vitro para la producción de metabolitos secundarios
Biotransformaciones
Síntesis multienzimáticas
Selección de líneas celulares altamente productivas
Estrategias para modificar el metabolismo secundario mediante modificación genética
13. MÉTODOS DE CULTIVO PARA PRODUCCIÓN DE METABOLITOS SECUNDARIOS EN BIORREACTOR
Células en suspensión
Células inmovilizadas
Sistemas de inmovilización de células
Inhibición
Atrapamiento
Viabilidad de las células inmovilizadas
Sistemas de producción
Características de los sistemas de producción
Optimización del sistema de producción
Viabilidad para la producción a nivel industrial
Permeabilización de células y remoción del producto
Cultivo de raíces
Cultivo de tallos
Elicitación
Conclusiones
14. CONSERVACIÓN DE MATERIAL VEGETAL
Conservación mediante cultivo in vitro
Técnicas de crecimiento lento
Criopreservación y crioprotección
Genotipo, edad y naturaleza del material
Precultivo
Velocidad de enfriamiento
Agentes crioprotectores
Descongelación
Temperatura de almacenamiento
Técnicas de almacenamiento del material a criopreservar
Conservación de material genético
Semillas -
Callos
Ápices de tallo
Embriones cigóticos y somáticos
Protoplastos
Anteras
Polen
Bancos de ADN o genotecas
15. EL GENOMA VEGETAL
Genoma nuclear
Genes ARNr nucleolares
Los genes vegetales en comparación con los animales
Estructura y función del plastoma
ADN cloroplastidial
Ribosomas de cloroplastos y síntesis de proteínas
Herencia citoplasmática cloroplastidial
Regulación de la expresión de genes del cloroplasto
Organización y función del ADN mitocondrial de las plantas
Expresión génica mitocondrial
ADN promiscuo
Elementos transponibles y transposones
Control de la expresión génica en plantas
16. ANÁLISIS DEL GENOMA Y MARCADORES MOLECULARES EN PLANTAS
Arabidopsis thaliana como modelo genético y fisiológico
Marcadores genéticos y moleculares en plantas
Marcadores morfológicos
Marcadores citológicos
Marcadores bioquímicos
Marcadores moleculares o de ADN
Características de los marcadores de ADN
Aplicaciones de los marcadores de ADN
Principales marcadores de ADN más usados en plantas
RFLPs (Restriction Fragment Lenght Polymorphisms, polimorfismo en la
longitud de los fragmentos de restricción)
RAPDs (Random Amplified Polytnorphic DNA (polimorfismo de productos
de ADN amplificados al azar)
AFLPs (Amplified Fragment Lenght Polymorphisms, polimorfismo de fragmentos de ADN amplificados aleatoriamente)
SSRs Minisatélites y microsatélites (Simple Sequence Repeats) o STRs (Short Tándem Repeats)
Comparación de marcadores genéticos
Análisis de caracteres de herencia cuantitativa (Quantitative Trait Loci o QTLs)
Mejora genética asistida por marcadores moleculares (MAS)
Genómica
Genómica estructural: aproximaciones al análisis del genoma
Mapas genéticos y su utilidad
Resultados de la comparación de genomas
Genómica funcional
Transcriptómica
Proteómica
Metabolómica
Fenómica
Bioinformática
17. MODIFICACIÓN GENÉTICA DE PLANTAS
Genética convencional e ingeniería genética
Plantas transgénicas
Tipos de modificaciones de plantas mediante ingeniería genética
Diseño de genes para la transformación
Gen promotor
Secuencia de terminación
Gen marcador, reportero o testigo
Gen seleccionador
Secuencias auxiliares
Casete de expresión
Obtención de una planta transgénica
18. AGROBACTERIUM Y EL PLÁSMIDO TI
Infección por Agrobacterium
Naturaleza del plásmido Ti
Origen de los genes localizados en el ADN-T
Transferencia del ADN-T a la célula vegetal
Observaciones importantes respecto a la infección por Agrobacterium Esquema general de la transferencia del ADN-T
19. AGROBACTERIUM Y VIRUS COMO VECTORES DE GENES
El plásmido pGV3850
Vectores cointegrativos o recombinativos
Vectores binarios
Ventajas de los vectores binarios
Vectores super-binarios
Vectores con el transgen, marcador y seleccionador en plásmidos diferentes
Métodos de transformación con A. tumefaciens
Ventajas y dificultades de los vectores con Agrobacterium
Otros métodos con Agrobacterium
Sistema Agrobacterium rhizogenes
Virus ADN como vectores de genes
Caulimovirus
Geminivirus
20. MÉTODOS DE TRANSFERENCIA DIRECTA DE ADN
Vectores de clonación para trasformación directa
Transformación de protoplastos
Transferencia de ADN mediada por compuestos químicos
Transferencia de ADN mediada por liposomas
Electroporación
Microinyección
Transformación de células completas
Abrasión con fibras de carburo de silicio
Transformación mediada por microláser
Ultrasonicación o sonoporación
Femtoinyección
Biolística o biobalistica
Principales limitaciones de las técnicas de transformación
Transformación de cloroplastos: Plantas transplastómicas
Ventajas de la transformación de cloroplastos
Transformación de mitocondrias
21. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA VEGETAL A LA MEJORA DEL METABOLISMO FOTOSINTÉTICO Y DEL NITRÓGENO
Modificación del metabolismo vegetal
Metabolismo fotosintético
Actuaciones sobre la actividad enzimática
Introducción de la vía C4 en cultivos C3
Ingenierización de carboxisomas de cianobacterias o pirenoides de algas en plantas C3
Actuaciones sobre los componentes del sistema fotoquímico
Relajación más rápida del mecanismo de fotoprotección
Aumento del Complejo citocromo b6f
Ampliación del espectro de absorción de luz fotosintéticamente activa
Cambios en el tamaño de la antena de los fotosistemas
Aumento de la captación de C02
Metabolismo del nitrógeno
Transferencia directa de la nitrogenasa bacteriana a cereales y otras
plantas de cultivo
Ingeniería de la biosíntesis de nitrogenasa en células vegetales
Ingeniería de la nitrogenasa para prevenir su inactivación por oxígeno
Simbiosis de leguminosas en la ingeniería en cereales
Utilización de endófitos bacterianos asociados naturalmente a los cereales
22. APLICACIONES DE LA BIOTECNOLOGÍA A LA MEJORA DE LOS PRODUCTOS VEGETALES
Mejora del contenido proteico
Mejora del contenido lipídico
Biofortificación de cultivos
Biofortificación con Fe
Biofortificación con Zn
El arroz dorado
Otras mejoras nutricionales
Mejora para cualidades organolépticas
Mejora para las industrias de transformación
Mejora de la calidad tecnológica
23. LAS PLANTAS COMO BIOFACTORÍAS
Elección de un cultivo para la agricultura molecular
Ventajas de la utilización de plantas como biofactorías
Inconvenientes de la utilización de plantas como biofactorías
Protección de la proteína recombinante contra la degradación
Retículo endoplásmico
Vacuolas
Cloroplastos
Extracción y purificación de la proteína recombinante
Expresión transitoria de genes
Producción de anticuerpos (planticuerpos)
Producción de vacunas
Ventajas y dificultades de las vacunas comestibles
Producción de otros biofármacos
Producción de enzimas con interés industrial
Otros compuestos
Bioplásticos
Transformación de cloroplastos
24. BIOTECNOLOGÍA DE LA REPRODUCCIÓN
Incremento de la eficacia en la producción de polen
Interacciones polen-estigma
Interacciones gameto-gameto
Polinización in vitro
Estudios básicos sobre fertilización y desarrollo del cigoto
Hibridación mediante polinización in vitro
Aplicaciones biotecnológicas al desarrollo floral
Biotecnología de la androesterilidad
Desarrollo de la semilla
Desarrollo del fruto
Frutos con maduración retardada
Obtención de frutos sin semillas
25. BIOTECNOLOGÍA DE LA RESISTENCIA A FACTORES BIÓTICOS Y ABIÓTICOS
Resistencia a herbicidas
Resistencia a plagas animales
Expresión de toxinas bacterianas
Expresión de genes de origen vegetal
Resistencia frente a hongos y bacterias
Resistencia a virus
Agronanobiotecnología
Resistencia frente a estreses abióticos
26. IMPLICACIONES AMBIENTALES Y SOCIALES DE LA BIOTECNOLOGÍA VEGETAL
Transgénicos y sociedad
Argumentos en contra de los cultivos modificados genéticamente
Seguridad alimenticia de los transgénicos
La resistencia a antibióticos
Efectos medioambientales
El escape de genes
La contaminación génica
La coexistencia de cultivos GM, convencionales y ecológicos
Presión selectiva del cultivo transgénico sobre los patógenos a controlar
Efectos secundarios potenciales sobre organismos no perjudiciales
Pérdida de biodiversidad agrícola
Los transgénicos no son antinaturales
El control por las grandes multinacionales
Crítica no justificada científicamente en contra de los cultivos GM
Conclusiones

Bibliografía: p. 389-397