Micropropagación de cannabis

La micropropagación es una de las aplicaciones más generalizadas del cultivo in vitro de plantas. Estas técnicas y métodos de cultivo de tejidos son utilizados para multiplicar plantas genéticamente idénticas (denominadas clones) de forma masiva, en espacios reducidos y cortos periodos de tiempo, y combinado algunas de las ventajas de ambos sistemas de reproducción vegetal.

Este método de propagación in vitro de plantas es una de las técnicas de cultivo interior de la biotecnología vegetal que más desarrollo ha mostrado en los últimos años, pues permite la obtención de miles de plantas idénticas entre sí a partir de pequeñas secciones de una planta madre, llamadas explantes. El éxito de la micropropagación dependerá de la capacidad para aclimatar plantas de calidad desde condiciones in vitro a condiciones ex vitro, produciendo así nuevas plantas a partir de dichos explantes.

Hoy queremos profundizar en este apasionante mundo del cultivo de tejidos viendo las posibles aplicaciones que se abren para los cultivos de cannabis, que como veréis no son pocas!

Cultivo de cannabis in vitro
Cultivo de cannabis in vitro

Introducción histórica al cultivo de tejidos

La historia del cultivo de tejidos vegetales se inició en 1902, cuando el botánico austríaco Gottlieb Haberlandt (1854-1945) estandarizó las técnicas de cultivo de células y tejidos vegetales con la idea de la totipotencia celular (todas las células vegetales tienen la capacidad de regenerarse en plantas completas). Es por ello que hoy en día se considera a Haberlandt como el padre de esta técnica de cultivo. A partir de esos descubrimientos, en 1930 introducen las hormonas vegetales, que dan la posibilidad de guiar el programa morfogenético de las células y con ello producir crecimientos celulares organizados y desorganizados.

Ya en 1955 Miller descubre las citocininas, que son uno de los tipos de hormonas más importantes en la diferenciación y división celular y fundamentales en el proceso de organogénesis. A partir de 1960, Kanta consiguió la propagación vegetativa de orquídeas libres de virus por cultivo de meristemos apicales. Unos pocos años más tarde, en 1962, Murashige y Skoog desarrollaron el medio de cultivo MS, que es actualmente el más utilizado y común para el cultivo in vitro de tejidos vegetales.

El término micropropagación se definió por primera vez en 1986 y actualmente se ha convertido en una importante tecnología en la selección, cruzamiento y control de enfermedades vegetales.

Usos y aplicaciones de la biotecnología vegetal
Usos y aplicaciones de la biotecnología vegetal

Etapas de la micropropagación vegetal

La micropropagación se inicia con el objetivo de la clonación de plantas con las características deseadas, de forma rápida y masiva. Encontramos varias etapas muy diferenciadas, con objetivos perfectamente definidos para cada una de ellas. Cabe recalcar que todo el material vegetal que va a ser cultivado in vitro será genotipo-dependiente, lo que significa que cada acción o protocolo que se aplique al cultivo va a tener una respuesta diferente en cada genotipo de planta.

Dentro del proceso de micropropagación pueden diferenciarse varias fases o etapas que cubrirán un ciclo completo de micropropagación; este método puede ser aplicado a diferentes especies vegetales, pudiéndose incluir simplificaciones o añadir etapas de acuerdo a las características de cada planta, pero en términos generales son los pasos más comunes en el proceso de reproducción in vitro de plantas.

Un claro ejemplo son las especies forestales que necesitan una etapa extra llamada endurecimiento, que se da antes de ser plantados en el campo y después de la aclimatación ex vitro.

Preparación de explantes de cannabis
Preparación de explantes de cannabis

Selección y Preparación de la planta madre

La elección adecuada del material de partida en el cultivo in vitro - y más concretamente en la micropropagación - no tiene sentido si el material de inicio (la planta o individuo) no dispone de unas cualidades y rasgos genéticos determinantes y contrastados, al menos lo suficiente como para hacer un programa de multiplicación masal de dicho individuo.

En muchas ocasiones, el genotipo utilizado como material de partida viene determinado por resultados de programas de selección, donde se escogen las mejores plantas como madres para su posterior reproducción in vitro.

Cómo seleccionar una planta de cannabis

Hacer una buena selección de una futura planta madre no es tarea sencilla, especialmente si uno tiene objetivos muy concretos en mente. Para facilitar la tarea, en este artículo hablaremos sobre los principales factores que suelen tenerse en cuenta a la hora de hacer una selección, que como veremos pueden cambiar mucho dependiendo del tipo de cultivador.

Desinfección del material vegetal

Esta etapa consiste en la desinfección de los explantes mediante varias desinfecciones y con varios tratamientos. Una vez seleccionadas las plantas madre se requiere desinfectar superficialmente todo el material vegetal con el fin de evitar que en el medio de cultivo puedan desarrollarse microorganismos indeseados o bacterias y hongos.

La selección y concentración de los desinfectantes y el tiempo de desinfección se determinan principalmente por las características del explante; en la práctica, se reduce a realizar el test siguiendo el método de ensayo y error hasta encontrar un buen protocolo para cada material, siempre con el objetivo de eliminar los contaminantes externos. En esta etapa, se trata de encontrar un equilibrio entre el proceso de desinfección y causar el menor daño posible al material vegetal.

Introducción del material in vitro

El objetivo de esta fase es introducir los explantes en el medio de cultivo a través de la vía elegida. En función de ésta, podemos hablar de:

  • Cultivo de meristemos
  • Cultivo de yemas
  • Cultivo de protoplastos
  • Cultivo de anteras
  • Cultivo de embriones

Este trabajo siempre se realiza dentro de una cabina de flujo laminar para evitar la contaminación indeseada. Una vez  el material vegetal ha sido desinfectado, se introduce en un medio de cultivo estéril y se espera a que empiece a brotar, lo que puede tardar una o dos semanas.

Distintas etapas del proceso de micropropagación de cannabis
Distintas etapas del proceso de micropropagación de cannabis

Multiplicación a través de subcultivos

Esta etapa o fase consiste en conseguir la máxima cantidad de masa vegetal de donde luego poder sacar los nuevos explantes. El objetivo de esta fase es inducir la multiplicación de los explantes suficiente para la regeneración del número de plantas necesarias. En este proceso se utilizan medios de cultivo, reguladores de crecimiento, citoquinas y ácidos giberélicos, y suele recibir el nombre de proceso de germinación o regeneración de nuevos tejidos vegetales.

Enraizamiento (in vitro vs ex vitro)

Como su nombre indica, el propósito de esta etapa es estimular y favorecer la formación de las raíces en las vitro plantas, un proceso que se puede llevar a cabo in vitro o ex vitro. Dependerá mucho del tipo de cultivo y su facilidad de enraizamiento para decidir si realizar un enraizamiento in vitro o ex vitro.

Aclimatación ex vitro

La aclimatación permite que las plantas se puedan adaptar y vivir en condiciones naturales. Si el enraizamiento se ha realizado ex vitro, la aclimatación se efectuará al mismo tiempo.

Explantes de cannabis dispuestos en su medio de cultivo
Explantes de cannabis dispuestos en su medio de cultivo

En cambio, si se hace in vitro se deberá aclimatar las plantas a las condiciones exteriores. Recordamos que las plantas cultivadas en condiciones in vitro poseen habitualmente estomas no funcionales, por lo tanto hay que adaptar a todas las plantas a unos periodos de aclimatación en los cuales vamos bajando la humedad relativa de los túneles hasta llegar a tener plantas con raíces funcionales.

En esta fase también vamos incrementando poco a poco la intensidad del sistema de iluminación del túnel. Sobra decirlo, el éxito de la micropropagación consiste en gran parte en la cantidad de plantas que conseguimos aclimatar!

Tipos de micropropagación

La micropropagación se basa en multiplicar explantes de plantas de forma masiva en condiciones controladas y estériles. En el cultivo in vitro podemos utilizar varios tipos de explantes, cada uno de ellos con una función o ruta a seguir. El explante más usado para los procesos de propagación in vitro son las yemas vegetativas de las plantas.

Existen dos grandes rutas a la hora de micropropagar plantas in vitro, la organogénesis y la embriogénesis:

Las dos rutas principales son la organogénesis y la embriogénesis
Las dos rutas principales son la organogénesis y la embriogénesis

¿Qué es la organogénesis?

Es un proceso que consiste en obtener tallos, raíces o flores por medio de una yema. Cabe destacar que este método necesita varios eventos según el tipo de tejidos a regenerar, ya sean brotes o raíces.

La organogénesis puede ser directa (desde el explante) o indirecta (desde los callos):

  • Organogénesis directa: Se trata de una respuesta morfogenética por la cual se forman directamente órganos con el fin de la regeneración de plantas completas.
  • Organogénesis indirecta: Es una respuesta morfogenética por la cual se busca la formación de órganos a partir del cultivo de callos. La micropropagación mediante callos tiene la posibilidad de variación somaclonal por lo tanto no es tan valorada en la propagación clonal.

¿Qué es la embriogénesis?

Se trata de un proceso por el cual se busca la formación de embriones somáticos, que también recibe el nombre de embriogénesis asexual o adventicia. Los embriones resultantes germinan dando lugar a un tallo y una radícula simultáneamente (en un solo evento) al igual que ocurre con una semilla de cannabis cuando germina. El éxito de la embriogénesis somática depende de la variedad introducida y del suministro de reguladores de crecimiento en el medio de cultivo.

Al igual que la organogénesis, la embriogénesis puede ser directa o indirecta:

  • Embriogénesis directa: Es un proceso biológico por el cual células somáticas desarrollan embriones. La embriogénesis somática es directa cuando los tallos o embriones se producen directamente a partir de los tejidos de partida.
  • Embriogénesis indirecta: Implica la necesidad de una inducción para que las células de los explantes utilizados se desordenen y formen un callo, antes de seguir la vía embriogénica de desarrollo común.

Ejemplos y rutas de organogénesis y embriogénesis directas e indirectas
Ejemplos y rutas de organogénesis y embriogénesis directas e indirectas

Futuro y perspectivas del cultivo in vitro

Uno de los principales retos de la micropropagación en la actualidad es la estandarización y escalado de los procesos o protocolos a seguir, de manera que puedan llevar a un punto de rentabilidad del negocio, creando así un nicho en el mercado por precio, tiempos y calidad del producto.

La robotización es otro de los grandes factores que pueden influenciar en el precio final de una planta in vitro, ya que muchas técnicas o rutas utilizadas en la micropropagación requieren de muchas horas de mano de obra humana. De esta forma, si se pudiera automatizar o robotizar el proceso - o parte de él - disminuirá mucho el costo final de una vitroplanta.

Los biorreactores son otro gran camino en la investigación del cultivo in vitro. Existen muchos tipos y formas de bioreactores pero su principal función es la optimización de la multiplicación de las plantas producidas en este tipo de cultivos. El principal propósito es automatizar y disminuir los costos de producción, disminuyendo la mano de obra y teniendo tasas de multiplicación superiores que en otros sistemas. Los bioreactores se caracterizan también por utilizar medios de cultivo líquidos en los cuales no se requiere la adición de gelificantes como el agar.

Bioreactor reproduciendo el musgo Sphagnum Palustre
Bioreactor reproduciendo el musgo Sphagnum Palustre

Por último, las biofábricas son laboratorios de propagación de plantas in vitro a gran escala. Estas fábricas de vitroplantas se caracterizan por tener unos procesos de siembra muy acotados, con los pasos y rutas de la propagación vegetal totalmente estructurados. El principal propósito de una biofábrica es llevar unos ajustes y protocolos muy optimizados y estandarizados con un claro objetivo, que no es otro que la máxima producción de plantas en el mínimo tiempo, espacio y coste. A día de hoy, las biofábricas han trabajado con éxito especies forestales, frutales, aromáticas y ornamentales.

Hasta aquí esta introducción al apasionante mundo de la propagación in vitro de plantas, la verdad es que el abanico de posibilidades que se abre especialmente en cultivos a gran escala es impresionante. Sólo nos queda animaros a dejar vuestras dudas o comentarios, como siempre estaremos encantados de responderos.

Felices (micro)cultivos!


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