miniaturadeimagen|Granos de arroz, diversidad del arroz. El mejoramiento por mutación, a veces denominado "mejoramiento por variación", es el proceso de exponer las semillas a productos químicos o radiación para generar mutantes con rasgos deseables para ser criados con otros cultivares. Las plantas creadas usando mutagénesis a veces se llaman plantas mutagénicas o semillas mutagénicas. De 1930 a 2014 se liberaron más de 3200 variedades de plantas mutagénicas que se derivaron como mutantes directos (70%) o de su progenie (30%). Las plantas de cultivo representan el 75% de las especies mutagénicas liberadas y el 25% restante de plantas ornamentales o decorativas. Sin embargo, aunque la FAO/OIEA informó en 2014 que más de 1000 variedades mutantes de los principales cultivos básicos se cultivaban en todo el mundo,(2014) Plant Breeding and Genetics Joint FAO/IAEA Division of Nuclear Techniques in Food and Agriculture, Retrieved 31 July 2014 no está claro cuántas de estas variedades se usan actualmente en la agricultura u horticultura en todo el mundo, ya que estas semillas son no siempre identificado o etiquetado como de origen mutagénico.Kaskey, Jack (21 November 2013) The Scariest Veggies of Them All Bloomberg Business Week, Retrieved 31 July 2014
Proceso Existen diferentes tipos de reproducción mutagénica, como el uso de mutágenos químicos como metanosulfonato de etilo y sulfato de dimetilo, radiación o transposones para generar mutantes. El mejoramiento por mutación se usa comúnmente para producir rasgos en cultivos como semillas más grandes, nuevos colores o frutas más dulces, que no se pueden encontrar en la naturaleza o se han perdido durante la evolución.
Mejora de radiación La exposición de las plantas a la radiación a veces se denomina mejoramiento de radiación y es una subclase de mejoramiento mutagénico. El mejoramiento por radiación se descubrió en la década de 1920 cuando Lewis Stadler, de la Universidad de Misuri, usó rayos X en el maíz y la cebada. En el caso de la cebada, las plantas resultantes eran blancas, amarillas, amarillo pálido y algunas tenían rayas blancas. En 1928, Stadler publicó por primera vez sus hallazgos sobre la mutagénesis inducida por radiación en las plantas. Durante el período 1930–2004, las variedades mutantes inducidas por la radiación se desarrollaron principalmente utilizando rayos gamma (64%) y rayos X (22%).
La reproducción por radiación puede tener lugar en jardines atómicos; y las semillas han sido enviadas a la órbita para exponerlas a más radiación cósmica.
Uso de mutágenos químicos Las altas tasas de aberraciones cromosómicas resultantes de la radiación ionizante y los efectos perjudiciales acompañados hicieron que los investigadores buscaran fuentes alternativas para inducir mutaciones. Como resultado, se ha descubierto una variedad de mutágenos químicos. Los mutágenos químicos más utilizados son los agentes alquilantes. El metanosulfonato de etilo (MSE) es el más popular debido a su efectividad y facilidad de manejo, especialmente su desintoxicación a través de la hidrólisis para su eliminación. Los compuestos nitrosos son los otros agentes alquilantes ampliamente utilizados, pero son sensibles a la luz y se deben tomar más precauciones debido a su mayor volatilidad. El MSE se ha convertido en un mutágeno de uso común para desarrollar grandes cantidades de mutantes para el cribado, como en el desarrollo de poblaciones Tilling.Pathirana, R. Plant Mutation Breeding in Agriculture. CAB Reviews: Perspectives in Agriculture, Veterinary Science, Nutrition and Natural Resources. 2011 6 No 032 Aunque muchos productos químicos son mutágenos, solo unos pocos se han utilizado en la reproducción práctica, ya que las dosis deben optimizarse y también porque la eficacia no es alta en las plantas para muchos.
Historia Según la historiadora de jardines Paige Johnson
Comparación con otras técnicas agronómicas En el debate sobre los alimentos genéticamente modificados, el uso de procesos transgénicos a menudo se compara y contrasta con procesos mutagénicos.UK Government Science Review First Report, Prepared by the GM Science Review panel (July 2003). Chairman Professor Sir David King, Chief Scientific Advisor to the UK Government, P 9: "...it is necessary to produce about 100 GM plants to obtain one that has the desirable characters for its use as a basis of a new GM crop variety. ... Most of these so-called conventional plant breeding methods (such as gene transfer by pollination, mutation breeding, cell selection and induced polyploidy) have a substantially greater discard rate. Mutation breeding, for instance, involves the production of unpredictable and undirected genetic changes and many thousands, even millions, of undesirable plants are discarded in order to identify plants with suitable qualities for further breeding." Si bien la abundancia y variación de los organismos transgénicos en los sistemas alimentarios humanos, y su efecto sobre la biodiversidad agrícola, la salud del ecosistema y la salud humana está algo bien documentada, las plantas mutagénicas y su papel en los sistemas alimentarios humanos son menos conocidas, como un periodista escribió: "Aunque poco conocido, el mejoramiento por radiación ha producido miles de mutantes útiles y una fracción considerable de los cultivos del mundo ... incluyendo variedades de arroz, trigo, cebada, peras, guisantes, algodón, menta, girasoles, maní, pomelo, sésamo, plátanos, yuca y sorgo". En Canadá, los cultivos generados por el mejoramiento por mutación enfrentan las mismas regulaciones y pruebas que los cultivos obtenidos por ingeniería genética.The Canadian regulatory system is based on whether a product has novel features regardless of method of origin. In other words, a product is regulated as genetically modified if it carries some trait not previously found in the species whether it was generated using mutation breeding or genetic engineering (or any other method including selective breeding). Las variedades mutagénicas tienden a estar disponibles gratuitamente para el fitomejoramiento, en contraste con muchas variedades de plantas comerciales o germoplasma que cada vez tienen más restricciones en su uso como términos de uso, patentes y tecnologías de restricción de usuarios genéticos propuestos y otra propiedad intelectual regímenes y modos de ejecución.
A diferencia de los cultivos genéticamente modificados, que generalmente implican la inserción de uno o dos genes objetivo, las plantas desarrolladas a través de procesos mutagénicos con cambios genéticos aleatorios, múltiples e inespecíficosUseful Mutants, Bred With Radiation, by William J. Broad, New York Times, August 28, 2007. se han discutido como una preocupación,Discussion Document Excluded Methods Terminology , National Organic Standards Board GMO ad hoc Subcommittee paper, U.S. Agricultural Marketing Service, published February 6, 2013. pero no están prohibidas por los estándares para productos orgánicos de ninguna nación. Los informes de la Academia Nacional de Ciencias de los EE. UU. afirman que no existe una justificación científica para regular los cultivos genéticamente modificados y no hacerlo para los cultivos reproductores por mutación.
Varias compañías de alimentos orgánicos y semillas promueven y venden productos orgánicos certificados que se desarrollaron utilizando mutagénesis química y nuclear.Mendel in the Kitchen: A Scientist's View of Genetically Modified Foods, By Nina V. Fedoroff and Nancy Marie Brow, pg. 17, Joseph Henry Press, 2004. Varias marcas orgánicas certificadas, cuyas compañías apoyan el etiquetado estricto o la prohibición total de los cultivos transgénicos, comercializan su uso de trigo de marca y otras cepas varietales que se derivaron de procesos mutagénicos sin ninguna referencia a esta manipulación genética. Estos productos orgánicos van desde ingredientes mutagénicos de cebada y trigo utilizados en cervezas orgánicas hasta variedades mutagénicas de pomelos que se venden directamente a los consumidores como orgánicos.
Nuevas técnicas mutágenas
Endonucleasas de restricción El interés en el uso de endonucleasas de restricción bacteriana (RE, del inglés restriction endonucleases) para estudiar las roturas de doble hebra en el ADN vegetal comenzó a mediados de los noventa. Se descubrió que estas roturas en el ADN, también conocidas como DSB, son la fuente de mucho daño cromosómico en eucariotas, lo que causa mutaciones en variedades de plantas. Los RE inducen un resultado en el ADN vegetal similar al de las radiaciones ionizantes o los productos químicos radiomiméticos. Se encontró que las roturas de extremos romos en el ADN, a diferencia de las roturas de extremos pegajosos, producen más variaciones en el daño cromosómico, lo que las convierte en el tipo de rotura más útil para la reproducción por mutaciones. Si bien la conexión de los RE con las aberraciones cromosómicas se limita principalmente a la investigación del ADN de mamíferos, el éxito en los estudios en mamíferos hizo que los científicos llevaran a cabo más estudios de cromosomas y ADN dañados en los genomas de cebada inducidos por RE. Debido a la capacidad de las endonucleasas de restricción para facilitar el daño en los cromosomas y el ADN, las ER tienen la capacidad de usarse como un nuevo método de mutagénesis para promover la proliferación de variedades de plantas mutadas.
Cría espacial La capacidad de las plantas para desarrollarse y prosperar depende de condiciones como la microgravedad y la radiación cósmica en el espacio. China ha estado experimentando con esta teoría enviando semillas al espacio, probando para ver si los vuelos espaciales causarán mutaciones genéticas. Desde 1987, China ha cultivado 66 variedades mutantes del espacio a través de su programa de reproducción espacial. Las aberraciones cromosómicas aumentaron enormemente cuando las semillas se enviaron al espacio aeroespacial en comparación con sus contrapartes terrestres. El efecto de los vuelos espaciales sobre las semillas depende de su especie y variedad.
Por ejemplo, el trigo criado en el espacio experimentó un gran crecimiento en la germinación de semillas en comparación con su control terrestre, pero el arroz criado en el espacio no tuvo una ventaja visible en comparación con su control. Para las variedades que fueron mutadas positivamente por los vuelos espaciales, su potencial de crecimiento excedió no solo el de sus contrapartes cultivadas en la Tierra, sino también el de sus contrapartes irradiadas en la Tierra. En comparación con las técnicas mutagénicas tradicionales, las mutaciones obtenidas en el espacio tienen mayor eficacia porque experimentan efectos positivos en su primera generación de mutación, mientras que los cultivos irradiados a menudo no ven mutaciones ventajosas en sus primeras generaciones. Aunque múltiples experimentos han demostrado los efectos positivos de los vuelos espaciales sobre la mutación de semillas, no existe una conexión clara sobre qué aspecto de la industria aeroespacial ha producido mutaciones tan ventajosas.