Callo (biología celular)

Callo vegetal (plural callos o callos) es una masa creciente de células desorganizadas del parénquima vegetal. En las plantas vivas, las células callosas son aquellas células que cubren una herida vegetal. En la investigación biológica y la biotecnología, la formación de callos se induce a partir de muestras de tejido vegetal (explantes) después de la esterilización de la superficie y la colocación en placas en un medio de cultivo de tejidos in vitro (en un recipiente de cultivo cerrado, como una placa de Petri). El medio de cultivo se complementa con reguladores del crecimiento de las plantas, como auxinas, citoquininas y giberelinas, para iniciar la formación de callos o la embriogénesis somática. La iniciación de callos se ha descrito para todos los grupos principales de plantas terrestres.

Inducción de callos y cultivo de tejidos

Se ha demostrado que las especies de plantas que representan todos los principales grupos de plantas terrestres son capaces de producir callos en cultivos de tejidos. Un cultivo de células de callo generalmente se realiza en medio de gel. El medio de inducción de callos consta de agar y una mezcla de macronutrientes y micronutrientes para el tipo de célula determinado. Hay varios tipos de mezclas de sales basales que se utilizan en el cultivo de tejidos vegetales, pero los más notables son el medio Murashige y Skoog modificado, el medio White y el medio para plantas leñosas. También se proporcionan vitaminas para mejorar el crecimiento, como las vitaminas Gamborg B5. Para las células vegetales, el enriquecimiento con nitrógeno, fósforo y potasio es especialmente importante. Los callos vegetales suelen derivar de tejidos somáticos. Los tejidos utilizados para iniciar la formación de callos dependen de la especie de planta y de qué tejidos están disponibles para el cultivo de explante. Las células que dan lugar a callos y embriones somáticos suelen sufrir una división rápida o están parcialmente indiferenciadas, como el tejido meristemático. En la alfalfa, Medicago truncatula, sin embargo, los callos y los embriones somáticos se derivan de células mesófilas que sufren desdiferenciación. Las hormonas vegetales se utilizan para iniciar el crecimiento de los callos. Una vez formado el callo, la concentración de hormonas en el medio puede alterarse para cambiar el desarrollo del callo a la formación de raíces, crecimiento de brotes o embriogénesis somática. Los tejidos del callo luego experimentan un mayor crecimiento y diferenciación celular, formando los respectivos primordios de órganos. Los órganos completamente desarrollados pueden utilizarse entonces para la regeneración de nuevas plantas maduras.

Morfología

Las proporciones específicas de auxina y citoquinina en el medio de cultivo de tejidos vegetales dan lugar a una masa de células callosas que crece y se divide desorganizadamente. Los cultivos de callos a menudo se clasifican en términos generales como compactos o friables. Los callos compactos suelen ser verdes y resistentes, mientras que los callos friables son de color blanco a amarillo cremoso, se deshacen fácilmente y pueden usarse para generar cultivos de suspensión celular y embriones somáticos. En el maíz, estos dos tipos de callos se denominan tipo I (compactos) y tipo II (friables). El callo puede sufrir directamente organogénesis y/o embriogénesis directa donde las células formarán una planta completamente nueva.

Muerte de las células del callo

Los callos pueden oscurecerse y morir durante el cultivo, principalmente debido a la oxidación de compuestos fenólicos. En las células del callo de Jatropha curcas, las pequeñas células del callo organizadas se desorganizaron y variaron de tamaño después de que se produjo el pardeamiento. El pardeamiento también se ha asociado con la oxidación y los compuestos fenólicos tanto en los tejidos como en las secreciones de los explantes. En el arroz, presumiblemente, una condición que es favorable para la inducción del callo escutelar también induce necrosis.

Usos

Las células del callo no son necesariamente genéticamente homogéneas porque un callo a menudo está formado por tejido estructural, no por células individuales. Sin embargo, las células callosas a menudo se consideran lo suficientemente similares como para que se realicen análisis científicos estándar como si fueran de un solo tema. Por ejemplo, en un experimento la mitad de un callo puede someterse a un tratamiento como grupo experimental, mientras que la otra mitad se somete a un tratamiento similar pero no activo como grupo de control.

Los callos vegetales derivados de muchos tipos de células diferentes pueden diferenciarse en una planta completa, un proceso llamado regeneración, mediante la adición de hormonas vegetales al medio de cultivo. Esta capacidad se conoce como totipotencia. Un experimento clásico realizado por Folke Skoog y Carlos O. Miller con la médula de tabaco utilizada como explante inicial muestra que la suplementación de los medios de cultivo con diferentes proporciones de concentración de auxinas y citoquininas induce la formación de raíces; con una mayor proporción de auxinas y citoquininas, el enraizamiento (rizogénesis), la aplicación de cantidades iguales de ambas hormonas estimula un mayor crecimiento del callo y el aumento de la proporción de auxinas a citoquininas a favor de la citoquinina conduce al desarrollo de brotes. La regeneración de una planta entera a partir de una sola célula permite a los investigadores en transgénicos obtener plantas enteras que tienen una copia del transgén en cada célula. La regeneración de una planta entera que tiene algunas células genéticamente transformadas y algunas células no transformadas produce una quimera. En general, las quimeras no son útiles para la investigación genética ni para aplicaciones agrícolas.

Los genes se pueden insertar en las células del callo mediante bombardeo biolístico, también conocido como pistola genética, o Agrobacterium tumefaciens. Las células que reciben el gen de interés pueden luego recuperarse en plantas enteras utilizando una combinación de hormonas vegetales. Las plantas enteras recuperadas se pueden utilizar para determinar experimentalmente las funciones genéticas o para mejorar los rasgos de las plantas cultivadas para la agricultura moderna.

Callus es de particular uso en la micropropagación, donde se puede utilizar para cultivar copias genéticamente idénticas de plantas con características deseables. Para aumentar el rendimiento, la eficiencia y la capacidad de supervivencia de los explantes de la micropropagación, se tiene especial cuidado en la optimización del protocolo de micropropagación. Por ejemplo, el uso de explantes compuestos por células de baja totipotencia puede prolongar el tiempo necesario para obtener callos de tamaño suficiente, aumentando la duración total del experimento. De manera similar, varias especies de plantas y tipos de explantes requieren hormonas vegetales específicas para la inducción de callos y la posterior organogénesis o embriogénesis; para la formación y el crecimiento de callos de maíz, el ácido auxina 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) fue superior al 1-naftalenoacético. ácido (NAA) o ácido indol-3-acético (IAA), mientras que el desarrollo de callo se vio obstaculizado en explantes de ciruela después de aplicar auxina ácido indol-3-butírico (IBA) pero no AIA.

Historia

Henri-Louis Duhamel du Monceau investigó las respuestas de curación de heridas en olmos y fue el primero en informar sobre la formación de callos en plantas vivas.

En 1908, E. F. Simon pudo inducir callos en tallos de álamo que también producían raíces y brotes. Los primeros informes sobre la inducción de callos in vitro provinieron de tres investigadores independientes en 1939. P. White indujo callos derivados de tejidos procambiales del híbrido Nicotiana glauca que desarrollaban tumores y que no requerían suplementación hormonal. Gautheret y Nobecourt pudieron mantener cultivos de callos de zanahoria utilizando adiciones de hormonas auxinas.