Reproducción de Paulownia para biocombustibles
La Paulownia es un género de especies arbóreas de rápido crecimiento y usos múltiples que es nativo de China. Debido a su rápido crecimiento y valor en el mercado de la madera, muchas especies de Paulownia se cultivan en varias zonas templadas de todo el mundo. La importancia económica de Paulownia está aumentando a medida que se desarrollan nuevos usos y productos relacionados.
También es adecuado como materia prima lignocelulósica para la industria del bioetanol. Varias especies de Paulownia son fuentes valiosas de metabolitos secundarios, incluidos los flavonoides con alta actividad antioxidante. Una gran demanda de material de plantación en los mercados nacionales e internacionales para la forestación y la producción de bioenergía ha hecho necesario el desarrollo de protocolos de micropropagación eficientes para la propagación rápida y masiva de Paulownia.
Durante las últimas décadas, se han llevado a cabo investigaciones sobre especies de Paulownia para desarrollar protocolos de micropropagación, embriogénesis somática y transformación genética para su uso en programas agroforestales y de reforestación. Dada la importancia económica y los usos futuros actuales y potenciales de Paulownia.
Cultivo potencial de biomasa
En el sureste de los Estados Unidos existen más de 30 millones de acres de bosques, pastos y tierras de cultivo ociosas, y gran parte de esta tierra podría potencialmente utilizarse para producir valiosos cultivos arbóreos, entre los cuales Paulownia. Debido a la propiedad de crecimiento rápido y rebrote, su potencial como cultivo de biocombustible ha sido ampliamente estudiado . Una de las principales ventajas de utilizar biomasa como fuente de combustibles o productos químicos es su capacidad de renovación.
La madera de árboles forestales modificada para obtener mayor cantidad de celulosa o hemicelulosas podría ser una materia prima importante para el etanol combustible. En un estudio de comparación de biomasa realizado en Alemania, P. tomentosa (12,7 toneladas · ha − 1) superó a Salix viminalis (8,2 toneladas · ha − 1) en monte bajo de rotación corta.
Una evaluación de la madera de Paulownia reveló que la composición era 14.0% extractiva, 50.55% celulosa, 21.36% lignina, 0.49% cenizas, 13.6% hemicelulosa. La investigación en curso en la Universidad Estatal de Fort Valley (FVSU) ha determinado que la biomasa cosechable de Paulownia elongata después de 30 meses (después de tres temporadas de crecimiento) es de casi 92 kg / árbol. En condiciones favorables, una plantación intensiva de 2000 árboles por hectárea puede producir entre 150 y 300 toneladas de madera al año, sólo 5 a 7 años después de la plantación.
Transformación genética
Los avances tecnológicos para la propagación in vitro y la mejora de los protocolos de transformación genética han acelerado el desarrollo de árboles modificados genéticamente durante los últimos 15 años. Los rasgos específicos incluyen tolerancia a herbicidas, resistencia a plagas, tolerancia al estrés abiótico, calidad y cantidad de fibra modificada y crecimiento alterado y desarrollo reproductivo.
La transformación genética de Paulownia se ha logrado utilizando tanto la transformación mediada por Agrobacterium como el bombardeo biolístico. Los brotes in vitro utilizados para el co-cultivo con Agrobacterium tumefaciens produjeron callos transgénicos después de la transferencia al medio de inducción.
En plantas transgénicas se observó resistencia a los micoplasmas que causan la enfermedad de la escoba de bruja. Otra aplicación útil de la transferencia de genes mediada por A. tumefaciens fue la introducción del gen shiva-1 que produce péptidos de cecropina que imparten una mayor resistencia al micoplasma que causa la enfermedad de la escoba de bruja de Paulownia.
Tras el desarrollo de protocolos de ingeniería genética para especies arbóreas como Paulownia, el siguiente paso para determinar la aceptabilidad de la tecnología transgénica para el mejoramiento de árboles forestales es evaluar los impactos ambientales adversos, si los hay, de la liberación en el campo de las especies modificadas genéticamente. especies.
La biotecnología forestal es un campo de interés emergente. Los protocolos existentes permiten mejorar genéticamente las variedades existentes mediante la biotecnología. Con la importancia económica actual y los usos futuros de las especies de Paulownia que se están desarrollando, está claro que la regeneración de plantas mediante micropropagación es de suma importancia. Las plantas de paulownia ahora se producen mediante cultivo de tejidos y se envían a destinos nacionales e internacionales. El potencial para la regeneración de plantas a través de organogénesis, de cotiledones e hipocotilos, así como determinados requisitos para la generación rápida de brotes adventicios a partir de las puntas de los brotes.
La introducción de genes en las células vegetales y la recuperaciónde plantas transgénicas fértiles estables es una alternativa viable a las técnicas de reproducción convencionales para realizar las modificaciones deseadas en las variedades existentes. A medida que la tecnología de aislamiento de genes, caracterización e ingeniería genética se convierte en procedimientos de rutina, las especies de árboles forestales se están convirtiendo en un objetivo importante para el mejoramiento genético mediante el mejoramiento molecular
El primer árbol modificado genéticamente (Populus) se produjo hace 20 años. A pesar de este avance, el número de especies de árboles forestales para las que se han optimizado las técnicas de transformación y regeneración sigue siendo bajo; incluyen álamo temblón, álamo, eucalipto y nogal. Recientemente, se han desarrollado protocolos de transformación y regeneración para varias gimnospermas, en su mayoría especies del género Pinus.
Una revisión de la biotecnología de Paulownia: un árbol de bioenergía multipropósito de rápido crecimiento y rotación corta 2079. En general, la regeneración eficaz de las plantas ha sido más difícil de lograr mediante la organogénesis que mediante la embriogénesis somática.
La regeneración vegetal a través de la embriogénesis somática es un método fiable para la transformación genética, ya que tiene un origen unicelular. El potencial de los cultivos en suspensión celular para la producción de embriones somáticos ofrece la posibilidad de reducir el tiempo en la obtención de semillas sintéticas, especialmente en el caso de especies arbóreas leñosas con un tiempo de generación de semillas prolongado.
Se han utilizado varios árboles forestales (álamo, coníferas) para la manipulación genética y se están probando plantas transgénicas en condiciones de campo. En última instancia, el valor real de las técnicas in vitro radica en su extensión y aplicaciones en programas de mejoramiento de árboles forestales.
Niraj Kumarmangalam Yadav1*, Brajesh Nanda Vaidya1*, Kyle Henderson1, Jennifer Frost Lee2, Whitley Marshay Stewart1, Sadanand Arun Dhekney3, Nirmal Joshee1#
1Agricultural Research Station, Fort Valley State University, Fort Valley, USA; 2Wesleyan College, Macon, USA; 3Department of Plant Sciences, University of Wyoming, Sheridan Research & Extension Center, Sheridan, USA.
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