Nuevos genes de resistencia a herbicidas.

Un método de control de malas hierbas, cuyo método comprende:

aplicar uno o más herbicidas auxínicos de piridiloxiacetato y/o fenoxiacetato a plantas que comprenden una molécula de ácido nucleico que codifica una proteína que degrada enzimáticamente uno o más herbicidas auxínicos de piridiloxiacetato y/o fenoxiacetato,

y que se hibrida en condiciones rigurosas con el complemento completo de una secuencia de las SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, o SEQ ID NO:5, o mediante la aplicación antes de la plantación de dicho herbicida a un área por plantar inmediatamente antes de la plantación con semillas de dichas plantas.

Nuevos genes de resistencia a herbicidas Antecedentes de la invención

Las malas hierbas pueden agotar rápidamente el suelo de nutrientes valiosos que necesitan los cultivos y otras plantas deseables. Hay muchos tipos diferentes de herbicidas que se utilizan actualmente para el control de las malas hierbas. Un herbicida extremadamente popular es el glifosato.

Se han desarrollado cultivos, tales como maíz, soja, colza, algodón, remolacha azucarera, trigo, césped, y el arroz, que son resistentes a glifosato. Por lo tanto, los campos con soja resistentes al glifosato de crecimiento activo, por ejemplo, se pueden pulverizar para controlar las malas hierbas sin dañar significativamente las plantas de soja.

Con la introducción de los cultivos tolerantes al glifosato (GTC) manipulados genéticamente a mediados de 199, se proporcionó a los productores una herramienta sencilla, cómoda, flexible y de bajo costo para el control de un amplio espectro de malas hierbas de hoja ancha y gramíneas sin precedentes en la agricultura. En consecuencia, los productores se apresuraron a adoptar los GTC y en muchos casos abandonan muchas de las mejores prácticas agronómicas aceptadas, tales como la rotación de cultivos, el modo de rotación de acción herbicida, mezclas de tanque, la incorporación de herramientas mecánicas con control de malas hierbas químico y de cultivo. Actualmente soja, algodón, maíz y cañóla tolerantes al glifosato están disponibles comercialmente en los Estados Unidos y otros países en el hemisferio occidental. La alfalfa fue el primer GTC perenne introducido, promoviendo la oportunidad para el uso repetido del glifosato en el mismo cultivo y campo en forma repetida durante un período de años. Más GTC (por ejemplo, trigo, arroz, remolacha azucarera, césped, etc.) están listos para su introducción en espera de aceptación en el mercado global. Muchas otras especies resistentes al glifosato están en etapas experimentales a desarrollo (por ejemplo, caña de azúcar, girasol, remolacha, guisantes, zanahoria, pepino, lechuga, cebolla, fresa, tomate y tabaco; especies forestales como el álamo y liquidámbar y especies hortícolas como la caléndula, petunia, y begonias; ver "¡sb.vt.edukfdocs/fleldtestsl.cfin, 25" sitio web). Además, el costo de glifosato se ha reducido drásticamente en los últimos años hasta el punto de que pocos programas de control de malas hierbas convencionales pueden competir eficazmente en precio y rendimiento con los sistemas GTC glifosato.

El glifosato se ha utilizado con éxito en el quemado de plantas y otras áreas no cultivadas para el control total de la vegetación durante más de 15 años. En muchos casos, como en el GTC, el glifosato se ha usado 1-3 veces al año durante 3, 5, 1, hasta 15 años en un surco. Estas circunstancias han dado lugar a un exceso de confianza en la tecnología de glifosato y GTC y han puesto una presión de selección fuerte sobre las especies de malas hierbas nativas de plantas que son naturalmente más tolerante al glifosato o que han desarrollado un mecanismo para resistir la actividad herbicida de glifosato.

El uso extensivo de los programas de control de malas hierbas al glifosato está produciendo la selección de malas hierbas resistentes al glifosato, y seleccionado para la propagación de especies de malas hierbas que son Inherentemente más tolerantes a glifosato que la mayoría de las especies blanco (es decir, cambios de malas hierbas). (Powles and Prestan, 26, Ng et al., 23; Simarmata et al., 23; Lorraine-Colwill et al., 23; Sfiligoj, 24; Mlller et al., 23; Heap, 25; Murphy et al., 22; Martin et al., 22.) a pesar de que el glifosato ha sido ampliamente utilizado en todo el mundo durante más de 15 años, se ha informado que solo un puñado de malas hierbas ha desarrollado resistencia al glifosato (Heap, 25); sin embargo, la mayoría de estas se han identificado en los últimos cinco años. Las malas hierbas resistentes incluyen especies gramíneas y de hoja ancha-Lolium rígidum, Lolium multiflorum, Eleusine indica, Sorghum halepense, Ambrosia artemisiifolia, Conyza canadensis, Conyza bonariensis, Piantago lanceolata, Amaranthus palmerii y Amaranthus rudis. Además, las malas hierbas que previamente no habían sido un problema agronómico antes de la amplia utilización de GTC se están convirtiendo en más frecuente y difícil de controlar en el contexto del GTC, que comprenden > 8% de los acres de algodón y soja U.S. y > 2% de acres de maíz U S. (Gianessi, 25). Estos cambios de malas hierbas están ocurriendo predominantemente con (pero no exclusivamente) malas hierbas de hoja ancha difíciles de controlar. Algunos ejemplos Incluyen especies de Ipomoea, Amaranthus, Chenopodium, Taraxacum, y Commelina.

En las áreas donde los productores se enfrentan con las malas hierbas resistentes al glifosato o un cambio a especies de malas hierbas más difíciles de controlar, los productores pueden compensar las debilidades de glifosato mediante mezcla en tanque o alternando con otros herbicidas que controlarán las malas hierbas perdidas. Un compañero de la mezcla de tanque popular y eficaz para el control de los escapes al control de las malas hierbas de hoja ancha en muchos casos ha sido ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D). 2,4-D se ha utilizado agronómicamente y en situaciones que no son de cultivo para un control de malas hierbas de hoja ancha de amplio espectro durante más de 6 años. Se han informado casos individuales de especies más tolerantes, pero el 2,4-D aún es uno de los herbicidas más ampliamente utilizados. Una limitación al uso adicional de 2,4-D es que su selectividad en cultivos de dicotiledóneas como la soja o algodón es muy pobre, y por lo tanto 2,4-D no se utiliza típicamente en (y generalmente no cerca de) los cultivos de dicotiledóneas sensibles. Además, el uso de 2,4-D en los cultivos de gramíneas es un poco limitado por la naturaleza del daño al cultivo que se puede producir. 2,4-D en combinación con el glifosato se ha utilizado para proporcionar un tratamiento de quemado más robusto antes de plantar sin labranza soja y algodón; sin embargo, debido a la sensibilidad de estas especies dicotiledóneas al 2,4-D, estos

tratamientos de quemados se deben producir al menos 14-3 días antes de la siembra (Agriliance, 25).

2.4- D está en la clase de herbicidas fenoxiácido, como es MCPA. 2,4-D se ha utilizado en muchos cultivos de monocotiledóneas (tales como maíz, trigo y arroz) para el control selectivo de malas hierbas de hoja ancha sin dañar gravemente las plantas de cultivo deseadas. 2,4-D es un derivado de la auxlna sintética que actúa para desregular la homeostasis de las células normales-hormona e Impedir el crecimiento equilibrado y controlado; sin embargo, todavía no se sabe el modo exacto de acción. Trlclopir y fluroxipir son herbicidas de ácido plrldlloxiacético cuyo modo de acción es también como una auxina sintética.

Estos herbicidas tienen diferentes niveles de selectividad en ciertas plantas (por ejemplo, las dicotiledóneas son más sensibles que los pastos). El metabolismo diferencial por diferentes plantas es una explicación de los diversos niveles de selectividad. En general, las plantas metabolizan lentamente 2,4-D, por lo que la variación de la respuesta de la planta al 2,4-D se puede explicar más probablemente por diferentes actividades en el sitio blanco (s) (WSSA, 22). El metabolismo de la planta del 2,4-D se produce normalmente a través de un mecanismo de dos fases, típicamente hidroxilación seguida por la conjugación con aminoácidos o glucosa (WSSA, 22).

Con el tiempo, las poblaciones microbianas han desarrollado una vía alternativa y eficiente, para la degradación de este xenobiótico en particular, lo que produce la mlnerallzaclón completa de 2,4-D. Sucesivas aplicaciones del herbicida seleccionado para los microbios pueden utilizar el herbicida como fuente de carbono para el crecimiento, lo les proporciona una ventaja competitiva en el suelo. Por esta razón, 2,4-D actualmente formulado tiene una vida media en el suelo relativamente corta, y no se encuentra ningún efecto de arrastre significativo para los cultivos subsiguientes. Esto se suma a la utilidad herbicida del 2,4-D.

Un organismo que ha sido ampliamente investigado por su capacidad para degradar el 2,4-D es Ralstonia eutropha (Streber et al., 1987). El gen que codifica para la primera etapa enzimática en la vía de la mineralización es tfdA. Ver la Patente U.S N° 6.153.41 y GENBANK Acc. No. M1673. TfdA cataliza la conversión de ácido 2,4-D a diclorofenol (DCP) por medio de una reacción de dioxigenasa dependiente de a-cetoglutarato (Smejkal et al., 21). DCP tiene, poca actividad herbicida en comparación con el 2,4-D. TfdA se ha utilizado en plantas transgénicas para conferir resistencia... [Seguir leyendo]

1. Un método de control de malas hierbas, cuyo método comprende:

aplicar uno o más herbicidas auxínicos de piridiloxiacetato y/o fenoxiacetato a plantas que comprenden una molécula de ácido nucleico que codifica una proteína que degrada enzimáticamente uno o más herbicidas auxínicos de piridiloxiacetato y/o fenoxiacetato, y que se híbrida en condiciones rigurosas con el complemento completo de una secuencia de las SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, o SEQ ID NO:5, o mediante la aplicación antes de la plantación de dicho herbicida a un área por plantar inmediatamente antes de la plantación con semillas de dichas plantas.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicha proteína es al menos 95% idéntica a una secuencia seleccionada del grupo que consiste en las SEQ ID NO:2 y SEQ ID NO:4,

3. El método de la reivindicación 1, en el que dichas semillas comprenden un segundo polinucleótido que codifica una segunda proteína que degrada enzimáticamente un segundo herbicida, y dicho método comprende aplicar dicho segundo herbicida a dicha área.

4. El método de la reivindicación 3, en el que dichas semillas o plantas comprenden un tercer polinucleótido que codifica una tercera proteína que degrada enzimáticamente un tercer herbicida, y dicho método comprende aplicar dicho tercer herbicida a dicha área.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dicho herbicida de ariloxialcanoato es 2,4-D.

6. El método de la reivindicación 3, en el que dicho segundo herbicida es glifosato.

7. El método de la reivindicación 3, en el que dicho herbicida ariloxialcanoato es 2,4-D y dicho segundo herbicida es glifosato.

8. El método de la reivindicación 7, en el que dicho 2,4-D y dicho glifosato se aplican desde una mezcla de tanque.

9. El método de la reivindicación 4, en el que dicho tercer herbicida se selecciona del grupo que consiste en

glufosinato y dicamba.

1. El método de la reivindicación 1, en el que dichas semillas son semillas de una planta de cultivo.

11. El método de la reivindicación 1, en el que dicha planta es una dicotiledónea.

12. Un polinucleótido aislado que codifica una proteína que degrada enzimáticamente uno o más herbicidas auxínicos de piridiloxiacetato y/o fenoxiacetato, en el que dicho polinucleótido está unido operativamente a un promotor que es funcional en una célula de planta y en el que una molécula de ácido nucleico que codifica dicha proteína híbrida en condiciones rigurosas con el complemento completo de una secuencia seleccionada del grupo que consiste en SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, y SEQ ID NO:5.

13. El polinucleótido de la reivindicación 12, en el que dicha proteína es al menos 95% idéntica a una secuencia seleccionada del grupo que consiste en la SEQ ID NO: 2 y SEQ ID NO: 4.

14. El polinucleótido de la reivindicación 12, en el que dicho polinucleótido comprende una composición de codón no nativo que tiene un sesgo hacia el uso de codón de planta para aumentar la expresión de dichos polinucleótidos en una planta.

15. El polinucleótido de la reivindicación 14, en el que dicha composición de codón está sesgada hacia el uso de codón de planta dicotiledónea.

16. El polinucleótido de la reivindicación 12, en el que dicho promotor es un promotor de planta.

17: El polinucleótido de la reivindicación 12, en el que dicho promotor es un promotor de virus de planta.

18. Una célula de planta que comprende un polinucleótido de la reivindicación 12.

19. Una planta que comprende una pluralidad de células de la reivindicación 18.

2. La planta de la reivindicación 19, en la que dicha planta es una dicotiledónea.

21. La planta de la reivindicación 19, en la que dicha planta es una planta de soja.

22. El método de la reivindicación 1, en el que

(a) dicho herbicida de ácido fenoxiacético se selecciona del grupo que consiste en 2,4-D y MCPA; y

(b) dicho herbicida de ácido piridiloxiacético se selecciona del grupo que consiste en triclopir y fluroxipir.

23. El método de la reivindicación 1, en el que un herbicida de fenoxiacetato y un herbicida de piridiloxiacetato se aplican a dicha área.

24. El método de la reivindicación 11, en el que dicha planta es una planta de soja.

25. El método de la reivindicación 1, en el que dicho método comprende cultivar plantas de cultivo, de dichas

semillas en dicha área.