Planta con resistencia a estrés por bajas temperaturas y método de producción de la misma.

La presente invención está relacionada con un método de producción de plantas con resistencia mejorada a estrés por bajas temperaturas

, comprendiendo la etapa de transformación de células de unaplanta con una secuencia del gen exógeno ADC1 de la arginina descarboxilasa bajo el control de un promotor capaz de funcionar en la planta. Las plantas así obtenidas muestran resistencia a estréspor bajas temperaturas sin ser afectado el fenotipo cuando se compara con el fenotipo de las plantas de tipo silvestre.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/ES2009/000363.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE BARCELONA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ALTABELLA ARTIGAS,TERESA, FERRANDO MONLEON,ALEJANDRO, FERNANDEZ TIBURCIO,ANTONIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA > AGRICULTURA; SILVICULTURA; CRIA; CAZA; CAPTURA; PESCA > NOVEDADES VEGETALES O PROCEDIMIENTOS PARA SU OBTENCION;... > A01H5/00 (Plantas con flores, es decir, angiospermas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS... > Técnicas de mutación o de ingeniería genética;... > C12N15/82 (para células vegetales)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS... > Enzimas, p. ej. ligasas (6.; Proenzimas; Composiciones... > C12N9/88 (Liasas (4.))

PDF original: ES-2543382_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Planta con resistencia a estrés por bajas temperaturas y método de producción de la misma.

La presente invención está relacionada con plantas que tienen resistencia mejorada a bajas temperaturas. Además, 5 la presente invención describe un método para la producción de dichas plantas.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Las plantas se adaptan a diferentes tipos de estrés ambiental tales como la temperatura de su hábitat. Sin embargo, 10 en condiciones de estrés por temperatura, por ejemplo, las plantas son susceptibles al calor o a temperaturas frías cuando están expuestas a ambientes por encima o por debajo de su temperatura óptima de crecimiento máxima o mínima, lo que lleva a su debilidad debida a la pérdida gradual o súbita de las funciones fisiológicas de las células.

Se han realizado esfuerzos para ampliar la adaptación de las plantas a la temperatura mediante procedimientos de 15 mejora tales como la selección o cruzamiento con el objeto de utilizar plantas silvestres adaptadas a diferentes temperaturas ambientales como cultivos comestibles, plantas de horticultura, y similares. El período en el que pueden cultivarse verduras, flores y plantas ornamentales, árboles frutales y similares se ha expandido mediante estos procedimientos de mejora, así como mediante horticultura protegida.

Las poliaminas, término general aplicado a hidrocarburos alifáticos con 2 o más grupos amino primarios, son sustancias naturales ubicuas en los organismos, con más de 20 tipos descubiertos hasta el momento. Las poliaminas típicas incluyen la putrescina, la espermidina y la espermina. Las enzimas conocidas relacionadas con el metabolismo de poliaminas implicadas en la biosíntesis de las poliaminas mencionadas incluyen la arginina descarboxilasa (ADC) , la ornitina descarboxilasa (ODC) , la S-adenosil-metionina descarboxilasa (SAMDC) , la 25 espermidina sintasa (SPDS) , y la espermina sintasa (SPMS) . Recientemente se ha publicado que algunas de las enzimas relacionadas con el metabolismo de poliaminas están implicadas en diferentes tipos de estrés ambiental.

La solicitud de patente europea EP 1.329.153 enseña que en tejidos vegetales que exhiben resistencia a estrés por frío, se incrementa el contenido de espermidina y espermina. En esta solicitud de patente se ejemplifica que 30 introduciendo el gen de la espermidina sintasa en una planta, se incrementan los niveles de espermidina y espermina. Cuando la planta transgénica se sometió a bajas temperaturas, se confirmó que tenía mayor resistencia a estrés por frío.

La solicitud de patente de número US 2006/0225154 enseña que los niveles de espermidina, espermina y putrescina 35 están incrementados cuando una planta se transforma con un gen espermidina sintasa. Esta solicitud de patente indica que el efecto de la defensa a estrés por bajas temperaturas puede ser implementada en la planta introduciendo el gen de la espermidina sintasa.

Respecto a la utilización del gen ADC para conferir resistencia a estrés por frío en plantas, es destacable el hecho 40 de que en la familia de las Brassicaceae, el gen ADC parece estar duplicado, dando lugar así a dos parálogos, denominados generalmente ADC1 y ADC2 (cfr. Galoway et al., "Phylogenetic utility of the nuclear gene Arginine Decarboxylase: an example from Brassicaceae", Molecular Biology and Evolution, 1998, v. 15, p.1312-1320) . Se han estudiado las diferentes funciones desempeñadas por cada uno de los parálogos.

En Hummel I. et al. (cfr. Hummel et al, "Differetial expresión of ARGININE DECARBOXYLASE ADC1 y ADC2 in Arabidopsis thaliana: characterization of transcriptional regulation during seed germination and seedling development", New Phytologist, 2004, v. 163, p. 519-531) , se estudiaron las actividades de los promotores de ADC1 y ADC2 en plantas transformadas de forma estable. En este estudio, se demostró que el frío tenía un poderoso efecto en la actividad de los promotores de ADC1 y ADC2. Se concluyó que en Arabidopsis la respuesta de 50 poliaminas al frío se demuestra que correlaciona con la activación transcripcional del promotor de ADC1.

En Alcázar et al. (Alcazar et al., "Overexpression of ADC2 in Arabidopsis induces dwarfism and late-flowering through GA deficiency", The Plant Journal, 2005, v. 43, p. 425-436) se generó una planta transgénica de Arabidopsis. La planta transgénica sobreexpresaba el gen ADC2, dando lugar a una acumulación de putrescina, sin 55 afectar los niveles de espermidina o espermina. Además, las plantas sobreexpresoras de ADC2 mostraron enanismo y retraso en la floración.

A pesar de los esfuerzos realizados en el estado de la técnica, la búsqueda de nuevas plantas con resistencia mejorada a estrés y de métodos para su obtención es todavía un campo activo. 60

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Los inventores de la presente invención han encontrado que introduciendo en una planta una secuencia del gen ADC1, la planta transgénica resultante presenta resistencia a estrés por baja temperatura. Además, el fenotipo de la 5 planta transgénica no difiere del fenotipo de la planta de tipo silvestre, tal como se ilustra más abajo.

En Alcázar et al. (ver más arriba) , se describió que sobreexpresando el gen ADC2 (el parálogo del gen ADC1) , la planta transgénica resultante experimentaba cambios en su fenotipo (tales como enanismo) y en su crecimiento (retraso en la floración) . 10

Por otra parte, en Hummel I. et al. (ver más arriba) se menciona que el efecto del frío estaba correlacionado con cambios en los niveles de RNAm, y era coherente con la presencia específica de dos copias de un elemento de respuesta a bajas temperaturas en el promotor de ADC1 y con el impacto potencial del elemento transponible en la expresión del gen, ya que una copia de este elemento de respuesta a temperaturas bajas forma parte del elemento 15 transponible de ADC1.

Sorprendentemente, se ha encontrado que la sobreexpresión de ADC1 confiere a la planta resistencia a estrés por las bajas temperaturas y no afecta al fenotipo o crecimiento de la planta transgénica.

Además, y tal como se ilustra más abajo, la resistencia a estrés por bajas temperaturas se consigue por sobreexpresión del gen ADC1, independientemente del promotor utilizado para su expresión. Tal como se muestra más abajo, la construcción utilizada para introducir el gen ADC1 en la planta comprendía un promotor constitutivo distinto al promotor ortólogo del gen. Por tanto, los inventores de la presente invención han encontrado que el factor relevante para conferir resistencia a estrés por bajas temperaturas es la sobreexpresión del gen ADC1, 25 independientemente de si el promotor ortólogo de ADC1 está presente en la construcción utilizada para transformar la planta.

Por otra parte, los inventores han descubierto que cuando el gen ADC1 se sobreexpresa en la planta: a) hay una acumulación de putrescina; b) el nivel de espermidina casi no cambia; y c) el nivel de espermina se reduce (niveles 30 comparados con una planta de tipo silvestre) . Este descubrimiento contraviene las divulgaciones realizadas en el estado de la técnica utilizando otro gen de síntesis de poliaminas (i.e. el gen espermidina sintasa) , en el que los efectos observados se basaban en un incremento de espermidina y/o espermina como consecuencia de la acumulación de putrescina, o una producción estable de las poliaminas mencionadas.

Así, en un primer aspecto la presente invención se refiere a un método de producción de plantas con resistencia mejorada a estrés por bajas temperaturas, que comprende el paso de la transformación de células de una planta con una secuencia exógena del gen ADC1 de la arginina descarboxilasa bajo el control de un promotor capaz de funcionar en la planta.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para producir plantas con resistencia mejorada a estrés por bajas temperaturas, que comprende la etapa de transformar células de una planta con una secuencia exógena del gen ADC1 de la arginina descarboxilasa bajo el 5 control de un promotor capaz de funcionar en la planta.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de regenerar las plantas a partir de las células transformadas.

3. Método según las reivindicaciones 1 ó 2, donde la secuencia exógena tiene una secuencia seleccionada del grupo que consiste en:

a) una secuencia de nucleótidos que comprende la secuencia SEC ID NO: 1;

b) una secuencia de nucleótidos que codifica una secuencia de aminoácidos que comprende la 15 secuencia SEC ID NO: 2;

c) una secuencia de nucleótidos que hibrida con SEC ID NO: 1, o una secuencia complementaria de la misma, en condiciones severas y codifica una proteína que tiene actividad arginina descarboxilasa, y d) una secuencia de nucleótidos que codifica para una proteína con actividad arginina descarboxilasa, que comprende la secuencia (a) con una o más bases delecionadas, sustituidas, insertadas o añadidas. 20

4. Método según la reivindicación 3, donde la secuencia exógena tiene la secuencia SEC ID NO: 1.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el nivel de expresión del gen exógeno de la arginina descarboxilasa ADC1 se incrementa en las células transformadas. 25

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el nivel de expresión del gen exógeno de la arginina descarboxilasa ADC1 se sobreexpresa en las células transformadas.

7. Planta transformada obtenible por el método según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6. 30

8. Uso de la secuencia del gen de la arginina descarboxilasa ADC1 para conferir resistencia a estrés por baja temperatura a una planta.