Plantas que tienen características de crecimiento modificadas y método para producir las mismas.

Método para aumentar el rendimiento de semillas en comparación con plantas de tipo natural correspondientes,

que comprende introducir y sobreexpresar en una planta un ácido nucleico aislado que codifica para unametalotioneína que comprende la secuencia consenso MSC-CGG(N/S)CGCG(T/S/A)(G/A/S)C(K/Q/S)C.

Plantas que tienen características de crecimiento modificadas y método para producir las mismas Campo de la invención La presente invención se refiere a un método para aumentar el rendimiento de semillas en plantas. Más específicamente, la presente invención se refiere a un método para aumentar el rendimiento de semillas en plantas, que comprende la introducción y la sobreexpresión en una planta de un ácido nucleico que codifica para una proteína metalotioneína tal como se describe en el presente documento. La presente invención también se refiere a plantas que tienen un aumento de la expresión de una secuencia de ácido nucleico que codifica para una metalotioneína, plantas que tienen un aumento del rendimiento de semillas con relación a plantas de tipo natural correspondientes. También se describen en el presente documento constructos adecuados para su uso en los métodos de la invención.

Antecedentes de la invención Algunos metales pesados, particularmente cobre y zinc, son micronutrientes esenciales que desempeñan un papel en una gama de procesos fisiológicos de plantas a través de la acción de enzimas dependientes de Cu y Zn. Estos y otros iones de metales pesados no esenciales, tales como cadmio, plomo y mercurio, son altamente reactivos y, por consiguiente, pueden ser tóxicos para las células vivas. Por tanto, las plantas, como todos los organismos vivos, han desarrollado una serie de mecanismos que controlan y responden a la captación y acumulación de metales pesados tanto esenciales como no esenciales. Estos mecanismos incluyen la quelación y el secuestro de metales pesados por ligandos particulares. Los dos ligandos de unión a metales pesados mejor caracterizados en células vegetales son las fitoquelatinas (PC) y las metalotioneínas (MT) . Las MT son polipéptidos ricos en cisteína codificados por una familia de genes. En cambio, las PC son una familia de péptidos ricos en cisteína sintetizados enzimáticamente.

Las metalotioneínas, productos de la traducción de ARNm, son proteínas de unión a metales, ricas en cisteína, de bajo peso molecular. Las proteínas y los genes de MT se encuentran en la totalidad de los reinos animal y vegetal así como en la procariota Synechococcus. El gran número de residuos de cisteína en las MT se unen a una variedad de metales mediante enlaces mercáptido. Las MT contienen normalmente dos dominios ricos en cisteína, de unión a metales que proporcionan a estas metaloproteínas una conformación en forma de pesa de gimnasia. Los datos disponibles en la actualidad tienden a respaldar un papel de las MT en la tolerancia al cobre (como las PC protegen frente al cadmio) .

La clasificación de las proteínas MT se basa en la disposición de los residuos de Cys. Cobbett y Goldsbrough (Annu Rev Plant Biol. 53, 159-82, 2002) distinguen cuatro clases: de tipo 1 a tipo 4. Las MT de tipo 2 contienen dos dominios ricos en cisteína separados por un espaciador de aproximadamente 40 aminoácidos, estando presente el primer par de cisteínas como un motivo Cys-Cys en las posiciones de aminoácido 3 y 4. Además, las secuencias del dominio N-terminal de las MT de tipo 2 (MSC-CGGNCGCS-) están altamente conservadas. Arabidopsis, el arroz y la caña de azúcar contienen genes que codifican para los cuatro tipos de las MT. Pueden realizarse observaciones generales acerca del patrón de expresión de estos genes. Las MT de tipo 4 están restringidas en el desarrollo de semillas. La expresión de MT de tipo 1 tiende a ser mayor en raíces que en brotes, mientras que generalmente se observa lo contrario para las MT de tipo 2. Las MT de tipo 3 se expresan en frutos carnosos o en hojas de plantas que producen frutos no carnosos (como Arabidopsis) . Diversos factores ambientales influyen en la expresión de estos genes.

Se han producido plantas transgénicas que expresan GUS bajo el control del promotor AtMT2a. En plantas jóvenes, sólo se encontró tinción en los cotiledones y puntas radiculares laterales. Se observó actividad GUS en plantas de más edad en la base de tricomas, en hidátodos, sépalos, anteras, estigma, puntas radiculares y tejidos vasculares en puntos de ramificación de raíces laterales. A medida que envejecieron las hojas, aumentó la tinción con GUS.

Se han producido plantas transgénicas que expresan MT que sirven para dos fines:

1) Fitorremediación de suelos contaminados con metales pesados: plantas transgénicas de tabaco y Brassica, modificadas mediante ingeniería genética para sobreexpresar MT, que resisten moderadamente la toxicidad de metales pesados como cadmio (Suh et al., Mol Cells. 8, 678-684, 1998) .

2) Mejora de la calidad nutricional, cuando se coexpresan en arroz con fitasa y ferritina, para mejorar la dieta de hierro en seres humanos. La proteína de tipo metalotioneína, rica en cisteína, (un aminoácido rico en azufre) ayuda en la absorción de hierro por el sistema digestivo de seres humanos (Potr y kus I (2002) Nutritional improvement of rice to reduce malnutrtion in developing countries. En “Plant Biotechnology 2002 y Beyond” I.K. Vasil (ed.) págs. 401406) .

La solicitud de patente PCT publicada número WO 98/36084 a nombre de Agricola Technologies Inc. describe el crecimiento potenciado de plantas usando genes que codifican para proteínas de unión a metales, tales como metalotioneína. Sin embargo, la inspección más detenida de la solicitud de patente parece sugerir que los genes que codifican para metalotioneínas necesitarían expresarse en combinación con otros genes para que se produzca el crecimiento potenciado de plantas.

Dada la población mundial cada vez mayor, sigue siendo un objetivo principal de la investigación agrícola mejorar la eficacia de la agricultura y aumentar la diversidad de plantas en horticultura. Los medios convencionales para las mejoras de cultivos y en horticultura utilizan técnicas de reproducción selectiva para identificar plantas que tienen características deseables. Sin embargo, tales técnicas de reproducción selectiva tienen varios inconvenientes, concretamente que estas técnicas requieren normalmente mucha mano de obra y dan como resultado plantas que contienen a menudo complementos genéticos heterogéneos que pueden no dar siempre como resultado el rasgo deseable que se transmite desde las plantas parentales. Los avances en la biología molecular han permitido a la humanidad manipular el germoplasma de animales y plantas. La ingeniería genética de plantas conlleva el aislamiento y la manipulación de material genético (normalmente en forma de ADN o ARN) y la posterior introducción de ese material genético en una planta. Tal tecnología ha conducido al desarrollo de plantas que tienen diversos rasgos económicos, agronómicos u hortícolas mejorados. Un rasgo de particular interés económico es un alto rendimiento.

Descripción detallada Se ha descubierto ahora sorprendentemente que la sobreexpresión en una planta de un ácido nucleico que codifica para una proteína metalotioneína tal como se describe en el presente documento da lugar a plantas que tienen el aumento del rendimiento de semillas. Por tanto según la presente invención se proporciona un método para aumentar el rendimiento de semillas, que comprende introducir y sobreexpresar en una planta un ácido nucleico aislado que codifica para una proteína metalotioneína tal como se describe en el presente documento.

También se describe la introducción de una modificación genética en una planta y la selección de la expresión modulada en una planta de un ácido nucleico que codifica para una proteína metalotioneína, siempre que el crecimiento y el desarrollo modificados no sean el aumento de la acumulación de metales o el aumento de la tolerancia o la resistencia al estrés abiótico. Con el aumento de la acumulación de metales quiere decirse cualquier captación de metales para el fin de la biorremediación o para mejorar la calidad nutricional de plantas. En particular, se prevé la captación de metales pesados o hierro. El término estrés abiótico significa estreses provocados por sal, frío o presión osmótica e incluye también estrés oxidativo.

Se describen en el presente documento métodos que engloban una modificación genética de una planta o una célula vegetal. El término “modificación genética” se refiere a un cambio mediante intervención humana en el contenido genético de una célula en comparación con una célula de tipo natural e incluye técnicas como ingeniería genética, reproducción o mutagénesis. El cambio en el contenido genético comprende modificaciones del genoma e incluye adición, deleción y sustitución de material genético en los cromosomas de una célula vegetal así como en episomas. El término también engloba... [Seguir leyendo]

1. Método para aumentar el rendimiento de semillas en comparación con plantas de tipo natural correspondientes, que comprende introducir y sobreexpresar en una planta un ácido nucleico aislado que codifica para una metalotioneína que comprende la secuencia consenso MSC-CGG (N/S) CGCG (T/S/A) (G/A/S) C (K/Q/S) C.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicho aumento del rendimiento de semillas comprende el aumento del número total de semillas y/o el aumento del peso total de semillas, en comparación con plantas de tipo natural correspondientes.

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que la expresión de dicho ácido nucleico que codifica para una proteína metalotioneína está dirigida por un promotor constitutivo, preferiblemente el promotor GOS2 del arroz.

4. Método para la producción de una planta transgénica que tiene un aumento del rendimiento de semillas según la reivindicación 1, comprendiendo el método:

(i) introducir en una planta o célula vegetal una secuencia de ácido nucleico según la reivindicación 1;

(ii) regenerar y/o hacer crecer una planta a partir de una célula de planta transgénica.

5. Uso de una secuencia de ácido nucleico que codifica para una metalotioneína según la reivindicación 1, en el 15 aumento del rendimiento de semillas en plantas.

6. Uso de una proteína metalotioneína según la reivindicación 1, en el aumento del rendimiento de semillas en plantas.

7. Uso según la reivindicación 5 ó 6, en el que dicho aumento del rendimiento de semillas comprende el aumento del

número total de semillas y/o el aumento del peso total de semillas, en comparación con plantas de tipo natural 20 correspondientes.