Gen OCP3 de Arabidopsis Thaliana y su mutación recesiva ocp3, y su uso como regulador de la resistencia en plantas a enfermedades producidas por patógenos fúngicos necrotróficos.

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico de la biotecnología vegetal, y en concreto se refiere al gen OCP3 de Arabidopsis y su mutación ocp3, así como su función en la regulación de la resistencia a enfermedades producidas por patógenos necrotróficos, y sus aplicaciones en la generación de plantas transgénicas resistentes a este tipo de patógenos

Gen OCP3 de Arabidopsis thaliana y su mutación recesiva ocp3, y su uso como regulador de la resistencia en plantas a enfermedades producidas por patógenos fúngicos necrotróficos.

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico de la biotecnología vegetal, y en concreto se refiere al gen OCP3 de Arabidopsis y su mutación ocp3, así como su función en la regulación de la resistencia a enfermedades producidas por patógenos necrotróficos, y sus aplicaciones en la generación de plantas transgénicas resistentes a este tipo de patógenos.

Estado de la técnica

Las plantas reaccionan al ataque por microorganismos fitopatógenos con una serie de respuestas inducibles que conducen a la expresión local y sistémica de un amplio espectro de defensas antimicrobianas. Estas incluyen el fortalecimiento de barreras mecánicas, estallido oxidativo, producción de novo de compuestos antimicrobianos y la inducción del mecanismo de respuesta hipersensible (HR), donde el tejido que rodea al sitio de infección muere y a su vez limita el crecimiento del patógeno impidiendo su extensión (Hammond-Kosack y Parker, (2003) Deciphering plant-pathogen communication: fresh perspectives for molecular resistance breeding. Curr. Op. Biotechnol. 14, 177-193).

Nuestra comprensión de cómo las plantas activan las respuestas de defensa se ha desarrollado substancialmente, y esto en parte se ha facilitado por la clonación y caracterización de factores de resistencia a enfermedades de las plantas que reconocen los factores avirulentos correspondientes del patógeno para inducir la respuesta hipersensible o HR (Dangl y Jones, (2001) Plant pathogens and integrated defence responses to infection. Nature 411, 826-33).

La inducción de la respuesta hipersensible a menudo está asociada con el desarrollo de resistencia sistémica adquirida (SAR), otra respuesta de defensa bien estudiada que proporciona una protección duradera en toda la planta contra un amplio espectro de patógenos (Durrant y Dong, (2004) Systemic acquired resistance. Ann. Rev. Phytopathol. 42, 185-209).

El aislamiento y análisis de mutantes con respuestas de defensa alteradas (Durrant y Dong, 2004; Kunkel y Brooks, (2002) Cross talk between signaling pathways in pathogen defense. Curr. Op. Plant Biol. 5, 325-331) están ayudando a la caracterización de componentes celulares implicados en la transducción de señales y a la comprensión del papel de las moléculas señal de defensa de las plantas. Estos estudios tienen una importancia primordial para comprender el acoplamiento de reconocimiento de patógenos a la activación de respuestas de defensa en la planta. El ácido salicílico (SA), un derivado de ácido benzoico, es una molécula señal central que media diferentes aspectos de las respuestas HR y SAR. Desde hace mucho tiempo se ha demostrado que la síntesis y acumulación del ácido salicílico es indispensable para crear una respuesta de defensa eficaz contra oomicetes y patógenos bacterianos (Gaffney, T., Friedrich, L., Vernooij, B., Negretto, D., Nye, G., Uknes, S., Ward, E., Kessmann, H., and Ryals, J. (1993). Requirement of salicylic acid for induction of systemic acquired resistance. Science 261, 754-756). y su señalización está mediada en su mayor parte por una proteína de repetición de anquirina, NPRI/NIM1 (Cao, H., Glazebrook, J., Clarke, J.D., Volko, S., and Dong, X (1997). The Arabidopsis NPR1 gene that controls systemic acquired resistance encodes a novel protein containing ankyrin repeats. Cell 88, 57-63) aunque, se han propuesto y se han identificado genéticamente rutas independientes de NPR1 para canalizar la señalización por ácido salicílico (Clarke, J.D., Liu, Y., Klessig, D.F., and Dong, X (1998). Uncoupling PR gene expression from NPRI and bacterial resistance: Characterization of the dominant Arabidopsis cpr6-1 mutant. Plant Cell 10, 557-569; Clarke, J.D., Volko, S.M., Ledford, H., Ausubel, F.M., and Dong, X (2000). Roles of Salicylic Acid, Jasmonic Acid, and Ethylene in cpr-Induced Resistance in Arabidopsis. Plant Cell 12, 2175-2190; Mayda, E., Mauch-Mani, B., and Vera, P. (2000). The Arabidopsis dth9 mutant is compromised in systemic acquired resistance without affecting SA-dependent responses. Plant Cell 12, 2119-2128; Shah, J., Kachroo, P., and Klessig, D.F. (1999). The Arabidopsis ss1 mutation restores pathogenesis-related gene expression in npr1 plants and renders defensin gene expression salicylic acid dependent. Plant Cell 11, 191-206).

Además del ácido salicílico, se ha demostrado que otras moléculas de señalización tales como el ácido jasmónico (JA) y el etileno (ET), solos o en combinación concertada, regulan otros aspectos distintos de las respuestas de defensa de las plantas (Kunkel y Brooks, 2002; Turner, J.G., Ellis, C., and Devoto, A. (2002). The jasmonate signal pathway. Plant Cell (suppl), S153-S164.), y también se han proporcionado indicios genéticos de esta implicación en la respuesta a patógenos fúngicos. Por ejemplo, ciertos mutantes de Arabidopsis que no pueden producir ácido jasmónico (por ejemplo, un mutante triple fad3 fad7 fad8), o que no pueden percibir esta hormona (por ejemplo, coi1, jin1 o jar1/jin4) tuvieron una susceptibilidad alterada a diferentes patógenos necrotróficos (Kunkel y Brooks, 2002; Lorenzo O., Chico, J.M., Sanchez-Serrano, J.J., Solano, R. (2004). JASMONATE-INSENSITIVE1 Encodes a MYC Transcription Factor Essential to Discriminate between Different Jasmonate-Regulated Defence Responses in Arabidopsis. Plant Cell 16, 1938-1950; Staswick, P.E., Yuen, G.Y., and Lehman, C. C. (1998). Jasmonate signaling mutants of Arabidopsis are susceptible to the soil fungus Pythium irregulare. Plant J. 15, 747-54; Thomma, B.P.H.J., Eggermont, K. Penninckx, I.A.MA., Mauch-Mani, B., Vogelsang, R., Cammue, B.P.A. and Broekaert, WF. (1998). Separate jasmonate-dependent and salicylate-dependent defense-response pathways in Arabidopsis are essential for resistance to distinct microbial pathogens. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 15107-11; Thomma, B,P., Penninckx, LA., Broekaert, W.F., and Cammue, B.P. (2001). The complexity of disease signaling in Arabidopsis. Curr Opin Immunol. 13, 63-68; Vijayan P, Shockey J, Levesque CA, Cook RJ. Browse J. (1998). A role for jasmonate in pathogen defense of Arabidopsis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 95, 7209-7214).

Además, durante la respuesta de resistencia a enfermedades, se ha descrito una relación antagonista mutua entre las rutas de señalización por ácido salicílico y ácido jasmónico (Kunkel y Brooks, 2002). A este respecto, los mutantes de Arabidopsis con deficiencias en la acumulación de ácido salicílico (SA) (por ejemplo, pad4 y eds1) o con una alteración en la respuesta al ácido salicílico (por ejemplo, npr1) presentan una mejor inducción de genes que responden al ácido jasmónico (JA) (Penninckx, I.A., Eggermont, K., Terras, F.R., Thomma, B.P., De Samblanx, G. W, Buchala, A., Metraux, J.P., Manners, J.M., Broekaert, WF. (1996). Pathogen-induced systemic activation of a plant defensin gene in Arabidopsis follows a salicylic acid-independent pathway. Plant Cell 8, 2309-23; Clarke et al., 1998; Gupta, V, Willits, M G., and Glazebrook, J. (2000). Arabidopsis thaliana EDS4 contributes to salicylic acid (SA)-dependent expression of defense responses: evidence for inhibition of jasmonic acid signaling by SA. Mol. Plant Microbe Interact. 13, 503-511).

Se ha postulado que la supresión normal de los genes de respuesta a JA por SA se regula por la diferente localización celular de la proteína NPR1 (Spoel, S.H., Koornneef, A., Claessens, S.M.C., Korzelius, J.P., van Pelt, J.A., Mueller, M.J., Buchala, A.J., Metraux, J., Brown, R., Kazan, K., Van Loon, L. C., Dong, X, and Pieterse, C.M.J. (2003). NPR1 modulates cross-talk between salicylate- and jasmonate-dependent defense pathways through a novel function in the cytosol. Plant Cell 15; 760-770).

De forma similar, ciertos estudios genéticos proporcionan indicios que indican que la señalización con JA también puede controlar negativamente la expresión de genes que responden a SA en Arabidopsis (Petersen, M, Brodersen, P., Naested, H., Andreasson, E., Lindhart, U., Johansen, B., Nielsen, H.B., Lacy, M., Austin, M.J., Parker, J.E., Sharma, S.B., Klessig, D.F., Martienssen, R., Mattsson, O., Jensen, A.B., and Mundy J. (2000). Arabidopsis MAP Kinase 4 Negatively Regulates Systemic Acquired Resistance. Cell 103, 1111-1120; Kloek et al., 2001; Li, J., Brader, G., and Palva, E.T. (2004). The WRKY70 Transcription Factor: A Node of Convergence...