PLANTAS QUE TIENEN CARACTERISTICAS DE CRECIMIENTO MEJORADAS Y METODO PARA HACER LAS MISMAS.

Método para incrementar el rendimiento en crecimiento de plantas bajo condiciones sin tensión con relación a plantas de control,

que comprende introducir y expresar en una planta una molécula de ácido nucleico SnRK2 aislada que codifica un polipéptido SnRK2 que comprende lo siguiente:

(i)un dominio quinasa serina/treonina funcional;

(ii)la secuencia distintiva conservada W(F/Y)(L/M/R/T)(K/R)(N/G/R) (UP/I)(P/L)(AIGN/R/K/1)(D/EN) (SEQ ID NO: 6); y

(iii)un dominio de terminal C ácido que parte del último residuo de la SEQ ID NO: 6

Plantas que tienen características de crecimiento mejoradas y método para hacer las mismas.

La presente invención se relaciona generalmente con el campo de la biología molecular y se relaciona con un método para incrementar el rendimiento en el crecimiento de las plantas bajo condiciones sin estrés al incrementar la actividad de una proteína quinasa relacionada con SNF1 (SnRK2) o un homólogo de la misma en una planta. La presente invención también se relaciona con plantas que tienen expresión incrementada de un ácido nucleico que codifica una proteína quinasa SnRK2 o un homólogo de la misma, tales plantas tienen características de rendimiento incrementadas con relación a las plantas de tipo natural correspondientes. También se proporcionan las construcciones útiles en los métodos de la invención.

Dada la cada vez más creciente población mundial, y el área de disminución de las tierras disponibles para la agricultura, sigue siendo un objetivo principal de la investigación agrícola mejorar la eficiencia de la agricultura e incrementar la diversidad de plantas en horticultura. Los medios convencionales para el cultivo y las mejoras de la horticultura utilizan técnicas de reproducción selectiva para identificar plantas que tienen las características deseadas. Sin embargo, dichas técnicas de reproducción selectiva tiene varios inconvenientes, a saber, que estas técnicas típicamente tienen mano de obra intensa y resulta en plantas que contienen a menudo complementos genéticos heterogéneos, que no siempre pueden resultar en el rasgo deseable que se transmite de plantas progenitoras. Los avances en biología molecular han permitido a la humanidad manipular el germoplasma de animales y plantas. La ingeniería genética de plantas implica el aislamiento y la manipulación de material genético (típicamente en la forma de ADN o ARN) y la posterior introducción de ese material genético en una planta. Tal tecnología ha llevado al desarrollo de plantas que tienen varios rasgos económicos, hortícolas o agronómicos mejorados. Los rasgos de interés económico particulares son características de crecimiento tales como de alto rendimiento. El rendimiento se define normalmente como el producto medible de valor económico de un cultivo. Esto puede ser definido en términos de cantidad y/o calidad. El rendimiento es directamente dependiente de varios factores, por ejemplo, el número y tamaño de los órganos, arquitectura de la planta (por ejemplo, el número de ramas), la producción de semillas y más. El desarrollo de la raíz, la absorción de nutrientes y la tolerancia al estrés también pueden ser factores importantes en la determinación del rendimiento. Por lo tanto se puede aumentar el rendimiento de los cultivos al optimizar uno de los factores anteriormente mencionados.

Se reporta que la levadura de la proteína quinasa SNF1 se involucra en la respuesta a la tensión de en ayuno de glucosa. Se supone que participa en la activación de los genes que son reprimidos por la glucosa al fosforilar la proteína represora Mig1. El SNF1 tiene ortólogos en otros organismos tales como la proteína quinasa activada por AMP (AMPK) en los mamíferos. La AMPK se activa por concentraciones de 5'-AMP incrementadas como un resultado del agotamiento de ATP, que puede ser originado por condiciones de tensión, que incluyen el choque térmico o ayuno de glucosa. Las plantas también tienen quinasas relacionadas con SNF1, llamadas SnRKs. Las plantas SnRKs se dividen en tres subgrupos, SnRK1 a SnRK3. El subgrupo SnRK1 está más estrechamente relacionado con SNF1, estructural y funcionalmente, mientras que los subgrupos SnRK2 y SnRK3 pueden ser únicos en las plantas. Las proteínas SnRK2 carecen del dominio regulador de terminal C encontrado en SNF1, peo en cambio tienen a su terminal C un alargamiento acídico de ácidos glutámico y aspártico. Las proteínas SnRK2 tienen un peso molecular de aproximadamente 40 kDa y se codifican por una pequeña familia de genes: la Arabidopsis y el arroz que se han reportado por tener 10 genes SnRK2. La primera proteína quinasa relacionada con SNF1 de planta 2 (SnRK2), designada PKABA1, fue aislada por Anderberg y Walker-Simmons (Proc. Natl. Acad. EE.UU. 89, 10183-10187, 1992). Se encuentra que es inducida por ácido abscísico (ABA) y deshidratación. Más tarde, se aislaron las proteínas relacionadas, tales como ASK1 y ASK2, (Park et al., Plant Molecular Biology 22, 615-624, 1993). Se reportan estos genes por ser expresados en varios órganos de la planta, pero fueron más abundantes en las hojas. Otro miembro del subgrupo SnRK2 es OST1 (Mustilli et al., célula de planta 14, 3089-3099, 2002). Se expresa el OST1 en las células guardianas de estomas y el tejido vascular, y se postula para actuar entre la percepción de ácido abscísico (ABA) y la producción de especies reactivas de oxígeno que provocan el cierre de los estomas. En el arroz, se encuentran que todas las proteínas SnRK2 se activan por el estrés hiperosmótico y algunas de ellas también se activan por ABA (Kobyashi et al., célula de planta 16, 1163-1177, 2004). Se reporta el REK (renombrado SAPK3, Kobyashi et al., 2004) por ser expresado en las hojas y semillas de maduración, pero no en los tallos o raíces. Las proteínas REK recombinantes muestran actividad de autofosforilación incrementada en la presencia de Ca²⁺.

La WO 98/05760 describe más de secuencias de nucleótidos que codifican las proteínas involucradas en la absorción de fósforo y el metabolismo (proteínas psr). Una de estas proteínas psr es la proteína quinasa psrPK, una proteína relacionada con SnRK2 que se expresa luego de ayuno de fosfato. Se especula que esta proteína y otras proteínas psr pueden ser útiles en la manipulación del metabolismo del fósforo, sin embargo ninguno de los fenotipos propuestos, se habilitan muchas de ellas que se relacionan con la resistencia al estrés incrementada. Assmann y Li (WO 01/02541) describe la proteína quinasa AAPK, otras relacionadas con SnRK2. Se reporta la pérdida de la función de AAPK por reducir la sensibilidad al cierre de estomas inducido por ácido abscísico. Se sugiere por lo tanto que el opuesto, (expresión incrementada o actividad incrementada de AAPK) puede resultar en las plantas con resistencia a la sequía. Los autores sin embargo no muestran que este es el caso. Hasta ahora los datos experimentales disponibles para las proteínas relacionadas con SnRK2 sugieren principalmente un papel en las respuestas al estrés de las plantas.

Ninguno de los documentos de la técnica anterior ha demostrado o sugerido que la expresión incrementada o actividad incrementada y/o expresión de una proteína SnRK2 resulta en el incremento del rendimiento, relacionado con el tipo natural correspondiente y las plantas no estresadas.

Ahora se ha encontrado de forma sorprendente que la actividad y/o expresión incrementada de una proteína SnRK2 en las plantas resulta en las plantas que tienen características de crecimiento mejoradas, y en el rendimiento particular, relacionado con las plantas de tipo natural correspondientes. Se obtienen estos resultados bajo condiciones de crecimiento de planta estándar, y este incremento del rendimiento no es la consecuencia de la resistencia al estrés incrementada.

Estructuralmente, las proteínas SnRK2 son proteínas quinasa serina/treonina, con un dominio catalítico que se clasifica en la base de datos SMART como un tipo S-TKc (número de Acceso SMART SM00220). El sitio activo corresponde al PROSITE distintivo, PS00108 (Prosite, Instituto Suizo de Bioinformática, http://us.expasy.org):

La parte del terminal C comprende un alargamiento de poliresiduos (Glu y/o Asp) de función no conocida.

De acuerdo con una realización de la presente invención se proporciona un método para mejorar las características de crecimiento de una planta que comprende la actividad y/o expresión incrementada en una planta de un polipéptido SnRK2 o un homólogo del mismo y opcionalmente seleccionar a las plantas que tienen características de crecimiento mejoradas.

Ventajosamente, el desempeño del método de acuerdo con la presente invención resulta en plantas que tienen una variedad de características de crecimiento mejoradas, tales como rendimiento mejorado, biomasa mejorada, cada uno relacionado con plantas de tipo natural correspondientes. Preferiblemente, las características de crecimiento mejoradas comprenden por lo menos rendimiento incrementado con relación una planta de tipo natural correspondientes. Preferiblemente,...

1. Método para incrementar el rendimiento en crecimiento de plantas bajo condiciones sin tensión con relación a plantas de control, que comprende introducir y expresar en una planta una molécula de ácido nucleico SnRK2 aislada que codifica un polipéptido SnRK2 que comprende lo siguiente:

2. Método de la reivindicación 1, en donde dicha molécula de ácido nucleico SnRK2 se sobreexpresa en una planta.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde dicha molécula de ácido nucleico SnRK2 es de origen de planta, preferiblemente de una planta dicotiledónea, adicionalmente preferiblemente de la familia Brassicaceae, más preferiblemente el ácido nucleico es de Arabidopsis thaliana.

4. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dicha molécula de ácido nucleico SnRK2 se liga operablemente a un promotor constitutivo.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde dicho promotor constitutivo es un promotor GOS2.

6. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho rendimiento incrementado es biomasa incrementada y/o rendimiento de semilla incrementado.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicho rendimiento de semilla incrementado se selecciona de uno cualquiera o más de (i) biomasa de semilla incrementada; (ii) número incrementado de (cargadas) semillas; (iii) tamaño de semilla incrementado; (iv) volumen de semilla incrementado; (v) índice de cosecha incrementado (HI); y (vi) peso del grano incrementado por mil (TKW).

8. Uso de una molécula de ácido nucleico SnRK2 como se define en la reivindicación 1 o uso de un polipéptido SnRK2 como se define en la reivindicación 1 en incrementar el rendimiento en crecimiento de plantas bajo condiciones sin tensión, en particular en rendimiento mejorado, especialmente rendimiento de biomasa y/o semilla.

9. Uso de acuerdo con la reivindicación 8, en donde dicho rendimiento de semilla mejorado comprende por lo menos peso del grano incrementado por mil.