POLIPEPTIDOS DE PROTEINA QUINASA RELACIONADOS CON EL ESTRES Y METODOS DE USO EN LAS PLANTAS.

Un ácido nucleico aislado, en donde el ácido nucleico incluye un polinucleótido que codifica a un polipéptido que tiene al menos una identidad de secuencia del 70% con un polipéptido como el definido en la SEQ ID NO:

12, en donde el ácido nucleico codifica un polipéptido que funciona como un modulador de una respuesta al estrés por parte de una planta y en donde el estrés se selecciona de uno o más entre el grupo que consiste de alta salinidad, sequía, y baja temperatura

Polipéptidos de proteína quinasa relacionados con el estrés y métodos de uso en las plantas.

Antecedentes de la invención

Esta invención se relaciona generalmente con secuencias de ácido nucleico que codifican polipéptidos que están asociados con respuestas al estrés abiótico y con tolerancia al estrés abiótico en plantas.

En particular, esta invención se relaciona con secuencias de ácido nucleico que codifican polipéptidos que confieren tolerancia a las plantas a la sequía, el frío y/o a la sal.

Los estreses ambientales abióticos, tales como el estrés por sequía, el estrés por salinidad, el estrés por calor y el estrés por frío, son los factores limitantes principales para el crecimiento y la productividad de una planta. Las pérdidas de los cultivos y de rendimiento de los mismos de los cultivos más importantes tales como soja, arroz, maíz, algodón, y trigo causadas por estos estreses representan y factor político y económico significativo y contribuyen a la escasez de alimentos en muchos países subdesarrollados.

Las plantas están típicamente expuestas durante su ciclo de vida a condiciones de una cantidad reducida de agua en el medio ambiente. La mayoría de las plantas han desarrollado estrategias para protegerse a sí mismas contra estas condiciones de desecación. Sin embargo, si la severidad y la duración de las condiciones de sequía son muy grandes, los efectos sobre el desarrollo, el crecimiento y la productividad de la mayoría de las plantas de cultivo son profundos. La exposición continua a condiciones de sequía causa mayores alteraciones mayores en el metabolismo de la planta que en últimas conducen a la muerte celular y por consiguiente a pérdidas de productividad.

El desarrollo de plantas tolerantes al estrés es una estrategia que tiene el potencial para resolver o para mediar al menos algunos de estos problemas. Sin embargo, las estrategias tradicionales de reproducción de las plantas para desarrollar nuevas líneas de plantas que exhiban resistencia (tolerancia) a estos tipos de estreses son relativamente son relativamente lentas y requieren líneas resistentes específicas para cruzamiento con la línea deseada. Fuentes limitadas de germoplasma para tolerancia al estrés e incompatibilidad en cruzamientos entre especies de plantas relacionadas en forma distante representan problemas significativos que se encuentran en la reproducción convencional. Adicionalmente, los procesos celulares que conducen a tolerancia a la sequía, al frío y a la sal en modelos de plantas tolerantes a la sequía y/o a la sal son de naturaleza compleja e involucran múltiples mecanismos de adaptación celular y numerosas rutas metabólicas. Esta naturaleza de múltiples componentes de tolerancia al estrés no solamente ha hecho que fracase en gran medida la tolerancia de los cultivos, sino que también ha limitado la habilidad para modificar genéticamente las plantas tolerantes al estrés utilizando métodos biotecnológicos.

Los estreses por sequía y frío, así como los estreses por salinidad, tienen un patrón común importante para el cultivo de las plantas, y es la disponibilidad de agua. Se exponen las plantas durante su ciclo completo de vida a condiciones de bajo contenido de agua en el medio ambiente, y la mayoría de ellas han desarrollado estrategias para protegerse así mismas contra estas condiciones de desecación. Sin embargo, si la severidad y la duración de las condiciones de sequía son muy grandes, los efectos sobre el desarrollo, crecimiento y productividad de las plantas de la mayoría de las plantas de cultivo son muy profundos. Además, la mayoría de las plantas de cultivo son muy susceptibles a concentraciones mayores de sal en el suelo. Ya que un alto contenido de sal en algunos suelos conduce a una menor disponibilidad de agua para la ingesta por parte de la célula, una alta concentración de sal tiene un efecto sobre las plantas similar al efecto de la sequía sobre las plantas. Adicionalmente, bajo temperaturas de congelación, las células de la planta pierden agua como resultado de la formación de hielo que se inicia en el apoplasto y retira agua del simplasto. Los mecanismos de respuesta molecular de las plantas a cada una de estas condiciones de estrés son comunes, y las proteínas quinasas juegan un papel esencial en estos mecanismos moleculares.

Las proteínas quinasas representan una superfamilia, y los miembros de esta superfamilia catalizan la transferencia reversible de un grupo fosfato de ATP a cadenas laterales de amino ácidos de serina, treonina y tirosina sobre polipéptidos objetivo. Las proteínas quinasas son elementos primarios en procesos de señalización en plantas y se ha reportado que juegan papeles cruciales en la percepción y transducción de señales que le permiten a una célula (y a la planta) responder a estímulos del medio ambiente. En particular, las proteínas quinasas receptoras (RPK) representan un grupo de proteínas quinasas que activan un arreglo complejo de rutas de señalización intracelular en respuesta al medio ambiente extracelular (Van der Gear y colaboradores, 1994, Annu. Rev. Cell Biol. 10: 251 - 337). Las RPK son polipéptidos transmembrana que atraviesan en forma individual que contienen una secuencia señal amino terminal, dominios extracelulares únicos para cada receptor, y un dominio citoplasmático de quinasa. El enlazamiento de un ligando induce homo o heterodimerización de las RPK, y la proximidad resultante de los dominios citoplasmáticos resulta en la activación de la quinasa por medio de transfosforilación. Aunque las plantas tienen muchos polipéptidos similares a las RPK, no se ha identificado un ligando para estas quinasas tipo receptor (RLK). La mayoría de las RLK de la planta han sido identificadas como pertenecientes a la familia de las Serina/Treonina (Ser/Thr) quinasas, y la mayoría tienen repeticiones extracelulares ricas en Leucina (Becraft, P. W., 1998, Trends Plant Sci. 3: 384 - 388).

Otro tipo de proteína quinasa es la proteína quinasa dependiente de Ca+ (CDPK).

Este tipo de quinasa tiene un dominio como el de la calmodulina en el terminal COOH que permite responder a señales de Ca+ directamente sin estar presente la calmodulina. Actualmente, las CDPK son las Ser/Thr polipéptido quinasas más prevalentes encontradas en plantas superiores. Aunque sus papeles fisiológicos permanecen sin aclarar, son inducidas por frio, sequía, y ácido abscisico (ABA) (Knight y colaboradores, 1991, Nature 352: 524; Schroeder, J. I. y Thuleau, P., 1991, Plant Cell 3: 555; Bush, D. S., 1995, Annu. Rev. Plant Phys. Plant Mol. Biol. 46: 95; Urao, T. y colaboradores, 1994, Mol. Gen. Genet. 244: 331).

Otro tipo de mecanismo de señalización involucra a miembros de la familia conservada de la Serina/Treonina polipéptido quinasa. Estas quinasas juegan papeles esenciales en la señalización del estrés y de la glucosa eucariota. Las quinasas tipo SNF-1 de la planta participan en el control de enzimas metabólicas clave, incluyendo HMGR, nitrato reductasa, sacarosa sintasa, y sacarosa fosfato sintasa (SPS). Los datos genéticos y bioquímicos indican que la regulación dependiente del azúcar de las SNF1 quinasas involucran a otros componentes sensoriales y de señalización en levaduras, plantas y animales.

Adicionalmente, se ha implicado a los miembros de la familia de la Proteína Quinasa Activada por Mitógeno (MAPK) en las acciones de numerosos estreses ambientales en animales, levaduras y plantas. Se ha demostrado que tanto la actividad de la quinasa tipo MAPK como los niveles de ARNm de los componentes de cascadas de MAPK se incrementan en respuesta al estrés ambiental y a la transducción de la señal de la hormona de la planta. Las MAP quinasas son componentes de cascadas secuenciales de quinasa, que se activan por fosforilación de residuos de treonina y tirosina por medio de quinasas intermedias secuencia arriba de la MAP quinasa (MAPKK). Las MAPKK se activan por sí mismas por fosforilación de residuos de serina y de treonina por medio de quinasas secuencia arriba (MAPKKK). Se han reportado una cantidad de genes para la MAP Quinasa en plantas superiores.

Otro tipo importante de estrés ambiental es el doblamiento, que se refiere al doblamiento de los brotes o los tallos en respuesta al viento, la lluvia, las plagas o las enfermedades. Se presentan dos tipos de doblamiento en cereales: doblamiento de la raíz y rompimiento del tallo. El tipo más común de doblamiento es el doblamiento de la raíz, que se presenta temprano en la estación. El rompimiento del tallo, por el contrario,...

1. Un ácido nucleico aislado, en donde el ácido nucleico incluye un polinucleótido que codifica a un polipéptido que tiene al menos una identidad de secuencia del 70% con un polipéptido como el definido en la SEQ ID NO: 12, en donde el ácido nucleico codifica un polipéptido que funciona como un modulador de una respuesta al estrés por parte de una planta y en donde el estrés se selecciona de uno o más entre el grupo que consiste de alta salinidad, sequía, y baja temperatura.

2. El ácido nucleico aislado de la reivindicación 1, en donde el ácido nucleico incluye un polinucleótido seleccionado del grupo que consiste de: