Una toxina aislada que es activa contra una plaga del gusano de las raíces del maíz,

que comprende una secuencia de aminoácido que tiene más del 90% de identidad con la ID SEC Nº 7 o la ID SEC Nº 9

Toxinas pesticidas y genes procedentes de cepas de Bacillus laterosporus.

Campo de la invención

Los insectos y otras plagas cuestan anualmente a los agricultores miles de millones de dólares en pérdidas de cosecha y en el gasto de mantener estas plagas bajo control. Las pérdidas causadas por las plagas de insectos en entornos de producción agrícola incluyen el descenso en la producción agrícola, una reducción en la calidad de la cosecha y un aumento de los costos de la cosecha.

El gusano de las raíces del maíz (una plaga de un insecto coleóptero) es una plaga importante de los cultivos. Todos los años se producen muchos daños en la cosecha de maíz de los Estados Unidos porque las larvas del gusano de las raíces del maíz (Diabrotica spp.) se comen las raíces. Se ha calculado que aproximadamente 3.764.000 hectáreas del maíz de EE. UU. están infestadas con un complejo de especies de gusanos de las raíces del maíz. El complejo de especies del gusano de las raíces del maíz incluye el gusano de las raíces del maíz occidental (Diabrotica virgifera virgifera), el gusano de las raíces del maíz septentrional (Diabrotica barberi) y el gusano de las raíces del maíz meridional (Diabrotica undecimpunctata howardi).

El ciclo vital de cada una de las especies de Diabrotica es similar. Los huevos del gusano de las raíces del maíz se depositan en el suelo. Las larvas recién eclosionadas (el primer estado larvario) permanecen en el suelo y se alimentan de las raíces ramificadas más pequeñas del maíz. Los estados larvarios posteriores de los gusanos de las raíces del maíz occidentales y septentrionales invaden los tejidos internos de la raíz que transportan el agua y los elementos minerales a las plantas. En la mayor parte de los casos, las larvas migran para alimentarse de las nuevas raíces emergentes. La tunelización hacia el interior de las raíces por parte de las larvas da por resultado daños que pueden ser observados como cicatrices marrones alargadas en la superficie de la raíz, tunelización dentro de las raíces o grados variados de poda. Las plantas con las raíces podadas normalmente se desprenden después de tormentas acompañadas por fuertes precipitaciones y vientos intensos. Las larvas del gusano de las raíces del maíz meridional se alimentan de raíces, de forma similar a las larvas de las raíces del maíz occidental y septentrional. Las larvas del gusano de las raíces del maíz meridional también pueden alimentarse del punto de crecimiento del tallo mientras permanezca cerca de la línea del suelo, lo que puede provocar que la planta se marchite y muera.

Tras alimentarse durante aproximadamente 3 semanas, las larvas del gusano de las raíces del maíz abandonan las raíces y se transforman en crisálidas en el suelo. Los escarabajos adultos emergen del suelo y pueden alimentarse de polen de maíz y de muchos otros tipos de polen, al igual que de barbas del maíz. La alimentación a base de barbas verdes puede reducir el nivel de polinización, lo que resulta en una deficiente conformación del grano y en una mala cosecha. El gusano de las raíces del maíz occidental adulto también se alimenta de las hojas del maíz, lo que ralentiza el crecimiento de la planta y, en raras ocasiones, mata plantas de algunas variedades de maíz.

Las larvas de estas especies de Diabrotica que viven en el suelo se alimentan de la raíz de la planta de maíz, causando encamado. El encamado acaba reduciendo la producción de maíz y resulta a menudo en la muerte de la planta. Al alimentarse de las barbas del maíz, los escarabajos adultos reducen la polinización y, por lo tanto, perjudican la producción de maíz de cada planta. Además, los adultos y las larvas del género Diabrotica atacan las cosechas de cucurbitáceas (pepinos, melones, calabazas, etc.) y de muchos verduras y de cultivos extensivos de producción industrial, al igual que los que existen en huertas domésticas.

Se ha calculado que el coste anual de insecticidas para controlar el gusano de las raíces del maíz y de las pérdidas anuales en cosecha causadas por los daños producidos por el gusano de las raíces del maíz supera un total de mil millones de dólares cada año en los Estados Unidos (Meycalf, R.L. [1986] en Methods for the Study of Pest Diabrotica, Drysan, J.L. y T.A. Miller [Eds.], Springer-Verlag, Nueva York, NY, pp. vii-xv). Anualmente se aplican insecticidas por un valor aproximado de 250 millones de dólares en los Estados Unidos para controlar los gusanos de las raíces del maíz. En los estados centrales de Estados Unidos, se aplicaron 60 millones y 40 millones de dólares en Iowa y Nebraska, respectivamente, en 1990. Aun con el uso de insecticida, los gusanos de las raíces del maíz causan unas pérdidas en cosechas por valor aproximado de 750 millones de dólares cada año, lo que hace de ellos la plaga de insectos más grave del maíz en los estados centrales de Estados Unidos.

El control del gusano de las raíces del maíz ha sido parcialmente abordado con procedimientos de cultivo como la rotación de cultivos y la aplicación de niveles elevados de nitrógeno para estimular el desarrollo de un sistema de raíces adventicias. Sin embargo, se depende fundamentalmente de los insecticidas químicos para garantizar el grado de control deseado. Los insecticidas se extienden en capas sobre el suelo o bien se incorporan al mismo. Las exigencias económicas de la utilización del suelo rústico restringen el uso de la rotación de cultivos. Además, una tendencia emergente a una diapausa (o hibernación) en los gusanos de las raíces del maíz septentrionales está trastocando las rotaciones de cultivos en algunas zonas.

El uso de insecticidas para controlar el gusano de las raíces del maíz tiene también varios inconvenientes. El uso continuo de insecticidas ha permitido que evolucionen insectos resistentes. Situaciones como poblaciones sumamente numerosas de larvas, lluvias fuertes y una indebida calibración de los equipos de aplicación del insecticida pueden resultar en un control deficiente. El uso de insecticida suscita a menudo inquietudes medioambientales como la contaminación del suelo y de los suministros hídricos, tanto los superficiales como los subterráneos. El público ha llegado a preocuparse también por la cantidad de productos químicos residuales que podría hallarse en los alimentos. El trabajo con insecticidas también puede plantear riesgos para las personas que los aplican. Por lo tanto, los pesticidas químicos sintéticos están siendo objeto creciente de escrutinio, y así debe ser, por sus consecuencias medioambientales potencialmente tóxicas. Ejemplos de pesticidas químicos sintéticos de uso generalizado incluyen los organoclorados, por ejemplo DDT, mirex, kepona, lindano, aldrina, clordrano, aldicarb y dieldrina; los organofosfatados, por ejemplo clorpirifós, paratión, malatión y diazinón; y los carbamatos. Nuevas restricciones estrictas al uso de pesticidas y la eliminación del mercado de algunos pesticidas efectivos podrían limitar las opciones económicas y efectivas para controlar las pagas costosas.

Debido a los problemas asociados con el uso de pesticidas químicos sintéticos orgánicos, existe una clara necesidad de limitar el uso de estos agentes y una necesidad de identificar agentes de control alternativos. La sustitución de los pesticidas químicos sintéticos o la combinación de estos agentes con pesticidas biológicos podrían reducir los niveles de productos químicos tóxicos en el entorno.

Un agente pesticida biológico que goza de popularidad creciente es el microbio, hallado en el suelo, Bacillus thuringiensis (B.t.). El microbio del suelo Bacillus thuringiensis (B.t.) es una bacteria grampositiva formadora de esporas. La mayoría de las cepas de B.t. no presentan actividad pesticida. Algunas cepas de B.t. producen y pueden ser caracterizadas por inclusiones proteínicas cristalinas parasporales. Estas endotoxinas 6, que tienen típicamente actividad pesticida específica, son diferentes de las exotoxinas, que tienen un abanico de huéspedes no específico. Estas inclusiones aparecen a menudo microscópicamente como cristales con forma distintiva. Las proteínas pueden ser sumamente tóxicas para las plagas y específicas en su actividad tóxica. Ciertos genes de la toxina del B.t. han sido aislados y secuenciados. La clonación y la expresión de un gen de la proteína cristalina del B.t. en Escherichia coli fueron descritas en la bibliografía publicada hace más de 15 años (Schnepf, H.E., H.R. Whiteley [1981] Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78:2893-2897)....

1. Una toxina aislada que es activa contra una plaga del gusano de las raíces del maíz, que comprende una secuencia de aminoácido que tiene más del 90% de identidad con la ID SEC Nº 7 o la ID SEC Nº 9.

2. Una toxina de la reivindicación 1 que comprende la secuencia de aminoácido de ID SEC Nº 7.

3. Una toxina de la reivindicación 1 que comprende la secuencia de aminoácido de ID SEC Nº 9.

4. Un polinucleótido aislado que codifica una toxina de cualquier reivindicación precedente.

5. Un polinucleótido de la reivindicación 4 que comprende la ID SEC Nº 5, la ID SEC Nº 6, la ID SEC Nº 8 o la ID SEC Nº 10.

6. Una célula vegetal o microbiana que comprende un polinucleótido que codifica una toxina de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.

7. Una célula vegetal o microbiana que comprende un polinucleótido de las reivindicaciones 4 o 5.

8. Una célula de la reivindicación 7 que es una célula bacteriana.

9. Una célula de la reivindicación 7 que es una célula de maíz.

10. Un procedimiento para el control de una plaga de coleópteros, que comprende la administración a la plaga de una toxina de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.

11. Un procedimiento conforme a la reivindicación 10 en el que la plaga es un gusano de las raíces del maíz.

12. Un cultivo de las cepas de Bacillus laterosporus MB438, NRRL B-30085, o MB439, NRRL B-30086.