Uso de la mutación OCP3 como regulador de la resistencia a sequía en plantas.

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico de la biotecnología vegetal, y en concreto se refiere al uso del gen OCP3 como regulador de la resistencia a sequía en plantas y a las plantas obtenidas con dicha resistencia a sequía o tolerancia a la sequía incrementada

Uso de la mutación OCP3 como regulador de la resistencia a sequía en plantas.

La presente invención se encuadra dentro del campo técnico de la biotecnología vegetal, y en concreto se refiere al uso del gen OCP3 como regulador de la resistencia a sequía en plantas y a las plantas obtenidas con dicha resistencia a sequía o tolerancia a la sequía incrementada.

Estado de la técnica

La sequía es, probablemente, el problema más importante de la agricultura moderna, siendo la causante de cuantiosas pérdidas año tras ano. Exposiciones prolongadas a una escasez de agua provocan en la planta daños devastadores e irreversibles que derivan a menudo en mermas en la productividad de los cultivos y en ocasiones en la muerte de los mismos.

Durante la sequía se produce un aumento de la concentración de solutos debido a un una pérdida de agua que a su vez hace caer el potencial hídrico de la planta. Esto provoca, en sus etapas iniciales, una desestabi1ización del conjunto del sistema de membranas (incluida la membrana plasmática), y a su vez la disrupción de procesos fisiológicos y bioquímicos de gran importancia para la homeostasis celular entre los cuales cabe resaltar a la fotosíntesis por su especial relevancia en los organismos vegetales (Holmberg y Bülow, 1998). De hecho, en condiciones de sequía o ante situaciones de riego limitado la tasa fotosintética puede llegar a caer a niveles tan bajos que incluso puede llegar a comprometer la síntesis de la suficiente cantidad de ATP necesario para mantener el metabolismo celular equilibrado y ello puede conllevar a la muerte de la célula. Adicionalmente a la caída en la tasa fotosintética durante el proceso de sequía, la luz sigue incidiendo y excitando los cloroplastos. Ello deriva, por tanto, en un aumento en la síntesis y acumulación de especies de oxígeno reactivas que inevitablemente participan en la generación del daño celular mencionado anteriormente y conducen así a un deterioro celular acelerado (Holmberg y Billow, 1998).

Las plantas han desarrollado sofisticadas estrategias de defensa y adaptación para hacer frente a todos estos complejos procesos fisiológicos y bioquímicos que se inducen o están asociados a la sequía. Una de las estrategias más tempranas es la de evitar una pérdida excesiva de agua a través de la activación de unas cascadas de señalización que rinden un aumento en los niveles de ácido abscísico (ABA) y el correspondiente cierre de los estomas; todo ello mediado por un aumento en los niveles del Ca²⁺ citosólico en las células guarda (McAinsh et al., 1990). Además de este mecanismo celular, y en el caso de que el periodo de la sequía se prolongue en el tiempo, la planta pone en marcha, además, otros mecanismos de adaptación y protección con el fin de mantener su metabolismo en unos límites sostenibles. Esto implica la activación de diferentes rutas de señalización que resultan en la expresión de una batería de genes que codifican proteínas que podrían funcionar como antioxidantes y osmoprotectores con el fin de proteger y/o reparar el daño celular producido por la disminución del potencial hídrico (Courtois et al., 2000).

El ABA es la principal hormona que regula todos estos procesos de adaptación y protección orquestados en respuesta al estrés hídrico. Fundamentalmente es la encargada de mantener un balance hídrico en las células guarda de los estomas y de aumentar la tolerancia al estrés osmótico a través de la regulación de gran número de genes. Así, mutantes deficientes en la síntesis o percepción de ABA muestran una drástica disminución de la tolerancia a estrés hídrico siendo incapaces de responder de manera efectiva a periodos de escasez de agua relativamente cortos (Xiong et al., 2001). Por otra parte, gran parte de estos genes regulados por ABA poseen en sus regiones promotoras una secuencia reguladorora común denominada caja o elemento ABRE (ABA-responsive element). Se han identificado proteínas que muestran capacidad de unión estas secuencias ABRE y a dichas proteínas se les denomina factores AREB (ABA-responsive element binding) o ABF (Auxin binding factors). Estos son factores de transcripción de tipo bZIP (Basic leucine zipper) y funcionan como activadores transcripcionales en respuesta a ABA (Uno et al., 2000; Choi et al., 2000). Las sobreexpresiones de algunos de estos elementos, tal y como ocurre con el factor ABF3 o el factor ABF4, confieren a las plantas transgénicas un aumento de la tolerancia a la sequía que se ve acompañada de una alteración en la expresión de genes de respuesta a estrés tales como los genes rd29B, rd22, rab18, ABI1 y ABI2 (Kang et al., 2002). Por otro lado, las proteínas MYB y MYC son reguladores transcripcionales de gran importancia que también participan como activadores en los sistemas de regulación dependientes de ABA (Abe et al., 2003).

Adicionalmente a esta cascada de regulación transcripcional, las denominadas especies de oxígeno reactivas o ROS (Reactive oxygen species), juegan un papel preponderante en los mecanismos de percepción y adaptación a la sequía (Sanders et al., 1999). Así, las ROS son inducidas por ABA y se propone que podrían actuar como intermediarios de la señalización mediada por esta hormona en respuesta a la sequía (Pei et al., 2000).

Existe sin embargo, otro grupo de genes tal y como es el caso del gen rd29A (responsive to dehydration) cuya expresión se induce en respuesta a sequía aunque de una manera independiente a ABA (Seki et al., 2003). Estos genes habitualmente presentan en su región promotora una secuencia o elemento CIS conservado al cual se unen proteínas reguladoras denominadas DRE (Dehydration-responsive element) o CRT (C-repeat) (Yamaguchi-Shinozaki y Shinozaki, 1994, Baker et al., 1994). Estas proteínas son factores de transcripción pertenecientes a la familia ERF/AP2 (Ethylen-responsive element binding factor/Apetala2) (Weigel, 1995, Seki et al., 2003). Existen dos grupos de proteínas DRE/CRT. El grupo DREB2, implicado en la respuesta a sequía, y el grupo DREB 1, implicado además en la respuesta a frío (Liu et al., 2000). Se ha demostrado que sobreexpresando tanto DREB1A como una versión modificada de DREB2A se consigue un gran aumento en la tolerancia de las plantas transgénicas a la sequía atribuible a un aumento en la inducción de la expresión de genes de respuesta a estrés, tales como el gen rd29A mencionado con anterioridad (Liu et al., 2000; Gilmour et al., 2000; Sakuma et al., 2006). Sin embargo estas plantas presentan un fenotipo pleiotrópico en el que aún siendo resistente al estrés impuesto, las mismas sufren serios trastornos en su pauta de desarrollo; son enanas y de morfología foliar aberrante. En posteriores trabajos se ha mostrado una alternativa tecnológica para paliar este aspecto pleiotrópico de dicha sobreexpresión mediante el uso de un sistema inducible para sobreexpresar este tipo de genes obteniendo plantas más resistentes a sequía sin mermar su crecimiento (Kasuga et al., 1999; Sakuma et al., 2006).

Descripción de la invención

Un primer objeto de la presente invención se relaciona con la implicación funcional del gen OCP3, que codifica un factor de transcripción de tipo Homeobox, como nodo regulador de la respuesta de las plantas frente a la sequía, es decir el uso del gen OCP3 como regulador de la resistencia a sequía en plantas. En la presente invención se demuestra que la generación de plantas que tienen bloqueada la capacidad de sintetizar proteínas funcionales OCP3 mediante mutagénesis química con EMS, se obtiene plantas con un gran incremento de la resistencia frente a periodos prolongados de sequía, como queda patente en el mutante ocp3. También se demuestra que la inhibición de la expresión de dicho gen en planta mediante aproximaciones de silenciamiento génico, de la misma manera que la pérdida de función asociado al mutante ocp3, también genera resistencia frente a periodos prolongados de sequía.

Por tanto, un segundo aspecto de la presente invención consistiría en las plantas obtenidas con la expresión disminuida del gen OCP3, presentando un gran incremento de la resistencia frente a periodos prolongados de sequía.

En sus inicios, el aislamiento del mutante ocp3 se realizó a partir de una población mutagenizada con metano sulfonato de etilo (EMS) y procedente, a su vez, de una línea transgénica de Arabidopsis thaliana -designada...

1. Uso de la mutación ocp3 de pérdida de función del gen OCP3, en especies vegetales de interés agronómico e industrial, como regulador de la respuesta de las plantas frente a sequía, para conferir resistencia a sequía o tolerancia a la sequía incrementada.

2. Uso de la mutación ocp3 de pérdida de función del gen OCP3 según la reivindicación 1, para conferir resistencia a sequía en plantas mediante la inhibición de su expresión mediante silenciamiento génico.

3. Uso de la mutación ocp3 de pérdida de función del gen OCP3 según la reivindicación 1, para conferir resistencia a sequía en plantas mediante la pérdida de su funcionalidad mediante mutagénesis química.