MODIFICACIÓN DE FIBRAS VEGETALES.

Esta invención se refiere a la modificación de la morfología de células de fibra de plantas. La invención se ilustra a través de métodos que usan construcciones genéticas para la modificación, en particular, aunque no exclusivamente, de fibras de eucalipto, por ejemplo. Se considera que el principal producto de la industria forestal es la madera, aunque más fundamentalmente pudiera considerarse que es la fibra. La industria proporciona una amplia variedad de materias primas a las industrias de la madera sólida y la pulpa/papel que producen una multitud de productos. El ingeniero forestal debe procurar que se provea por lo tanto de la materia requerida para las necesidades competentes de estas industrias, e incluso dentro de las industrias particulares, hay cierta variedad de diferentes requerimientos. Por ejemplo, diferentes grados de papel requieren calidades diferentes en el material de partida. Las operaciones características de la silvicultura dependen de un equilibrio entre la capacidad que tiene el ingeniero forestal de suministrar al procesador la fibra con las propiedades específicas, y la capacidad del procesador de modificar su proceso y así disponer de la materia prima disponible. El diseño y la operación de las plantas procesadoras dependen de las propiedades de la madera (fibra) de la materia prima. No obstante estos requerimientos específicos, tales como la uniformidad de la fibra y la resistencia son requerimientos comunes para la mayor parte de los usos industriales, y de ahí que la fibra suministrada por el ingeniero forestal deba ser capaz de proporcionar estas propiedades al procesador. En la fabricación de la pulpa, por ejemplo, las características de resistencia dependen, en parte, de la longitud de fibra. Una mayor longitud de la fibra lleva a una producción de papel con mayor resistencia. La resistencia de unión es atribuida al contacto entre las fibras y las capacidades de adhesión de las superficies, que dependen de la longitud de la fibra, el perímetro y la aspereza. También, durante el procedimiento industrial, una mayor longitud de la fibra aumenta la resistencia de las hojas mojadas permitiendo un manejo más fácil (Seth, 1995). Sin embargo, las fibras largas no son deseables para todas las aplicaciones. En algunos casos, son preferibles fibras más cortas, tal como en la producción de papeles lisos. Las propiedades de la fibra se diferencian según el tipo de especie, y por consiguiente históricamente se han limitado las especies particulares a sus aplicaciones particulares. Las fibras de especies de madera dura son generalmente mucho más cortas que las de las maderas blandas. Esto causa una producción de pulpa y papel con características superficiales deseables, tales como una cierta suavidad y brillo, pero con características de resistencia baja. En la práctica, cuando no está disponible una especie que proporciona una cierta fibra con la combinación apropiada de características, se usa una mezcla de fibras largas y cortas de especies diferentes. Si está disponible una sola fuente, que posee las características deseables más la longitud de fibra óptima, esto es de gran ventaja para el procesador. Se muestran en la Tabla 1 a continuación algunas especies comunes y sus longitudes de fibra. Tabla 1 Longitudes de Fibra de Diversas Especies Arbóreas Especies Longitud de Fibra (mm) Pino rígido 3,5 - 4,5 Tsuga del Pacífico, 2,5 - 4,2 Frondosas de América del Sur 1,2 - 1,4 Frondosas de América del Norte 1,0 - 1,2 Eucalipto 0,8 - 1,0 Roble blanco Americano 0,59 Liquidámbar 0,48 Chopo 0,35 ES 2 365 482 T3 Los árboles de eucalipto representan las fuentes más grandes de fibras usadas globalmente en la industria papelera (Bamber 1985; Ranatunga, 1964), y por todo el mundo, hay aproximadamente de diez a quince millones de 2 ES 2 365 482 T3 hectáreas de tierra plantada con Eucalipto (Verhaegen y Plomion, 1996). La ventaja principal del eucalipto es su muy alta velocidad de crecimiento y la capacidad de crecer en una amplia variedad de condiciones, tanto tropicales como templadas. Sin embargo, las fibras del eucalipto son considerablemente más cortas que las de otras fuentes de fibra, aunque más populares, como el pino. Así, los papeles que se hacen con la pulpa del eucalipto a menudo son débiles y por lo general requieren un refuerzo con fibras más largas de otras fuentes, lo que aumenta los gastos de producción. Si los árboles pudieran ser producidos con fibras más largas, sería una ventaja considerable para la industria papelera, aumentando la calidad de las materias primas para la síntesis de pulpa y papel. Mediante la mejora genética de los árboles es posible conseguir alguna modificación de las características de la fibra. Por ejemplo, se han desarrollado híbridos triploides interespecíficos del álamo que tienen fibras más largas que las especies parenterales. La variación genética en las propiedades de la fibra también es evidente dentro de las especies. Las características de la fibra están controladas por una serie de factores genéticos complejos y no son fácilmente susceptibles a los métodos de mejora genética clásicos. Por lo tanto, no se ha explotado suficientemente la variación genética existente en los programas de mejora genética de los árboles. Aunque ahora se estén acumulando conocimientos sobre la heredabilidad de las propiedades de la madera, éstos antes no eran a menudo considerados tan importantes como las características de crecimiento y a veces eran sacrificados por la búsqueda de éstas. En algunos casos, la velocidad de crecimiento está correlacionada negativamente con las características de la fibra, aunque esto no siempre sea verdadero (por ejemplo, en el eucalipto), y se están haciendo esfuerzos en la mejora genética para atrapar las ventajas de ambos. En muchos casos, las propiedades de la fibra son suficientes para el producto final, y la mejora se considera innecesaria. Por ejemplo, el aumento de la longitud de la fibra más allá de los 2 mm causa poco aumento en la resistencia al desgarro o la resistencia a la tensión, y muchas fibras de madera blanda tienen comúnmente aproximadamente 3 mm de largo, es decir, mayor que el mínimo para la resistencia deseada. Sin embargo, las fibras en la madera joven tienden a ser más cortas y hay un creciente uso de materiales jóvenes por una reducción en los tiempos de rotación. Por eso, hay una tendencia incluso de mejora de aquellas especies que comúnmente proporcionan fibras largas. Desde la perspectiva de la industria de la pulpa y papelera, las fibras son tipos específicos de paredes de células de planta que han sido sometidas a una variedad de tratamientos para eliminar todo el contenido y la mayor parte de los componentes de pared no celulósicos (Stewart et al., 1994). En las plantas arboladas, las fibras están constituidas por el material de la pared celular muerto. A fin de producir fibras más largas es necesario disponer de células vivas más largas durante el crecimiento, antes de la formación de la fibra. La pared celular se puede entender como una red compleja de microfibrillas de celulosa unidas juntas por interacciones no covalentes con polímeros de matriz (Carpita y Gibeaut, 1993). Las microfibrillas están cubiertas por una mezcla de hemicelulosas que forman interacciones de puentes de hidrógeno extensas con la superficie de las microfibrillas. Coextensivo a esto, hay otra red formada por varias pectinas que son mantenidas juntas en gran parte por enlaces iónicos (McQueen-Mason, 1995). Para permitir que las células crezcan y se hagan grandes, los componentes de la pared deben estar sueltos para permitir el deslizamiento de los polisacáridos y las proteínas dentro de la matriz (Cosgrove, 1993). La extensión de la célula es realizada entonces por la presión de turgor interna de la célula, que es considerable. El grado de extensión durante el crecimiento de la célula está controlado por las propiedades mecánicas de la pared celular, que resulta de su composición y de la orientación de las fibrillas de la pared y de los polímeros estructurales. El control de la extensión de la pared celular está estrechamente regulado por la planta para facilitar el control del crecimiento y la morfogénesis. Los agentes últimos del control son enzimas localizadas en la propia pared. Si las plantas expresan enzimas de "relajación" de la pared celular en sus paredes, entonces parece probable que estas enzimas puedan regular el crecimiento de las células. Los niveles modificados de expresión pueden causar así un mayor crecimiento o una reducción de las células y de la longitud de la fibra. También pueden producirse cambios de la textura de la pared celular. Una clase de proteínas de la pared celular son las expansinas. Las expansinas inducen la extensión de las paredes de la planta, y actualmente son las únicas proteínas... [Seguir leyendo]

1. Un método para transformar árboles que modifica las características de la fibra en los árboles, comprendiendo el método incorporar establemente en el genoma del árbol un gen quimérico que comprende a un promotor y una 5 secuencia que codifica el ácido nucleico que codifica un gen de expansina capaz de modificar la altura del árbol y/o la longitud de entrenudo, siendo dicha secuencia de ácidos nucleicos una o varias de SEQ. ID. Nos. 1-6 de la presente o la secuencia de expansina de pepino conocida en este documento como Ex29 de pepino (Nº de entrada del GenBank U30382.1), o una secuencia que tiene una homología suficiente para formar híbridos con ésta en condiciones de severidad media (2 x SSC a 65°C) y que tiene la misma función, y regenerar una planta, en la que 10 dicho ácido nucleico está dispuesto en una orientación sentido y en la que se consigue una disminución en la longitud de entrenudo y/o en la altura de la planta comparado con el control. 2. Un método según la reivindicación 1, en el que dicha secuencia de ácidos nucleicos es de eucalipto o pepino. 3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha secuencia de ácidos nucleicos es una secuencia cDNA o un ADN genómico. 15 4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicho árbol es un eucalipto, álamo temblón, pino o alerce. 5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho promotor es uno de dicho grupo que consiste en el promotor 35S del virus del mosaico de la coliflor (CaMV35S), el promotor 19S del virus del mosaico de la coliflor (CaMV19S), el promotor de nopalina sintasa, el rolC, los promotores de patatina o petE, o el promotor 20 AlcR/AlcS. 17 ori de E. coli Ampicilina ES 2 365 482 T3 18 ori de E. coli ori de E. coli Kanamicina Kanamicina ES 2 365 482 T3 19