PLANTAS QUE TIENEN CARACTERÍSTICAS DE CRECIMIENTO MEJORADAS Y MÉTODO PARA OBTENER LA MISMAS.

Método para incrementar en rendimiento de una planta, con relación a las correspondientes plantas de tipo silvestre,

que comprende un aumento de la actividad en una planta de una proteína y seleccionar las plantas que tienen mayor rendimiento con relación a la correspondiente planta de tipo silvestre, siendo dicha proteína seleccionada del grupo que consiste de a) una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos como la mostrada en la SEQ ID NO: 2; b) una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos que es al menos 35% idéntica a la secuencia de aminoácidos como la mostrada en la SEQ ID NO: 2 que tiene actividad transportadora de cationes; c) una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos que es al menos 35% idéntica a la secuencia de aminoácidos como la mostrada en la SEQ ID NO: 2 que tiene actividad transportadora de cationes y contiene una secuencia de consenso como la mostrada en la SEQ ID NO: 9; d) una proteína codificada por la secuencia de ácido nucleico mostrada en la SEQ ID NO: 1; y e) una proteína codificada por una secuencia de ácido nucleico que hibrida bajo condiciones rigurosas a la secuencia de ácido nucleico como la mostrada en la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína tiene actividad trasportadora de cationes

La presente invención se relaciona en general con el campo de la biología molecular y tiene que ver con un método para mejorar las características de crecimiento de una planta. Más específicamente, la presente invención se relaciona con un método para mejorar las características de crecimiento de una planta, en particular para incrementar el rendimiento, incrementando la actividad en una planta de una proteína cotransportadora de Na+ - K+ (HKT) o un homólogo de la misma. La presente divulgación también se relaciona con plantas que tienen mayor actividad de HKT, donde dichas plantas tienen mejores características de crecimiento con respecto a las plantas correspondientes de tipo silvestre. La divulgación también provee construcciones útiles en los métodos de la invención.

En razón a una población mundial siempre creciente y a la disminución del área de las tierras disponibles para la agricultura, sigue siendo un objetivo fundamental para la investigación en agricultura el mejoramiento de la eficiencia en las prácticas agrícolas y el incremento de la diversidad de las plantas en horticultura. Los medios convencionales para mejoras hortícolas y de los cultivos utilizan técnicas selectivas de fitomejoramiento para identificar las plantas que tienen características deseables. Sin embargo, tales técnicas selectivas de fitomejoramiento tienen varios inconvenientes, a saber, que esas técnicas son típicamente de mano de obra intensiva y resultan en plantas que contienen a menudo complementos genéticos heterogéneos que no siempre resultan en la trasmisión del rasgo deseable por parte de las plantas madre. Los avances en biología molecular le han permitido al género humano manipular el germoplasma de animales y de plantas. La modificación por ingeniería genética de las 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 conducido al desarrollo de plantas que tienen diferentes rasgos hortícolas, agronómicos o económicos mejorados. Los rasgos de interés económico particular son características de desarrollo tales como una alta productividad. Normalmente se define la productividad como la producción medible de valor económico de un cultivo. Esta puede ser definida en términos de cantidad y/o de calidad. La productividad depende directamente de diferentes factores, por ejemplo, del número y tamaño de los órganos, de la arquitectura de la planta (por ejemplo, el número de ramas), de la producción de semilla y más. El desarrollo de la raíz, la absorción de nutrientes y la tolerancia al estrés pueden ser también factores importantes para la determinación de la productividad. Se puede incrementar por lo tanto la productividad del cultivo optimizando uno de los factores anteriormente mencionados.

Un factor de estrés abiótico principal para las plantas es la salinidad. El estrés por salinidad, y en particular el estrés por Na+, puede influir negativamente sobre diferentes procesos celulares. Además del daño hiperosmótico, que incluye la disfunción de la membrana, altas concentraciones de sodio pueden interferir con enzimas sensibles al Na+ y puede dar como resultado un trasporte distorsionado de los iones (para un resumen de las respuestas celulares y moleculares, ver Hasegawa et al., 2000. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 51, 463 - 499). Por otro lado, el potasio es un nutriente importante, necesario para neutralizar cargas negativas sobre las proteínas, activación de enzimas que dependen de K+, mantenimiento de la turgencia celular y homeostasis osmótica. El transporte de Na+ y K+ están relacionados entre sí: los datos experimentales indican que ambos iones utilizan las mismas proteínas de transporte y las plantas pueden compensar la disminución del potasio incorporando sodio (Pitman, 1967. Nature 216, 1343 - 1344; Pitman et al., 1968. Aust. J. Biol. Sci 21, 871 - 881). Los canales de cationes monovalentes insensibles al voltaje (VIC) pueden jugar un papel importante en la absorción de Na+ y K+ en células vegetales (White, 1999. Trends Plant Sci. 4, 245 - 246). Además, se han descrito varias proteínas para absorción de K+ en Arabidopsis (Maser et al., 2001. Plant Physiol. 126: 1646 - 1667): las proteínas de canal tipo AKT/KAT, las proteínas trasportadoras tipo HAK/AT/KUP y las proteínas trasportadoras tipo HKT. Las proteínas HKT de la planta son parte de una superfamilia de trasportadores de cationes que también incluyen las proteínas Trk de levadura y las proteínas KdpA, KrkH y KtrB de procariotas (Schachtman & Liu, 1999. Trends Plant Sci. 4, 281 - 286).

Se demostró que la proteína transmembrana AtHKT1 está también involucrada en la absorción de Na+ en las raíces y en la tolerancia a la sal en Arabidopsis (Uozumi et al., 2000. Plant Physiol. 122, 1249 - 1259; Rus et al., 2001. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 14150 - 14155); su contraparte del arroz (OsHKT1) cumple una función similar bajo condiciones de privación de potasio (Garciadeblás et al, 2003. Plant J. 34, 788 - 801). También se reportó que AtHKT1 es importante en la recirculación de Na+ desde los brotes hasta las raíces, contribuyendo así a la tolerancia de la sal por la planta (Berthomieu et al, 2003. EMBO J. 22, 2004 - 2014). En arroz, se han identificado y caracterizado 9 tipos de transportadores HKT (Garciadeblás et al, 2003. Plant J. 34, 788 - 801, Horie et al, 2001. Plant J. 27, 129 - 138). Además, HKT1 del arroz no solamente media en el transporte de Na+ y K+, sino que también media en el trasporte de otros cationes alcalinos (Golldack et al., 2002. Plant J. 31, 529 - 542). El efecto de niveles altos y bajos de proteína HKT1 fue estudiado en el arroz (Golldack et al., 2002): la línea tolerante a la sal Pokkali y la línea sensible a la sal IR29 difieren significativamente entre sí en su habilidad para absorber o excluir sodio. Altas concentraciones de iones alcalinos reprimieron la expresión de OsHKT1 en ambas líneas, pero esta represión fue menos pronunciada en tejidos vasculares de raíces y de hojas de la línea IR29 que en la línea tolerante a la sal Pokkali.

Pocos datos están disponibles con respecto a expresión heteróloga de genes HKT1 en plantas. Schroeder y Schachtman (WO96/05722) divulgan una proteína HKT1 de trigo y sugieren el uso de esta proteína HKT1 para modular la absorción de sal del ambiente por medio de la manipulación de su expresión, resultando en plantas que pueden ser utilizadas para desalinización (aumento de la absorción de sodio por expresión mejorada de HKT1) o en plantas que son resistentes a metales alcalinos tóxicos (disminución o inhibición de la absorción por represión de la expresión de HKT1). Sin embargo, como demostraron Laurie et al. (Plant J. 32, 139 - 149, 2002), las plantas que sobreexpresan HKT1 tenían un fenotipo que no era muy diferente del de las plantas de control: bajo estrés de NaCl, se redujo el peso fresco de la línea que sobreexpresa HKT1 en un grado similar al de las plantas de control y no hubo un incremento significativo en el contenido de Na+ de las raíces, comparado con el control. Laurie et al. También han demostrado que las condiciones para obtener una menor expresión de HKT1 son bastante complejas. Hasta ahora, el estado del arte relacionado con HKT1 se enfocó principalmente en el transporte de cationes y en la homeostasis de iones, y se efectuaron muchos estudios en levadura o Xenopus oocytes, cuyos resultados no reflejan completamente la función de HKT1 en las plantas.

AtHKT1 es una proteína codificada por un solo gen en Arabidopsis thaliana. Se cree que el gen está presente en todos los genomas de las plantas, y muchas veces está presente como una pequeña familia de genes, por ejemplo como el arroz. El gen AtHKT1 se expresa en las raíces y en menor medida en otros tejidos (Uozumi et al., 2000). Se construyó un modelo tridimensional de una proteína del tipo HKT utilizando análisis de secuencia e hidrofobicidad (Durell et al., Biophys. J. 77, 775 - 788, 1999; Durell y Guy, Biophys. J. 77, 789 - 807, 1999): se demostró que la proteína es hidrófoba e incluye una estructura central de ocho dominios transmembrana que flanquean cuatro bucles que forman un poro (en otras palabras: cuatro unidades de un dominio transmembrana - dominio que forma un poro

- dominio transmembrana), se predijo que cada dominio que forma un poro está localizado parcialmente dentro de la membrana (ver la Figura 1) y comprende un residuo conservado de Glicina o Serina. La expresión heteróloga de AtHKT1 de tipo silvestre reveló que esta proteína media selectivamente el trasporte de Na+ mientras que el trasporte de K+... [Seguir leyendo]

1. Método para incrementar en rendimiento de una planta, con relación a las correspondientes plantas de tipo silvestre, que comprende un aumento de la actividad en una planta de una proteína y seleccionar las plantas que tienen mayor rendimiento con relación a la correspondiente planta de tipo silvestre, siendo dicha proteína seleccionada del grupo que consiste de

a) una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos como la mostrada en la SEQ ID NO: 2; b) una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos que es al menos 35% idéntica a la secuencia de aminoácidos como la mostrada en la SEQ ID NO: 2 que tiene actividad transportadora de cationes; c) una proteína que tiene una secuencia de aminoácidos que es al menos 35% idéntica a la secuencia de aminoácidos como la mostrada en la SEQ ID NO: 2 que tiene actividad transportadora de cationes y contiene una secuencia de consenso como la mostrada en la SEQ ID NO: 9; d) una proteína codificada por la secuencia de ácido nucleico mostrada en la SEQ ID NO: 1; y e) una proteína codificada por una secuencia de ácido nucleico que hibrida bajo condiciones rigurosas a la secuencia de ácido nucleico como la mostrada en la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína tiene actividad trasportadora de cationes.

2. Método de la reivindicación 1, en donde dicha mayor actividad se lleva a cabo por medio de la introducción de una modificación genética en el locus de un gen que codifica la proteína HKT.

3. Método de la reivindicación 2, en donde dicha modificación genética se lleva a cabo por medio de mutagénesis dirigida al sitio, evolución dirigida, recombinación homóloga, TILLING y activación de T-ADN.

4. Método para incrementar el rendimiento de una planta con relación a las correspondientes plantas de tipo silvestre, que comprende la introducción y expresión en una planta de una molécula de ácido nucleico para HKT que es seleccionada del grupo que consiste de:

a) una molécula de ácido nucleico que tiene una secuencia como la mostrada en la SEQ ID NO: 1; b) una molécula de ácido nucleico que es capaz de hibridar bajo condiciones rigurosas a la secuencia de ácido nucleico mostrada en la SEQ ID NO: 1, cuando dicha molécula de ácido nucleico codifica una proteína que tiene actividad transportadora de cationes.

5. Método de acuerdo a la reivindicación 4, en donde dicha molécula de ácido nucleico para HKT está operativamente enlazada a un promotor específico de la semilla.

6. Método de acuerdo a la reivindicación 4 ó 5, en donde dicha molécula de ácido nucleico para HKT está operativamente enlazada a un promotor específico de embrión y/o aleurona.

7. Método de acuerdo a la reivindicación 5 ó 6, en donde dicho promotor tiene un perfil de expresión comparable a un promotor WSI18.

8. Método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 en donde dicho mayor rendimiento es mayor rendimiento de biomasa y/o mayor rendimiento de semilla.

9. Método de acuerdo a la reivindicación 8, en donde dicho mayor rendimiento de semilla se selecciona de uno o más de (i) mayor biomasa de semilla; (ii) mayor número de semillas; (iii) mayor número de semillas llenas; (iv) mayor tamaño de semilla; (v) mayor volumen de semilla; (vi) mayor índice de cosecha (HI); y (vii) mayor peso de mil granos (TKW).

10. Método para la producción de una planta transgénica que tiene mayor rendimiento cuyo método comprende:

(i) la introducción en una planta de una molécula de ácido nucleico como la definida en la reivindicación 4;

(ii) el cultivo de la célula vegetal bajo condiciones que promuevan el crecimiento y desarrollo de la planta.

11. Uso de una molécula de ácido nucleico como la definida en la reivindicación 4 o una proteína como la definida en la reivindicación 1 mayor rendimiento de las plantas.

12. Uso de acuerdo a la reivindicación 11, en donde dicho mayor rendimiento comprende al menos un mayor número de semillas llenas.

13. Uso de una molécula de ácido nucleico como la definida en la reivindicación 4 como un marcador molecular para identificar plantas que exhiban mayor rendimiento.