Plantas transgénicas con alto rendimiento en peso seco y almidón cuyos órganos de reserva presentan elevada textura,

elevado contenido en almidón y elevado rendimiento en peso seco. La presente invención proporciona plantas transgénicas con alto rendimiento en peso seco y almidón cuyos órganos de reserva presentan elevada textura, elevado contenido en almidón y elevado rendimiento en peso seco

Plantas transgénicas con alto rendimiento en peso seco y almidón cuyos órganos de reserva presentan elevada textura, elevado contenido en almidón y elevado rendimiento en peso seco.

Campo de la invención

La presente invención puede englobarse dentro del campo de la ingeniería genética y la fisiología vegetal. Concretamente, la presente invención proporciona plantas transgénicas con alto rendimiento en peso seco y almidón cuyos órganos de reserva presentan elevada textura, elevado contenido en almidón y elevado rendimiento en peso seco.

Estado de la técnica anterior

El almidón constituye la forma principal de almacenamiento de carbohidratos en plantas. Se acumula en grandes cantidades en órganos tales como semillas (trigo, cebada, maíz, guisante, etc.) y tubérculos (patata y batata entre otros) y es un constituyente fundamental de la dieta del ser humano. Por otro lado, el almidón es utilizado frecuentemente en las industrias papeleras, cosmética, farmacéutica y alimentaria, y también se utiliza como componente fundamental para la fabricación de plásticos biodegradables y pinturas de bajo impacto medioambiental. Además, últimamente ha aumentado la demanda de plantas productoras de este polímero como consecuencia del creciente uso del bioetanol, obtenible a partir del almidón, como combustible. Constituidos por moléculas de glucosa unidas covalentemente, el estudio de los procesos implicados en la síntesis de este polisacárido constituye un tema prioritario en diversos ámbitos de la producción industrial.

El ADPG es el precursor universal de la biosíntesis del almidón en plantas y está ampliamente asumido que su producción está exclusivamente controlada por el enzima ADPG pirofosforilasa (AGPasa) o ADPG sintasa (EC 2.7.7.27) (Okita, T. W. (1992) Is there an alternative pathway for starch synthesis? Plant Physiol. 100, 560-56; Müller-Röber, B., Sonnewald, U. Willmitzer, L. (1992) Inhibition of the ADP-glucose pyrophosphorylase in transgenic potatoes leads to sugar-storing tubers and influences tuber formation and expression of tuber storage protein genes. EMBO J. 11, 1229-1238; Stark, D.M., Timmerman, K.P., Barry, G.F., Preiss, J., Kishore, G.M. (1992) Regulation of the amount of starch in plant tissues by ADPglucose pyrophosphorylase. Science 258, 287-282; Neuhaus, E.H., Häusler, R.E., Sonnewald, U. (2005) No time to shift the paradigm on the metabolic pathway to transitory starch in leaves. Trends Plant Sci. 10, 154-156). Las diferentes aplicaciones del almidón producido en una planta están basadas principalmente en el balance de amilosa y amilopectina, el cual determina la estructura del gránulo de almidón, así como su viscosidad en suspensiones acuosas. Tal proporción de amilosa y amilopectina depende, entre otras razones, de la concentración de ADPG en la célula vegetal (Clarke, B.R., Denyer, K., Jenner, C.F., Smith, A.M. (1999) The relationship between the rate of starch synthesis, the adenosine 5'-diphosphoglucose concentration and the amylose content of starch in developing pea embryos. Planta 209, 324-329).

La SS (EC 2.4.1.13, SS) (UDP-glucose:D-fructose-2-glucosyl transferase) es una enzima reversible que cataliza la producción de UDPG y fructosa a partir de la sacarosa y UDP. Aunque, tal y como se ilustra en la Fig. 1A, clásicamente se ha atribuido a la SS el papel de producir el UDPG cuyo procesamiento metabólico dé lugar a la producción eventual de almidón en tejidos heterotrófícos tales como endospermos y tubérculos (Zrenner, R., Salanoubat, M., Willmitzer, L., Sonnewald, U. (1995) Evidence for the crucial role of sucrose synthase for sink strength using transgenic potato plants. Plant J. 7, 97-107; Baroja-Fernández, E., Muñoz, F.J., Saikusa, T., Rodríguez-López, M., Akazawa, T., Pozueta-Romero, J. (2003) Sucrose synthase catalyzes the de novo production of ADPglucose linked to starch biosynthesis in heterotrophic tissues of plants. Plant Cell Physiol. 44, 500-509; Pozueta-Romero, J., Muñoz, F.J., Rodríguez-López, M., Baroja-Fernández, E., Akazawa, T. (agosto 2003) New waves in the starch field. Lett. Plant Cell Physiol. 24-32), existen referencias sobre la potencialidad del enzima de utilizar in vitro otros nucleótidos difosfato para la producción de los correspondientes azúcares-nucleótido (Murata, T., Sugiyama, T., Minamikawa, T., Akazawa, T. (1966) Enzymic mechanism of starch synthesis in ripening rice grains. Mechanism of the sucrose-starch conversión. Arch. Biochem. Biophys. 113, 34-44; Delmer, D. P. (1972) The purification and properties of sucrose synthase from etiolated Phaseolus aureus seedlings. J. Biol. Chem. 247, 3822-3828;). Aunque de cuestionada relevancia fisiológica (Okita, T. W. (1992) Is there an alternative pathway for starch synthesis? Plant Physiol. 100, 560-56; Müller-Röber, B., Sonnewald, U. Willmitzer, L. (1992) Inhibition of the ADP-glucose pyrophosphorylase in transgenic potatoes leads to sugar-storing tubers and influences tuber formation and expression of tuber storage protein genes. EMBO J. 11, 1229-1238), se ha sugerido que la SS está capacitada para producir directamente ADPG utilizable para la producción de almidón tanto en tejidos heterotróficos como tejidos foto-sintéticos (Figs. 1B y 2B) (Pozueta-Romero, J., Perata, P., Akazawa, T. (1999) Sucrose-starch conversión in heterotrophic tissues of plants. Crit. Rev. Plant Sci. 18, 489-525; Baroja-Fernández, E., Muñoz, F.J., Akazawa, T., Pozueta-Romero, J. (2001) Reappraisal of the currently prevailing model of starch biosynthesis in photosynthetic tissues: a proposal involving the cytosolic production of ADP-glucose by sucrose synthase and occurrence of cyclic turnover of starch in the chloroplast. Plant Cell Physiol. 42, 1311-1320; Baroja-Fernández, E., Muñoz, F.J., Saikusa, T., Rodríguez-López, M., Akazawa, T., Pozueta-Romero, J. (2003) Sucrose synthase catalyzes the de novo production of ADPglucose linked to starch biosynthesis in heterotrophic tissues of plants. Plant Cell Physiol. 44, 500-509; Baroja-Fernández, E., Muñoz, F.J., Zandueta-Criado, A., Morán-Zorzano, M.T., Viale, A.M., Alonso-Casajús, N., Pozueta-Romero, J. (2004) Most of ADPglucose linked to starch biosynthesis occurs outside the chloroplast in source leaves. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 13080-13085; Muñoz, F.J., Baroja-Fernández, E., Morán-Zorzano, M.T., Viale, A.M., Etxeberria, E., Alonso-Casajús, N., Pozueta-Romero, J. (2005) Sucrose synthase controls the intracellular levels of ADPglucose linked to transitory starch biosynthesis in source leaves. Plant Cell Physiol. 46, 1366-1376). De acuerdo a esta hipótesis (basada única y circunstancialmente en evidencias de tipo bioquímico), la SS sería responsable de la síntesis de un pool importante de moléculas de ADPG necesarias para la biosíntesis del almidón. Tal hipótesis sin embargo no ha sido demostrada experimentalmente mediante ingeniería genética o técnicas de mejora tradicional de cultivos, y no es consistente con las innumerables pruebas de tipo genético y molecular que indican que la AGPasa es la única fuente de ADPG en plantas (Okita, T. W. (1992) Is there an alternative pathway for starch synthesis? Plant Physiol. 100, 560-56; Müller-Röber, B., Sonnewald, U. Willmitzer, L. (1992) Inhibition of the ADP-glucose pyrophosphorylase in transgenic potatoes leads to sugar-storing tubers and influences tuber formation and expression of tuber storage protein genes. EMBO J. 11, 1229-1238; Neuhaus, E.H., Häusler, R.E., Sonnewald, U. (2005) No time to shift the paradigm on the metabolic pathway to transitory starch in leaves. Trends Plant Sci. en prensa).

Azúcares-nucleótidos tales como el UDPG o el ADPG se producen para su comercialización a partir de reacciones pirofosforilásicas catalizadas por enzimas tales como la UDPG pirofosforilasa (UGPasa) y la ADPG pirofosforilasa (AGPasa), respectivamente, basadas en la utilización de una sustancia de alto coste económico denominada glucosa-1-fosfato (G1P). Una alternativa a esta práctica de producción de azúcares-nucleótidos se basa en la utilización de SS cuyo desarrollo se ha visto impedido en gran medida por las limitaciones de Escherichia coli para expresar y procesar de manera eficiente un gran número de proteínas eucariotas. Tal limitación ha impulsado a algunos investigadores a producir SS recombinante haciendo uso de factorías biológicas de tipo eucariota tales como las levaduras (Zervosen, A., Römer, U., Elling L. (1998) Application of recombinant sucrose synthase-large scale synthesis of ADP-glucose. J. Mol. Catalysis B: Enzymatic 5, 25-28; Römer, U., Schrader, H., Günther, N., Nettelstroth, N., Frommer, W.B., Elling, L. (2004) Expression, purification and characterization of... [Seguir leyendo]

1. Plantas transgénicas con alta actividad SS caracterizadas por haber sido transformadas con una construcción génica que codifica para la enzima SS y por presentar rendimientos en peso seco y en almidón, superiores a los observados en las correspondientes plantas silvestres.

2. Plantas transgénicas según la reivindicación 1 caracterizadas por que se han transformado con la construcción génica 35S-SS-NOS.

3. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque sus órganos de reserva presentan un rendimiento en almidón y en peso seco y adicionalmente, una textura, superiores a los observados en los mismos órganos de las correspondientes plantas silvestres.

4. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque la textura de los tubérculos de las mismas es superior a 252 Newtons.

5. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque la textura de los tubérculos de las mismas está entre 272 y 321 Newtons.

6. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque el rendimiento en peso seco de los tubérculos de las mismas es superior a 214 g/planta.

7. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque el rendimiento en peso seco de los tubérculos de las mismas está entre 208 y 307 g/planta.

8. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque el rendimiento en almidón de los tubérculos de las mismas es superior a 142 g/planta.

9. Plantas transgénicas, según la reivindicación 2, caracterizadas porque el rendimiento en almidón de los tubérculos de las mismas se encuentra entre 173 y 232 g/planta.

10. Plantas transgénicas, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizadas por seleccionarse preferentemente entre plantas de tabaco, patata, tomate, arroz, cebada, trigo o maíz.