Un procedimiento para producir una planta transgénica que tiene mayor tolerancia a la falta de agua que una planta de control,

comprendiendo el procedimiento las etapas de: (a) producir un vector de expresión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido que comprende un dominio conservado con una identidad de secuencia de aminoácidos de al menos 70% con las coordenadas de aminoácidos 10-77 de la SEQ ID NO: 12; en el que el polipéptido tiene una propiedad de la SEQ ID NO: 12 de aumentar la tolerancia a la falta de agua en una planta con respecto a la planta de control; y (b) introducir el vector de expresión en una planta objetivo para producir una planta transgénica; en el que el polipéptido es expresado en exceso en la planta transgénica y dicho exceso de expresión da como resultado que la planta transgénica tiene una mayor tolerancia a la falta de agua que la planta de control

Campo de la invención

La presente invención se refiere a composiciones y procedimientos para modificar el fenotipo de una planta, para proporcionar una mayor tolerancia a la sequía.

Antecedentes de la invención

Control de procesos celulares por factores de transcripción. Los estudios de una diversidad de organismos procariotas y eucariotas sugieren una evolución gradual de los mecanismos bioquímicos y fisiológicos y de las rutas metabólicas. A pesar de diferentes presiones evolutivas, las proteínas que regulan el ciclo celular en levaduras, plantas, nematodos, moscas, ratas y el hombre, tienen características químicas o estructurales comunes y modulan la misma actividad celular general. Una comparación de secuencias de genes con estructura y/o función conocidas de una especie de planta, por ejemplo, Arabidopsis thaliana, con las de otras plantas, permite a los investigadores desarrollar modelos para manipular los rasgos de una planta y desarrollar variedades con propiedades valiosas.

Los rasgos de una planta se pueden controlar mediante una serie de procesos celulares. Una forma importante de manipular este control es mediante factores de transcripción, proteínas que influyen en la expresión de un gen o conjunto de genes particulares. Debido a que los factores de transcripción son elementos de control clave de las rutas biológicas, la alteración de los niveles de expresión de uno o más factores de transcripción puede cambiar las rutas biológicas enteras en un organismo. Las estrategias para manipular las características bioquímicas, de desarrollo o fenotípicas de una planta alterando la expresión de un factor de transcripción puede producir plantas y cultivos con propiedades nuevas y/o mejoradas comercialmente valiosas, incluyendo rasgos que mejoran el rendimiento o la supervivencia y el rendimiento durante periodos de estrés abiótico, mejoran la tolerancia a la sombra, o alteran la detección de la planta de su equilibrio de carbono/nitrógeno.

Problemas asociados con la falta de agua. En el entorno natural, las plantas a menudo crecen en condiciones que no son favorables, tales como sequía (poca disponibilidad de agua), alta salinidad, frío, heladas, o alta temperatura. Cualquiera de estos estreses abióticos puede retrasar el crecimiento y el desarrollo, reducir la productividad y en casos extremos, producir la muerte de la planta. De estos estreses, la poca disponibilidad de agua, que en una forma drástica se denomina una sequía, es un factor principal en la reducción del rendimiento de los cultivos en el mundo. Los problemas para las plantas producidos por la baja disponibilidad de agua incluyen estreses mecánicos causados por la extracción de agua celular. La sequía también provoca que las plantas se vuelvan más susceptibles a diferentes enfermedades (Simpson, ed. (1981) "The Value of Physiological Knowledge of Water Stress in Plants", en Water Stress on Plants, Praeger, NY, pág. 235-265).

Además de las muchas regiones en el mundo que son demasiado áridas para la mayoría si no para todas las plantas de cultivo, el uso excesivo del agua disponible está produciendo una mayor pérdida del suelo que se puede usar en agricultura, un proceso que, en el extremo, da como resultado la desertificación. El problema se combina además con la acumulación creciente de sal en los suelos, lo cual se añade a la pérdida de agua disponible en los suelos.

La falta de agua es un componente común de los estreses de muchas plantas. La falta de agua se produce en las células de las plantas cuando la velocidad de transpiración de la planta entera supera la absorción de agua. Además de la sequía, otros estreses tales como la salinidad y la baja temperatura, producen la deshidratación celular (McCue y Hanson (1990) Trends Biotechnol. 8: 358-362).

La transducción de señales del estrés salino y por sequía incluye las rutas de señalización de la homeostasis iónica y osmótica. El aspecto iónico del estrés salino es señalizado por la ruta de SOS en la que un complejo de proteína quinasas SOS3-SOS2 sensible a calcio controla la expresión y la actividad de los transportadores de iones tales como SOS1. La ruta que regula la homeostasis iónica en respuesta al estrés salino se ha descrito recientemente por Xiong y Zhu (2002) Plant Cell Environ. 25: 131-139 y Ohta y col. (2003) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 100:11771-11776.

El componente osmótico del estrés salino implica reacciones complejas de la planta que se solapan con respuestas al estrés por sequía y/o baja temperatura.

Recientemente se han revisado aspectos comunes de las respuestas al estrés por sequía, frío y salino por Xiong y Zhu (2002), véase antes. Estos incluyen

(a) cambios transitorios en los niveles citoplasmáticos de calcio muy pronto en el suceso de señalización (Knight, (2000) Int. Rev. Cytol. 195: 269-324; Sanders y col. (1999) Plant. Cell 11: 691706);

(b) transducción de señales a través de proteína quinasas (CDPKs; Xiong y Zhu (2002) véase antes) y proteína fosfatasas (Merlot y col. (2001) Plant J. 25: 295-303; Tahtiharju y Palva (2001) Plant J. 26: 461-470) activadas por mitógenos y/o dependientes de calcio;

(c) aumento en los niveles de ácido abscísico (ABA) en respuesta al estrés desencadenando un subconjunto de respuestas (Xiong y Zhu (2002); véase antes, y referencias citadas en el mismo);

(d) fosfatos de inositol como moléculas señal (al menos para un subconjunto de cambios transcripcionales de respuesta al estrés (Xiong y col. (2001) Genes Dev. 15: 1971-1984);

(e) activación de fosfolipasas que a su vez genera un conjunto diverso de moléculas de segundo mensajero, algunas de las cuales pueden regular la actividad de las quinasas sensibles al estrés (la fosfolipasa D funciona en una ruta independiente del ABA Frank y col. (2000) Plant Cell 12:111-124);

(f) inducción de genes de tipo de embriogénesis tardía abundantes (LEA) incluyendo genes COR/RD sensibles a CRT/DRE (Xiong y Zhu (2002) véase antes);

(g) mayores niveles de antioxidantes y osmolitos compatibles tales como prolina y azúcares solubles (Hasegawa y col. (2000) Annu. Rev Plant Mol. Plant Physiol. 51: 463-499); y

(h) acumulación de especies de oxígeno reactivas tales como superóxido, peróxido de hidrógeno y radicales hidróxido (Hasegawa y col. (2000) véase antes).

La biosíntesis del ácido abscísico se regula mediante el estrés osmótico en múltiples puntos. La señalización del estrés osmótico tanto dependiente como independiente de ABA modifica primero los factores de transcripción expresados de forma constitutiva, conduciendo a la expresión de activadores transcripcionales de respuesta temprana, que después activan activadores transcripcionales en dirección 3' y genes efectores de la tolerancia al estrés.

Basándose en la concordancia de muchos aspectos de las respuestas al estrés por temperatura baja, sequía y salino, se puede concluir que los genes que aumentan la tolerancia al estrés por temperatura baja o salinidad también pueden mejorar la protección frente al estrés por sequía. De hecho, esto ya se ha demostrado para factores de transcripción, como es el caso de AtCBF/DREB 1, y para otros genes tales como OsCDPK7 (Saijo y col. (2000) Plant J. 23: 319-327) o AVP1 (una bomba vacuolar de pirofosfatasa-protones, Gaxiola y col. (2001) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98: 11444-11449).

Resumen de la invención

El presente procedimiento se dirige a polinucleótidos recombinantes que confieren tolerancia al estrés abiótico en plantas cuando se altera la expresión de cualquiera de estos polinucleótidos recombinantes (p. ej., por exceso de expresión). Las secuencias relacionadas que se describen en el presente documento incluyen secuencias de nucleótidos que hibridan con el complemento de las secuencias de la invención en condiciones restrictivas. Un ejemplo de condiciones rigurosas que definen la invención incluye un procedimiento de hibridación que incorpora dos etapas de lavado de 6x SSC y 65ºC, siendo cada etapa de 10-30 minutos de duración. Por ejemplo, G2133 (polinucleótido de la SEQ ID NO: 11 y polipéptido de la SEQ ID NO: 12) confiere tolerancia a la sequía, cuando éste polipéptido es expresado en exceso en plantas. Por lo tanto, la invención incluye el uso del polinucleótido y polipéptido G2133, así como de las secuencias de nucleótidos que son estructuralmente similares en cuanto que estas o su complemento hibridan con la SEQ ID NO: 11 en condiciones de hibridación restrictivas

En particular, la invención proporciona un procedimiento para producir... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir una planta transgénica que tiene mayor tolerancia a la falta de agua que una planta de control, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

(a) producir un vector de expresión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido que comprende un dominio conservado con una identidad de secuencia de aminoácidos de al menos 70% con las coordenadas de aminoácidos 10-77 de la SEQ ID NO: 12; en el que el polipéptido tiene una propiedad de la SEQ ID NO: 12 de aumentar la tolerancia a la falta de agua en una planta con respecto a la planta de control; y

(b) introducir el vector de expresión en una planta objetivo para producir una planta transgénica; en el que el polipéptido es expresado en exceso en la planta transgénica y dicho exceso de expresión da como resultado que la planta transgénica tiene una mayor tolerancia a la falta de agua que la planta de control.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el dominio conservado tiene una identidad de secuencia de al menos 89% con las coordenadas de aminoácidos 10-77 de la SEQ ID NO: 12.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que el vector de expresión comprende un promotor constitutivo, inducible o específico de tejido operativamente unido a la secuencia de nucleótidos.

4. Una semilla transgénica que comprende un vector de expresión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido que comprende un dominio conservado con una identidad de secuencia de aminoácidos de al menos 70% con las coordenadas de aminoácidos 10-77 de la SEQ ID NO: 12; producido por una planta transgénica producida por cualquiera de los procedimientos de las reivindicaciones 1 a 3, en el que una planta descendiente que ha crecido a partir de la semilla transgénica tiene una mayor tolerancia a la sequía con respecto a la planta de control, y en el que dicha secuencia está operativamente unida a un promotor que es inducible en respuesta al calor o sequía.

5. Una semilla, fruta, hoja, raíz o descendiente de una planta que comprende un vector de expresión que comprende una secuencia de nucleótidos que codifica un polipéptido que comprende un dominio conservado con una identidad de secuencia de aminoácidos de al menos 70% con las coordenadas de aminoácidos 10-77 de la SEQ ID NO: 12; en el que el polipéptido tiene una propiedad de la SEQ ID NO:12 de aumentar la tolerancia a la falta de agua en una planta con respecto a la planta de control, que se puede obtener por el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha planta, semilla, fruta, hoja, raíz, célula de planta o descendiente tiene una mayor tolerancia a la falta de agua que la planta de control, y en el que dicha secuencia está operativamente unida a un promotor que es inducible en respuesta al estrés por calor o sequía.

6. Uso de un vector de expresión para producir una planta transgénica que tiene una mayor tolerancia a la falta de agua con respecto a una planta de control, en el que el vector de expresión codifica un polipéptido que comprende un dominio conservado con una identidad de secuencia de aminoácidos de al menos 70% con las coordenadas de aminoácidos 10-77 de la SEQ ID NO: 12.