Sistema de androesterilidad génico-citoplásmica en trigo.Semilla,

célula, y grupo de células con androesterilidad génico-citoplasmática que incorporan genes restauradores de la fertilidad procedentes de cromosomas de Hordeum chilense. Dichas células dan lugar o son parte de plantas que forman la línea restauradora, e integran en su material genético un fragmento del cromosoma 1Hch, una doble monosomía para 6Hch y 6D, y/o la traslocación 6HchS/6DL

Sistema de androesterilidad génico-citoplásmica en trigo.

La presente invención se encuentra dentro del campo de la biotecnología y, concretamente dentro de la mejora genética vegetal. Se refiere a una célula vegetal con androesterilidad génico-citoplasmática que incorpora genes restauradores de la fertilidad procedentes de cromosomas de Hordeum chilense. Dichas células dan lugar o son parte de plantas que forman la línea restauradora, e integran en su material genético un fragmento del cromosoma 1H^ch, una doble monosomía para 6H^ch y 6D, y/o la traslocación 6H^chS/6DL.

Estado de la técnica anterior

Uno de los métodos de Mejora Genética Vegetal (MGV) más eficaces, que ha revolucionado la industria de las semillas gracias principalmente a la ingeniería genética y química, y objeto de numerosas patentes (EP 0,771,523 B2; EP 0,923,283 B1; EP 0,630,403 B1; US 7,164,058 B2), ha sido la producción de células vegetales que den lugar a líneas de plantas androesteriles. Dichas líneas androesteriles permitirían el establecimiento, junto con otras líneas, de sistemas que permiten la obtención de variedades híbridas. Las variedades híbridas de este tipo se denominan también híbridos F1 y son, además de más productivas (un alto rendimiento de las partes de la planta que pueden comercializarse, tales como frutos y similares), debido a lo que se denomina "vigor híbrido", más homogéneas (uniformidad en el color, sabor, tamaño y similares), resultando en un mayor rendimiento del cultivo y en una calidad uniforme del mismo.

El híbrido comercial es el producto del cruzamiento entre dos líneas puras que se han seleccionado por su capacidad para expresar heterosis. La combinación óptima ha sido resultado de un proceso costoso y, como siempre en MGV, largo, de evaluación en campo de decenas de miles de cruzamientos. En el desarrollo del híbrido y en su producción comercial, salvo en contados casos, la castración no es rentable hacerla manualmente (castración mecánica o eliminación de las anteras, llamada también emasculación). Los procedimientos que se utilizan son: la castración química (sustancias que eliminan o inactivan los gametos masculinos), la genética (nuclear) y la génico-citoplásmica. Esta última es la que ha tenido mayor éxito comercial.

Existen dos tipos principales de esterilidad masculina genética que pueden ser explotados para la producción de semillas híbridas en trigo: esterilidad masculina citoplasmática ("CMS") en líneas de substitución nuclear o aloplásmicas, causada por la interacción incompatible de un citoplasma extraño con el núcleo del trigo común, y esterilidad masculina génica ("GMS") en líneas euplásmicas, causada por una mutación recesiva o una deleción de un gen(es) nuclear(es) que normalmente confiere esterilidad masculina en el citoplasma del trigo común. La CMS, que implica a un citoplasma extraño, normalmente reduce la capacidad de rendimiento del híbrido, mientras que la GMS, que implica a un citoplasma nativo, debería permitir una expresión normal del genoma y, por ello, una capacidad total de rendimiento del híbrido.

En el año 1962 Wilson and Ross describen que la transferencia del núcleo del trigo harinero al citoplasma de Triticum timopheevii (aloplasmia) induce esterilidad masculina citoplasmática (CMS) manteniendo el resto de características del trigo. Este descubrimiento provocó la búsqueda de genes restauradores y fuentes alternativas de androestrilidad génico-citoplásmica, con el objetivo último de producir híbridos comerciales de trigo. La línea aloplásmica se denomina Línea A, la línea portadora de los genes restauradores es la Línea R y se denomina Línea B a la línea genéticamente idéntica a A pero en el citoplasma original, que es por tanto autofértil. La semilla híbrida se obtiene sembrando próximas las líneas A y R, y recogiendo la semilla híbrida en la línea A. La línea A se mantiene polinizándola con la línea B.

La revisión más completa sobre trigo híbrido que existe es la de Pickett (Adv. Plant Breed., Suppl. J. Plant Breed., 15, 1-259, 1993). En esta revisión se describen los efectos sobre el trigo de 20 citoplasmas de los géneros Triticum, Aegilops, Haynaldia y Secale. La conclusión es la misma que la propuesta con anterioridad por otros autores; el citoplasma más útil para producir semilla híbrida de trigo es el de Triticum timopheevii, fundamentalmente por la ausencia de efectos deletéreos frecuentes en otros sistemas (Virmani & Edwards, Advances in Agronomy 36, 1983).

Las líneas con esterilidad masculina citoplasmática (CMS) tienen una mutación en su genoma mitocondrial y la esterilidad masculina se hereda como un carácter dominante, transmitido por línea materna. La CMS puede ser empleada para la producción de semillas híbridas solo si:

1- Están disponibles mutantes CMS en un cereal dado,

2- Están disponibles los genes de restauración (nucleares) para restaurar la fertilidad de las líneas CMS cuando las semillas son el producto cosechado,

3- La mutación CMS no está asociada a una penalización.

Por tanto, el desarrollo de un sistema de androesterilidad génico-citoplásmica en trigo implica la obtención de una línea euplásmica, la obtención de líneas androestériles de trigo (líneas aloplásmicas), y la obtención de líneas restauradoras (Líneas R) seleccionando para la presencia de los genes restauradores de la fertilidad en la F1, lo que implica el descubrimiento e incorporación de genes restauradores (genes Rf).

Existe una larga lista de genes Rf en trigo distribuidos en los tres genomas (ABD) del trigo, casi siempre procedentes de la especie donante del citoplasma (tabla 1), por lo que abundan los procedentes de T. timopheevii y es frecuente que estén localizados en los brazos cortos de los cromosomas del grupo 1 y 6. Se han descrito varios brazos cromosómicos en el trigo común que llevan genes que afectan a la fertilidad masculina, por ejemplo brazos cromosómicos del grupo 4: el brazo largo del cromosoma 4A (4AL), el brazo corto del cromosoma 4B (4BS) y el brazo corto del cromosoma 4D (4DS), que llevan los genes normales de fertilidad masculina Ms-A1, Ms-B1 y Ms-D1, respectivamente, y los brazos largos de los cromosomas del grupo 5: 5A, 5B y 5D (5AL, 5BL y 5DL, respectivamente), que llevan los genes Ms-A2, Ms-B2 y Ms-D2, respectivamente. Sin embargo, hasta ahora, sólo encontraron o introdujeron en el locus Ms-B1, en la región distal del brazo cromosómico 4BS (antes 4AS) había tres alelos recesivos que causan esterilidad masculina. Se dijo que estos alelos, a saber, ms-B1-a, ms-B1-b y ms-B1-c (con frecuencia también llamados ms1a, ms1b y mslc, respectivamente), no causaban efecto alguno, más allá de la esterilidad masculina, sobre el rendimiento de la planta (revisado por Wilson & Driscoll, 1983).

TABLA 1 Lista de genes Rf, distribución en los cromosomas y origen

Hordeum chilense (2n=2x=14, H^chH^ch) es una cebada silvestre sudamericana que ha sido utilizada como parental femenino para la síntesis de anfiploides llamados tritórdeos (Martín, Journal of Cereal Science, 30, 85-95, 1999). Estos tienen por tanto citoplasma de cebada. Retrocuzado el tritórdeo octoploide (H^chH^cAABBDD) repetidamente con trigo harinero (2n=6X=42, AABBDD) se genera una línea aloplásmica androestéril, su núcleo tiene la constitución genómica AABBDD del trigo y el citoplasma de la cebada, parental femenino del anfiploide. En el proceso de obtención, antes de la eliminación total de los cromosomas de la cebada, algunas líneas son fértiles. Recientemente se ha descubierto que el brazo corto del cromosoma 6H^chS es responsable de esta restauración (Martín et al. 2008. Australian Journal of Agricultural Science 59 (3): 206-213). Sin embargo, en hemiciqosis esta adición no es un restaurador efectivo, por lo que en principio no parece interesante.

Es necesario, por tanto, encontrar un mecanismo efectivo que permita la obtención de una línea restauradora de la fertilidad en trigo que permita la producción de semillas híbridas.

Descripción de la invención

Los autores de la presente invención... [Seguir leyendo]

1. Célula de trigo caracterizada por que su material genético comprende: