Una planta de arroz que comprende un ácido nucleico AHAS de variante no recombinante,

en donde el ácido nucleico AHAS variante confiere a la planta tolerancia aumentada a un herbicida de imidazolinona cuando se compara con una variedad tipo natural de la planta, en donde la planta de arroz es un derivado o progenie de la planta de arroz con el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208, en donde la planta de arroz con el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208 comprende el ácido nucleico AHAS variante, y en donde el ácido nucleico AHAS variante comprende una secuencia de polinucleótidos seleccionada del grupo que consiste de:

(a) un polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3 o SEQ ID NO: 5;

(b) un polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 11;

(c) un polinucleótido que codifica un polipéptido como se define en la SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 o SEQ ID NO: 6;

(d) un polinucleótido que codifica un polipéptido como se define en la SEQ ID NO: 12; y

(e) un polinucleótido complementario al polinucleótido de cualquiera de a) a d) anterior.

Plantas de arroz que tienen tolerancia aumentada a herbicidas de imidazolinona

Campo de la invención

La presente invención se relaciona en general con plantas que tienen una tolerancia aumentada a los herbicidas de imidazolinona. Más específicamente, la presente invención se relaciona con plantas de arroz obtenidas mediante mutagenia y cruzabilidad y transformación que tiene una tolerancia aumentada a los herbicidas de imidazolinona.

Antecedentes de la invención

De acuerdo con una encuesta a los agricultores, las principales limitaciones para la producción de arroz son malezas (Hidaka et al., Agrochemicals Japan, 2000, 77: 21-29) . La siembra directa ha reducido los problemas trabajo de trasplantar, sin embargo esta tecnología ha ayudado a aumentar el problema de la maleza. El uso de herbicida en cultivos de arroz es una práctica común en la mayor parte de las regiones arroceras que dirigen los cultivos de semillas de arroz y/o en países desarrollados que cultivan arroz bajo sistemas de siembra directa o trasplante. Usualmente se aplica un herbicida para pasto y para hoja ancha una o más veces con el fin de controlar las malezas en los cultivos de arroz.

Los pastos, juncos y malezas arroz ("arroz rojo") han sido los principales grupos de especies que son aptos para los mismos ambientes donde se cultiva el arroz. Estas malezas se han llegado a distribuir globalmente y son difíciles de controlar en los cultivos de arroz. El arroz rojo pertenece a la misma especie que el arroz cultivado (Or y za sativa L) . La similitud genética del arroz rojo y el arroz comercial ha hecho difícil el control de herbicidas del arroz rojo. Diversas prácticas de cultivo ayudan en el control de malezas y son convenientes para mejor cuidado del medio ambiente, tal como preparación de tierra, nivelación del terreno, diques y profundidad del agua, rotación de la tierra, siembra certificada, sistemas de planta apropiados y fechas de plantación. Aunque estas prácticas de cultivo pueden ayudar a reducir el banco de semillas de maleza y el desarrollo de malezas tolerantes al herbicida, estas imponen ciertas restricciones y aumentan el coste del cultivo.

A pesar de las muchas recomendaciones para las mejores prácticas de cultivo, los agricultores aún confían en el uso de herbicidas como la herramienta principal para controlar los malezas. El uso y abuso de algunos de estos productos químicos ha resultado en el desarrollo de malezas tolerantes como pasto dentado resistentes al Propanilo y Butaclor (Echinochloa crus galli) . En estos casos, es conveniente tener otros herbicidas con diferentes modos de acción con la capacidad de controlar la mayor parte de estas especies de malezas, de tal manera que su aplicación se puede alternar con los herbicidas comúnmente aplicados.

La sintasa acetohidroxiácida (AHAS; EC 4.1.3.18, sintasa acetolactato (ALS) ) , codificada por el ácido nucleico AHAS, es la primera enzima que cataliza la síntesis bioquímica de los aminoácidos de cadena ramificada valina, leucina, e isoleucina (Singh B. K., 1999, Biosynthesis of valine, leucine and isoleucine in: Singh B. K. (Ed) Plant amino acids. Marcel Dekker Inc. New York, New York. Pg 227-247) . El AHAS es el sitio de acción de cuatro familias de herbicida estructuralmente diversas que incluyen las sulfonilureas (LaRossa RA and Falco SC, 1984, Trends Biotechnol. 2:158-161) , las imidazolinonas (Shaner et al., 1984, Plant Physiol. 76:545-546) , las triazolopirimidinas (Subramanian and Gerwick, 1989, Inhibition of acetolactate synthase by triazolopyrimidines in (Ed) Whitaker JR, Sonnet PE Biocatalysis in agricultural biotechnology. ACS Symposium Series, American Chemical Society. Washington, D.C. Pg 277-288) , y los pirimidiloxibenzoatos (Subramanian et al., 1990, Plant Physiol. 94: 239-244.) . Se utilizan ampliamente los herbicidas de imidazolinona y sulfonilurea en la agricultura moderna debido a su efectividad en índices de aplicación muy bajos y sin toxicidad relativa en animales. Al inhibir la actividad AHAS, estas familias de herbicidas evitan el crecimiento y desarrollo adicional de plantas susceptibles que incluyen muchas especies de malezas. Diversos ejemplos de herbicidas de imidazolinona comercialmente disponibles son PURSUIT® (imazetapir) , SCEPTER® (imazaquin) y ARSENAL® (imazapir) . Ejemplos de herbicidas sulfonilurea son clorsulfurón, metil metsulfurón, metil sulfometurón, etil clorimurón, metil tifensulfurón, metil tribenurón, metil bensulfurón, nicosulfurón, metil etametsulfurón, rimsulfurón, metil triflusulfurón, triasulfurón, metil primisulfurón, cinosulfurón, amidosulfurón, fluzasulfurón, imazosulfurón, etil pirazosulfurón, y halosulfurón.

Debido a su alta efectividad y baja toxicidad, los herbicidas de imidazolinona se favorecen para aplicación por rociado sobre la parte superior de un rango amplio de vegetación. La capacidad de rociar un herbicida sobre la parte superior de un amplio rango de vegetación reduce los costes asociados con el establecimiento y mantenimiento de la plantación, y reduce la necesidad para la preparación del sitio antes de uso de tales agentes químicos. El rociado sobre la parte superior de una especie tolerante deseada también resulta en la capacidad de alcanzar el potencial de producción máximo de la especie deseada debido a la ausencia de las especies competitivas. Sin embargo, la capacidad para utilizar tales técnicas de rociado es dependiente de la presencia de las especies tolerantes a imidazolinona de la vegetación deseada en el rociado sobre el área.

Entre los principales cultivos agrícolas, algunas especies leguminosas tales como soja son resistentes de forma natural a los herbicidas de imidazolinona debido a su capacidad para metabolizar rápidamente los compuestos herbicidas (Shaner and Robson, 1985, Weed Sci. 33:469-471) . Otros cultivos tales como maíz (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100: 882-886) y arroz (Barrett et al., 1989, Crop Safeners for Herbicides, Academic Press New York, pp. 195-220) son susceptibles a los herbicidas de imidazolinona. La sensibilidad diferencial a los herbicidas de imidazolinona es dependiente de la naturaleza química del herbicida particular y el metabolismo diferencial del compuesto de una forma tóxica a no tóxica en cada planta (Shaner et al., 1984, Plant Physiol. 76:545-546; Brown et al., 1987, Pestic. Biochem. Physiol. 27:24-29) . Otras diferencias fisiológicas de planta tales como absorción y translocación también cumplne una función importante en la sensibilidad (Shaner and Robson, 1985, Weed Sci. 33:469-471) .

Los cultivos resistentes a las imidazolinonas, sulfonilureas y triazolopirimidinas se han producido exitosamente utilizando mutagenia de semillas, microesporas, polen, y callos en Zea mays, Brassica napus, Glycine max, y Nicotiana tabacum (Sebastian et al., 1989, Crop Sci. 29:1403-1408; Swanson ef al., 1989, Theor. Appl. Genet. 78:525-530; Newhouse et al., 1991, Theor. Appl. Genet. 83:65-70; Sathasivan et al., 1991, Plant Physiol. 97: 10441050; Mourand ef al., 1993, J. Heredity 84:91-96) . En todos los casos, un gen nuclear parcialmente dominante, único confiere resistencia. También se aislaron previamente cuatro plantas de trigo resistentes a imidazolinona luego de mutagenia de semilla de Triticum aestivum L. cv Fidel (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886) . Los estudios confirman que la herencia que un gen parcialmente dominante, único confiere resistencia. Con base en los estudios alélicos, los autores concluyen que las mutaciones en las cuatro estirpes identificadas se ubican en el mismo sitio. Uno de los genes de resistencia al cultivo Fidel se designa FS-4 (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886) .

El modelamiento con base en ordenador de la conformación tridimensional del complejo de inhibidor AHAS predice diversos aminoácidos en el bolsillo de unión de inhibidor propuesto como sitios donde se inducen mutaciones que conferirán probablemente resistencia selectiva a las imidazolinonas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263:359-368) . Las plantas de tabaco se producen con algunas de estas mutaciones racionalmente designadas en los sitios de unión propuestos de la enzima AHAS que tiene de hecho resistencia específica exhibida en una clase única de herbicidas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263:359-368) .

La resistencia de las plantas a los herbicidas de imidazolinona también se ha reportado en un número de patentes. Las Patentes Estadounidenses Nos. 4, 761, 373, 5, 331, 107, 5, 304, 732, 6, 211, 438, 6, 211, 439, y 6, 222, 100 describen de manera general el uso del ácido nucleico AHAS alterado... [Seguir leyendo]

1. Una planta de arroz que comprende un ácido nucleico AHAS de variante no recombinante, en donde el ácido nucleico AHAS variante confiere a la planta tolerancia aumentada a un herbicida de imidazolinona cuando se

compara con una variedad tipo natural de la planta, en donde la planta de arroz es un derivado o progenie de la planta de arroz con el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208, en donde la planta de arroz con el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208 comprende el ácido nucleico AHAS variante, y en donde el ácido nucleico AHAS variante comprende una secuencia de polinucleótidos seleccionada del grupo que consiste de:

(a) un polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3 o SEQ ID NO: 5;

(b) un polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 11;

(c) un polinucleótido que codifica un polipéptido como se define en la SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4 o SEQ ID NO: 6;

(d) un polinucleótido que codifica un polipéptido como se define en la SEQ ID NO: 12; y

(e) un polinucleótido complementario al polinucleótido de cualquiera de a) a d) anterior.

2. La planta de arroz de la reivindicación 1, en donde la planta se selecciona del grupo que consiste de

(a) una planta que es un derivado construido genéticamente por ingeniería, recombinante o mutante de la planta con el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCRVIB 41208;

(b) cualquier progenie de la planta del Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208; o

(c) una planta que es una progenie de cualquiera de las plantas de (a) a (b) .

3. La planta de arroz de la reivindicación 1 o 2, en donde el ácido nucleico AHAS variante comprende una secuencia de polinucleótidos como se define en la SEQ ID NO: 1.

4. La planta de arroz de la reivindicación 1 o 2, en donde el ácido nucleico AHAS variante comprende una secuencia de polinucleótidos como se define en la SEQ ID NO: 3.

5. La planta de arroz de la reivindicación 1 o 2, en donde el ácido nucleico AHAS variante comprende una secuencia de polinucleótidos como se define en la SEQ ID NO: 5.

6. La planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el herbicida imidazolinona se selecciona del grupo que consiste de ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo- 2-imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4isopropil) -4- metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -3-quinolinacarboxílico, ácido 5-etil-2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2

imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4-metil- 5- oxo- 2- imidazolin- 2- il) - 5- (metoximetil) - nicotínico, ácido 2 (4-isopropil-4-metil-5-oxo- 2-imidazolin-2-il) -5-metilnicotínico, y una mezcla de metil 6- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2imidazolin- 2-il) -m-toluato y metil 2- (4-isopropil-4- metil-S-oxo-2-imidazolin-2-il) -p-toluato.

7. La planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el herbicida imidazolinona es ácido 5-etil-2- (4-isopropil- 4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico.

8. La planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el herbicida imidazolinona es ácido 2- (4-isopropil-4-metil- 5- oxo- 2- imidazolin- 2- il) - 5- (metoximetil) - nicotínico.

9. Una parte de planta de la planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la parte de planta comprende el ácido nucleico AHAS variante.

10. Una célula de planta de la planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la célula de 40 planta comprende el ácido nucleico AHAS variante.

11. Una semilla producida por la planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la semilla comprende el ácido nucleico AHAS variante.

12. La semilla de la reivindicación 11, en donde la semilla es genéticamente pura para una tolerancia aumentada a un herbicida de imidazolinona cuando se compara con una variedad tipo natural de la semilla de la planta de arroz.

13. Un método para controlar malezas dentro de la vecindad de una planta de arroz, que comprende aplicar un herbicida de imidazolinona a las malezas y la planta, en donde la planta comprende un ácido nucleico AHAS de 5 variante no recombinante que confiere tolerancia aumentada de la planta al herbicida imidazolinona cuando se compara con una variedad tipo natural de la planta, en donde la planta de arroz tiene el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208 o es un derivado o progenie del mismo, en donde la planta de arroz con el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208 comprende el ácido nucleico AHAS variante, y en donde el ácido nucleico AHAS variante comprende

una secuencia de polinucleótidos seleccionada del grupo que consiste de:

(a) un polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, o SEQ ID NO: 5;

(b) un polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 11;

(c) un polinucleótido que codifica un polipéptido como se define en la SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, o SEQ ID NO: 6;

(d) un polinucleótido que codifica un polipéptido como se define en la SEQ ID NO: 12; y

(e) un polinucleótido complementario al polinucleótido de cualquiera de a) a d) anterior.

14. El método de la reivindicación 13, en donde la planta se selecciona del grupo que consiste de:

(a) una planta que tiene un Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208;

(b) una planta que es un derivado construido genéticamente por ingeniería, recombinante o mutante de la planta con 20 el Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208;

(c) cualquier progenie de la planta del Número de Designación de Depósito de Patente NCIMB 41206, NCIMB 41207, o NCIMB 41208; o

(d) una planta que es una progenie de cualquiera de las plantas de las plantas de (a) a (c) .

15. El método de la reivindicación 13 o 14, en donde el herbicida imidazolinona se selecciona del grupo que consiste

de ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin- 2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil) -4-metil-5- oxo-2-imidazolin-2il) -3-quinolinacarboxílico, ácido 5- etil-2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2- il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4metil-5-oxo-2- imidazolin-2-il) -5- (metoximetil) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -5metilnicotínico, y una mezcla de metil 6- (4- isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -m-toluato y metil 2- (4-isopropil-4metil-5-oxo-2-imidazolin- 2-il) -p-toluato.

16. El método de la reivindicación 13 o 14, en donde el herbicida imidazolinona es ácido 5-etil-2- (4-isopropil-4-metil5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico.

17. El método de la reivindicación 13 o 14, en donde el herbicida imidazolinona es ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo2-imidazolin-2-il) -5- (metoximetil) -nicotínico.

FIGURA 1A

Secuencia de nucleótido AHAS parcial de la estirpe de arroz IMINTA 1 (SEQ ID NO: 1)

Figura 1B

Secuencia de aminoácidos AHAS parcial deducida de la estirpe de arroz IMINTA 1 (SEQ ID NO: 2)

Figura 1C

Secuencia de nucleótido AHAS parcial de la estirpe de arroz IMINTA 4 (SEQ ID NO: 3)

Figura 1D

Secuencia de aminoácidos AHAS parcial deducida de la estirpe de arroz IMINTA 4 (SEQ ID NO: 4)

Figura 1E

Secuencia de nucleótido AHAS parcial de la estirpe de arroz IMINTA 5 (SEQ ID NO: 5)

Figura 1F

Secuencia de aminoácidos AHAS parcial deducida de la estirpe de arroz IMINTA 5 (SEQ ID NO: 6)

Figura 1G

Secuencia de nucleótido AHAS de la estirpe de arroz I47 tipo natural (SEQ ID NO: 7)

Figura 1H

Secuencia de aminoácidos AHAS deducida de la estirpe de arroz I47 tipo natural (SEQ ID NO: 8)

Figura 2

Alineación de las secuencias de nucleótido de IMINTA 1, IMINTA 4, e IMINTA 5 con secuencias AHAS de arroz tipo natural

Figura 3

Alineación de las secuencias de aminoácido de IMINTA 1, IMINTA 4 e IMINTA 5 con las secuencias AHAS de arroz tipo natural

Figura 4A

Secuencia de nucleótido AHAS de longitud completa confieren resistencia a los herbicidas de imidazolinona (SEQ ID NO: 11)

Figura 4B

Secuencia de aminoácidos AHAS de longitud completa deducida confiere resistencia a los herbicidas de imidazolinona (SEQ ID NO: 12)

Figura 5 Figura 6

Figura 7 14% de humedad de Producción de Grano Figura 8 Componentes de producción