PLANTAS DE TRIGO CON RESISTENCIA INCREMENTADA A HERBICIDAS DE IMIDAZOLINONA.

Una planta de trigo que comprende al menos un ácido nucleico IMI,

en donde la planta de trigo tiene resistencia a un herbicida de imidazolinona, incrementada en comparación con una variedad de tipo salvaje de la planta, y en donde el ácido nucleico IMI se selecciona del grupo que consiste en:

a) polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1;

b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI codificada por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; y

c) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende al menos una identidad de la secuencia de aminoácidos del 90% con cualquier polipéptido codificado por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína IMI comprende una sustitución de serina por asparagina en el Dominio E.

Plantas de trigo con resistencia incrementada a herbicidas de imidazolinona CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere, en general, a plantas de trigo que tienen una resistencia incrementada a herbicidas de imidazolinona. Más específicamente, la presente invención se refiere a plantas de trigo obtenidas mediante mutagénesis y cruce y transformación, que tienen una resistencia incrementada a herbicidas de imidazolinona.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La acetohidroxiácido sintasa (AHAS; EC 4.1.3.18) 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 en: Singh B. K. (Comp.) Plant amino acids. Marcel Dekker Inc. Nueva York, Nueva York, págs. 227247) . AHAS es el sitio de acción de cuatro familias de herbicidas estructuralmente diversas que incluyen las sulfonilureas (LaRossa RA y Falco SC, 1984 Trends Biotechnol. 2: 158-161) , las imidazolinonas (Shaner et al., 1984 Plant Physiol. 76:545-546) , las triazolopirimidinas (Subramanian y Gerwick, 1989 Inhibition of acetolactate synthase by triazolopymidines en (comp.) Whitaker JR. Sonnet PE Biocatalysis in agricultural biotechnology. ACS Symposium Series, American Chemical Society, Washinington, D.C. págs. 277-288) y los pirimidiloxibenzoatos (Subramanian et al., 1990 Plant Physiol 94: 239-244) . Herbicidas de imidazolinona y sulfonilurea se utilizan ampliamente en la agricultura moderna debido a su eficacia a tasas de aplicación muy bajas y a su no toxicidad relativa en animales. Al inhibir la actividad de AHAS, estas familias de herbicidas evitan el crecimiento y desarrollo adicionales de plantas susceptibles que incluyen muchas especies de malas hierbas. Varios ejemplos de herbicidas de imidazolinona comercialmente disponibles son PURSUIT® (imazethapyr) , SCEPTER® (imazaquin) y ARSENAL® (imazapyr) . Ejemplos de herbicidas de sulfonilurea son clorosulfurona, metsulfurona-metilo, sulfometurona-metilo, clorimuron-etilo, tifensulfuron-metilo, tribenuron-metilo, bensulfuron-metilo, nicosulfurona, etametsulfuron-metilo, rimsulfurona, triflusulfuron-metilo, triasulfurona, primisulfuron-metilo, cinosulfurona, amidosulfurona, fluzasulfurona, imazosulfurona, pirazosulfuron-etilo y halosulfurona.

Debido a su elevada eficacia y/o baja toxicidad, los herbicidas de imidazolinona son aceptados para la aplicación mediante pulverización sobre la parte superior o copa de una amplia zona de vegetación. La capacidad de pulverizar un herbicida sobre la parte superior o copa de una amplia gama de vegetación disminuye los costes asociados con el establecimiento y mantenimiento de la plantación y disminuye la necesidad de una preparación del sitio antes del uso de productos químicos de este tipo. La pulverización por encima de la parte superior de una especie tolerante deseada también da como resultado la capacidad de conseguir un potencial de rendimiento máximo de la especie deseada debido a la ausencia de especies competitivas. Sin embargo, la capacidad de utilizar técnicas de pulverización de este tipo depende de la presencia de especies resistentes a imidazolinona de la vegetación deseada en la zona de pulverización.

Entre las cosechas agrícolas principales, algunas especies de leguminosas tales como la soja son resistentes por naturaleza a herbicidas de imidazolinona debido a su capacidad de metabolizar rápidamente los compuestos herbicidas (Shaner y Robinson, 1985 Weed. Sci. 33:469-471) . Otras cosechas tales como maíz (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886) y arroz (Barrette et al., 1989 Crop Safeners for Herbicides, Academic Press Nueva York, págs. 195-220) son algo susceptibles a herbicidas de imidazolinona. La sensibilidad diferencial a los herbicidas de imidazolinona depende de la naturaleza química del herbicida particular y del metabolismo diferencial del compuesto de una forma tóxica a una forma no tóxica en cada una de las plantas (Shaner et al., 1984 Plant Physiol. 76:545-546; Brown et al., 1987 Pestic. Biochem. Physiol. 27:24-29) . Otras diferencias fisiológicas de las plantas tales como la absorción y translocación juegan también un papel importante en la sensibilidad (Shaner y Robinson, 1985, Weed. Sci. 33:469-471) .

Cultivares de cosechas resistentes a imidazolinona, sulfonilureas y triazolopirimidinas han sido producidos con éxito utilizando la mutagénesis en las semillas, microesporas, el polen y el callo en Zea mays, Arabidopsis thaliana Brassica napus, Glycine max, y Nicotiana tabacum (Sebastian et al., 1989 Crop Sci. 29:1403-1406; Swanson et al., 1989 Theor. Appl. Genet. 78:525-530; Newhouse et al., 1991 Theor. Appl. Genet. 83:65-70; Sathasivan et al., 1991 2 10

Plant Physiol. 97:1044-1050; Mourand et al., 1993 J. Heredity 84:91-96) . En todos los casos, un único gen nuclear parcialmente dominante confería resistencia. Cuatro plantas de trigo resistentes a imidazolinona fueron también previamente aisladas después de la mutagénesis en las semillas de Triticum aestivum L. cv Fidel (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886) . Estudios de herencia confirmaron que un único gen, parcialmente dominante, confería resistencia. En base a estudios alélicos, los autores concluyeron que las mutaciones en las cuatro líneas identificadas estaban situadas en el mismo locus. Uno de los genes de resistencia al cultivar Fidel se designó FS-4 (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886) .

El modelado basado en ordenador de la conformación tridimensional del complejo AHAS-inhibidor predice varios aminoácidos en la bolsa de unión del inhibidor propuesta como sitios en los que mutaciones inducidas conferirían probablemente resistencia selectiva a imidazolinonas (Ott et al., 1996 J. Mol. Biol. 263:359-368) . Plantas de trigo, producidas con algunas de estas mutaciones racionalmente diseñadas en los sitios de unión propuestos de la enzima AHAS han exhibido, de hecho, resistencia específica a una sola clase de herbicidas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263:359-368) .

La resistencia de plantas a herbicidas de imidazolinona también ha sido reseñada en un cierto número de patentes. Las patentes de EE.UU. nº s 4.761.373, 5.331.107, 5.304.732, 6.211.438, 6.211.439 y 6.222.100 describen en general el uso de un gen AHAS alterado para inducir una resistencia a herbicidas en plantas y, específicamente, describe determinadas líneas de maíz resistentes a imidazolinona. La patente de EE.UU. nº 5.013.659 describe plantas que exhiben una resistencia a herbicidas que poseen mutaciones en al menos un aminoácido en una o más regiones conservadas. Las mutaciones descritas en esta memoria codifican la resistencia cruzada a imidazolinonas y sulfonilureas, o una resistencia específica a sulfonilureas, pero no se describe ninguna resistencia específica a imidazolinonas. Adicionalmente, la patente de EE.UU. nº 5.731.180 y la patente de EE.UU. nº

5.767.361 discuten un gen aislado con una sustitución en un sólo aminoácido en una secuencia de aminoácidos AHAS de monocotiledóneas de tipo salvaje que da como resultado una resistencia específica para imidazolinona.

Hasta la fecha, la técnica anterior no ha descrito plantas de trigo resistentes a imidazolinona que contengan más de un gen AHAS alterado. Tampoco la técnica anterior ha descrito plantas de trigo resistentes a imidazolinona que contengan mutaciones en genomas distintos que el genoma del que se deriva el gen FS-4. Por lo tanto, lo que se necesita en la técnica es la identificación de genes de resistencia a imidazolinona procedentes de genomas adicionales. Lo que también se necesita en la técnica son plantas de trigo que tengan una resistencia incrementada a herbicidas tales como imidazolinona y que contengan más de un gen AHAS alterado. También se necesitan métodos para reprimir el crecimiento de las malas hierbas en la vecindad de plantas de trigo de este tipo. Estas composiciones y métodos permitirían el uso de técnicas de pulverización cuando se aplican herbicidas a zonas que contienen plantas de trigo.

El documento EP-A-0 508 161 y Newhouse et al. (Tolerance to imidazolinone Herbicides in Wheat Plant Physiology, American Society of Plant Physiologists, Rockville, MD, EE.UU. vol. 100, nº 2, 16 de marzo de 1992 () , páginas 882-886) describen mutantes de AHAS procedentes de trigo que son resistentes a herbicidas de imidazolinona.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se define por el juego de reivindicaciones adjunto. La presente invención proporciona plantas de trigo... [Seguir leyendo]

1. Una planta de trigo que comprende al menos un ácido nucleico IMI, en donde la planta de trigo tiene resistencia a un herbicida de imidazolinona, incrementada en comparación con una variedad de tipo salvaje de la planta, y en donde el ácido nucleico IMI se selecciona del grupo que consiste en: a) polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI codificada por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; y c) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende al menos una identidad de la secuencia de aminoácidos del 90% con cualquier polipéptido codificado por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína IMI comprende una sustitución de serina por asparagina en el Dominio E.

2. La planta de trigo de la reivindicación 1, en donde la planta de trigo no es transgénica, la planta de trigo comprende, además, un ácido nucleico Imi1, un ácido nucleico Imi2, o tanto un ácido nucleico Im1 como un ácido nucleico Im2, y la planta de trigo es una planta de trigo tetraploide o una hexaploide.

3. La planta de trigo de la reivindicación 1, en donde uno de los ácidos nucleicos IMI comprende una secuencia de polinucleótidos de SEQ ID NO: 1.

2.

4. La planta de trigo de la reivindicación 1, que comprende dos ácidos nucleicos IMI.

5. La planta de trigo de la reivindicación 1, que comprende tres ácidos nucleicos IMI.

6. La planta de trigo de cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3-5, en donde la planta es transgénica.

7. La planta de trigo de cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3-5, en donde la planta es no trasgénica.

8. La planta de trigo cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3-5, en donde la planta comprende un polinucleótido que comprende la secuencia de nucleótidos recogida en SEQ ID NO: 1 y es un derivado recombinante o tratado mediante ingeniería genética de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA4113; o es un descendiente de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA

4113.

9. La planta de trigo de la reivindicación 7, en donde la planta comprende un polinucleótido que comprende la secuencia de nucleótidos recogida en SEQ ID NO: 1 y es una progenie de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA-4113.

10. La planta de trigo de la reivindicación 7, en donde la planta comprende un polinucleótido que comprende la secuencia de nucleótidos recogida en SEQ ID NO: 1.

45 11. La planta de trigo de la reivindicación 1, en donde el herbicida de imidazolinona se selecciona del grupo que consiste en ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil) -4-metil-5-oxo-2imidazolin-2-il) -3-quinolina-carboxílico, ácido 5-etil-2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazoilin-2-il) -5- (metoximetil) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2imidazolin-2-il) -5-metilnicotínico y una mezcla de 6- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -m-toluato de metilo 50 y 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -p-toluato de metilo.

12. La planta de trigo de la reivindicación 1, en donde el herbicida de imidazolinona es ácido 5-etil-2- (4-isopropil-4metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico.

5.

13. La planta de trigo de la reivindicación 1, en donde el herbicida de imidazolinona es ácido 2- (4-isopropil-4metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -5- (metoximetil) -nicotínico. 22

14. Una parte de planta de la planta de trigo de la reivindicación 1.

15. Una célula vegetal de la planta de trigo de la reivindicación 1.

16. Una semilla producida por la planta de trigo de la reivindicación 1, en donde la semilla comprende al menos uno de los ácidos nucleicos IMI.

17. Un ácido nucleico IMI aislado, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido seleccionado del grupo que consiste:

a) polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1;

b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI codificada por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; y c) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende al menos una identidad de la secuencia de aminoácidos del 90% con cualquier polipéptido codificado por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína IMI comprende una sustitución de serina por asparagina en el Dominio E; y d) polinucleótidos complementarios a cualquier polinucleótido de a) a c) .

18. El ácido nucleico IMI aislado de la reivindicación 17, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido de SEQ ID NO: 1.

19. Un método para reprimir malas hierbas en la vecindad de una planta de trigo, que comprende aplicar un herbicida de imidazolinona a las malas hierbas y la planta de trigo, en donde la planta de trigo tiene una resistencia al herbicida de imidazolinona incrementada en comparación con una variedad de tipo salvaje de la planta de trigo, en donde la planta de trigo comprende al menos un ácido nucleico IMI seleccionado del grupo que consiste en:

a) polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1;

b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI codificada por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; y c) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende al menos una identidad de la secuencia de aminoácidos del 90% con cualquier polipéptido codificado por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína IMI comprende una sustitución de serina por asparagina en el Dominio E.

20. El método de la reivindicación 19, en el que la planta de trigo no es transgénica, y la planta de trigo comprende, además, un ácido nucleico Imi1, un ácido nucleico Imi2 o tanto un ácido nucleico Imi1 como un ácido nucleico Imi2.

21. El método de la reivindicación 19, en el que el herbicida de imidazolinona se selecciona del grupo que consiste en 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-quinolina-carboxílico, ácido 5-etil-2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil4-metil-5-oxo-2-imidazoilin-2-il) -5- (metoximetil) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -5metilnicotínico y una mezcla de 6- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -m-toluato de metilo y 2- (4-isopropil4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -p-toluato de metilo.

22. Un método para reprimir malas hierbas en la vecindad de una planta de trigo, que comprende aplicar un herbicida de imidazolinona a las malas hierbas y la planta de trigo, en donde la planta de trigo tiene una resistencia al herbicida de imidazolinona incrementada en comparación con una variedad de tipo salvaje de la planta de trigo, en donde la planta de trigo

(a) comprende las características de resistencia a herbicidas de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA-4113; o

(b) es un derivado recombinante o tratado mediante ingeniería genética, de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA-4113; o

(c) es un descendiente de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra 23

representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA-4113; y en donde la planta de trigo comprende un polipéptido Einkorn IMI3 que comprende una secuencia de aminoácidos codificada por SEQ ID NO: 1.

.

23. El método de la reivindicación 22, en el que la planta de trigo es una progenie de una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA-4113.

24. El método de la reivindicación 22, en el que la planta de trigo es una planta de la línea Einkorn IMI, habiéndose depositado una muestra representativa de semilla de la línea ante la ATCC bajo el Número de Designación de Depósito de Patente PTA-4113.

25. El método de la reivindicación 22, en el que el herbicida de imidazolinona se selecciona del grupo que consiste en ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil) -4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2il) -3-quinolina-carboxílico, ácido 5-etil-2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil4-metil-5-oxo-2-imidazoilin-2-il) -5- (metoximetil) -nicotínico, ácido 2- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -5metilnicotínico y una mezcla de 6- (4-isopropil-4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -m-toluato de metilo y 2- (4-isopropil4-metil-5-oxo-2-imidazolin-2-il) -p-toluato de metilo.

2.

26. Un método para modificar una tolerancia de la planta a un herbicida de imidazolinona, que comprende modificar la expresión de al menos un ácido nucleico IMI, en donde el ácido nucleico IMI se selecciona del grupo que consiste en:

a) polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1;

b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI codificada por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; y c) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende al menos una identidad de la secuencia de aminoácidos del 90% con cualquier polipéptido codificado por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína IMI comprende una sustitución de serina por asparagina en el Dominio E, en el que modificar la expresión de al menos un ácido nucleico IMI comprende i) transformar la planta con un vector que contiene cualquiera o más de los ácidos nucleicos codifcadores de IMI, o ii) inducir en la planta un promotor nativo de un ácido nucleico IMI endógeno.

3.

27. El método de la reivindicación 26, en el que la planta de trigo no es transgénica, y la planta comprende, además, un ácido nucleico Imi1, un ácido nucleico Imi2 o tanto un ácido nucleico Imi1 como un ácido nucleico Imi2.

28. Un método para producir una planta transgénica que tiene una resistencia incrementada a un herbicida de imidazolinona, que comprende: a) transformar una célula vegetal con uno o más vectores de expresión que comprenden múltiples ácidos nucleicos IMI, en donde el ácido nucleico IMI se selecciona del grupo que consiste en:

i) polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1;

45 ii) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI codificada por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1; y iii) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende al menos una identidad de la secuencia de aminoácidos del 90% con cualquier polipéptido codificado por polinucleótidos que comprenden la SEQ ID NO: 1, en donde la proteína IMI comprende una sustitución de serina 50 por asparagina en el Dominio E;

y b) generar a partir de la célula vegetal una planta transgénica con una resistencia incrementada a un herbicida de imidazolinona en comparación con una variedad de tipo salvaje de la planta.

55 29. Una planta transgénica, producida por el método de la reivindicación 28.

30. Una semilla, producida por la planta transgénica de la reivindicación 29, en donde la semilla comprende el ácido nucleico IMI.

31. Un método para reprimir malas hierbas en la vecindad de una planta, que comprende aplicar un herbicida de imidazolinona a las malas hierbas y a la planta, en donde la planta tiene una resistencia al herbicida de imidazolinona incrementada en comparación con una variedad de tipo salvaje de la planta, y en donde la planta es la planta transgénica de la reivindicación 29.