Plantas de trigo que tienen mayor tolerancia a herbicidas de imidazolinona.

Una planta de trigo o de triticale que contiene al menos un ácido nucleico IMI seleccionado de entre el grupo que consiste de:

(a) ácidos nucleicos Imi3 que comprenden una secuencia de polinucleótidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 5 o la SEQ ID NO: 23; y

(b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende una secuencia de aminoácidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 6 o la SEQ ID NO: 24;

en donde el ácido nucleico IMI le confiere además a la planta mayor tolerancia a un herbicida de imidazolinona comparado con una variedad de tipo silvestre de la planta.

Plantas de trigo que tienen mayor tolerancia a herbicidas de imidazolinona.

Campo de la invención

La presente invención se relaciona en general con plantas que tienen una mayor tolerancia a herbicidas de imidazolinona. Más específicamente, la presente invención se refiere a plantas de trigo obtenidas por mutagénesis y cruzamiento y transformación, que tienen una mayor tolerancia a herbicidas de imidazolinona.

Antecedentes de la invención

La acetohidroxiácido sintasa (AHAS, EC 4.1.3.18, acetolactato sintasa (ALS) ) , codificada por el ácido nucleico Als, es la primera enzima que cataliza la síntesis bioquímica de los aminoácidos de cadena ramificada valina, leucina e isoleucina (Singh B. K., 1999, Biosíntesis de valina, leucina e isoleucina en: Singh B. K. (Ed.) Plant amino acids. Marcel Dekker Inc. Nueva York, Nueva York. Páginas 227 - 247) . AHAS es el sitio de acción de cuatro familias de herbicidas estructuralmente diferentes, incluyendo las sulfonilureas (LaRossa R. A. y Falco S. C., 1984, Trends Biotechnol 2: 158 - 161) , las imidazolinonas (Shaner et al., 1984, Plant Physiol 76: 545 -546) , las triazolopirimidinas (Subramanian y Gerwick, 1989, Inhibición de la acetolactato sintasa por triazolopirimidinas en (ed) Whitaker J. R., Sonet PE Biocatalysis in agrucultural biotechnology. ACS Symposium Series, American Chemical Society. Washington, DC, Páginas 277 - 288) , y los pirimidiloxibenzoatos (Subramanian et al., 1990, Plant Physiol 94: 239 244) . Los herbicidas de imidazolinona y sulfonilurea son ampliamente utilizados en la agricultura moderna debido a su efectividad con tasas de aplicación muy bajas y relativamente sin toxicidad para los animales. Por actividad de inhibición AHAS, estas familias de herbicidas previenen el crecimiento y desarrollo adicional de las plantas sensibles, incluidas muchas especies de malas hierbas. Varios ejemplos de herbicidas de imidazolinona que se encuentran comercialmente disponibles son PURSUIT® (imazetapir) , SCEPTER® (imazaquin) , y ARSENAL® (imazapir) . Ejemplos de herbicidas de sulfonilureas son clorsulfurón, metil metsulfurona, metil sulfometurona, etil clorimurón, metil tifensulfurona, metil tribenurona, metil bensulfurona, nicosulfurona, metil etametsulfurona, rimsulfurona, metil-triflusulfurona, triasulfurona, metil primisulfurona, cinosulfurona, amidosulfurona, fluzasulfurona, imazosulfurona, etil pirazosulfurona, y halosulfurona.

Debido a su alta eficacia y baja toxicidad, los herbicidas de imidazolinona son los favoritos para su aplicación por atomización sobre la parte superior de una amplia zona de vegetación. La capacidad para rociar un herbicida sobre la parte superior de una amplia extensión de vegetación disminuye los costos asociados con el establecimiento y mantenimiento de plantaciones, y disminuye la necesidad de la preparación del sitio antes del uso de tales productos químicos. El esparcimiento sobre la parte superior de una especie tolerante deseada también resulta en la capacidad para alcanzar el potencial máximo de rendimiento de la especie deseada debido a la ausencia de especies competitivas. Sin embargo, la capacidad de utilizar tales técnicas de esparcimiento sobre la superficie depende de la presencia de especies tolerantes a la imidazolinona de la vegetación deseada en la zona sobre la cual se hace el rocío.

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

Se han producido exitosamente variedades de cultivos tolerantes a las imidazolinonas, sulfonilureas, y triazolopirimidinas utilizando mutagénesis de las semillas, las microsporas, el polen, y el callo en Zea mays, Brassica napus, Glycine max, y Nicotiana tabacum (Sebastian et al., 1989, Crop Sci. 29: 1403 - 1408, Swanson et 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: 1044 - 1050; Mourand et al., 1993, J. Heredity 84: 91 - 96) . En todos los casos, un solo gen nuclear parcialmente dominante confirió tolerancia. Cuatro plantas de trigo tolerantes a la imidazolinona también fueron previamente aisladas después de mutagénesis de la semilla de Triticum aestivum L. cv Fidel (Newhouse et al., 1992, Plant Physio. 100: 882 - 886) . Los estudios de herencia confirmaron que un solo gen parcialmente dominante confirió tolerancia. Con base en estudios alélicos, los autores concluyeron que las mutaciones en las cuatro líneas identificadas se encontraban localizadas en el mismo locus. Uno de los genes de tolerancia de la variedad de cultivo Fidel fue denominada FS-4 (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100: 882 - 886) .

El modelamiento por ordenador de la conformación tridimensional del complejo AHAS-inhibidor predice diferentes aminoácidos en el bolsillo propuesto de enlazamiento del inhibidor como sitios en donde las mutaciones inducidas probablemente conferirían tolerancia selectiva a las imidazolinonas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263: 359 - 368) . Las de plantas de tabaco producidas con algunas de estas mutaciones racionalmente diseñadas en los sitios propuestos de enlazamiento de la enzima AHAS de hecho exhibieron tolerancia específica a una sola clase de herbicidas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263: 359 - 368) .

La tolerancia de una planta a los herbicidas de imidazolinona también ha sido reportada en una cantidad de patentes. Las patentes de los Estados Unidos Nos. 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 ácido nucleico alterado Als para obtener tolerancia al herbicida en las plantas, y revelar específicamente ciertas líneas de maíz tolerantes a imidazolinona.

La Patente de los Estados Unidos No. 5.013.659 divulga plantas que presentan tolerancia a los herbicidas que posee mutaciones en al menos un aminoácido en una o más regiones conservadas. Las mutaciones descritas allí codifican ya sea tolerancia cruzada para imidazolinonas y sulfonilureas o tolerancia específica a la sulfonilurea, pero no se describe tolerancia específica a la imidazolinona. Además, la patente de los Estados Unidos No. 5.731.180 y la patente de los Estados Unidos No. 5.767.361 discuten un gen aislado que tiene una única sustitución de aminoácidos en una secuencia de aminoácidos de AHAS de plantas monocotiledóneas de tipo silvestre que da como resultado una tolerancia específica a la imidazolinona.

WO 03/014357 describe ácidos nucleicos de Triticum aestivum L. cv CDC Teal que confieren mayor tolerancia a la imidazolinona. Se han identificado 3 loci independientes de resistencia, cada uno con un alelo que confiere resistencia al imazamox. Se amplificaron genes parciales Als1 y Imi1 a partir de ADN genómico, y se encontró que dos de las líneas resistentes al imazamox, a saber TeallMI 15A y TeallMI 11A, tienen una sustitución de serina por asparagina en el dominio IPSGG (dominio E) .

WO 03/014356 describe ácidos nucleicos del hábito de primavera de Triticum monococcum que confieren mayor tolerancia a la imidazolinona. WO 03/013225 describe ácidos nucleicos del trigo de primavera rojo duro de la variedad Gunner y del trigo blanco de invierno de la variedad Madsen de Triticum aestivum que confieren mayor tolerancia a la imidazolinona. En ambos casos, se encontró que las líneas resistentes a la imidazolinona tienen también una sustitución de serina por asparagina en el dominio IPSGG (dominio E) .

Hasta la fecha, el estado de la técnica no ha descrito plantas de trigo Triticum turgidum tolerantes a la imidazolinona

o plantas de triticale tolerantes a la imidazolinona.... [Seguir leyendo]

1. Una planta de trigo o de triticale que contiene al menos un ácido nucleico IMI seleccionado de entre el grupo que consiste de:

(a) ácidos nucleicos Imi3 que comprenden una secuencia de polinucleótidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 5 o la SEQ ID NO: 23; y

(b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende una secuencia de aminoácidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 6 o la SEQ ID NO: 24;

en donde el ácido nucleico IMI le confiere además a la planta mayor tolerancia a un herbicida de imidazolinona comparado con una variedad de tipo silvestre de la planta.

2. La planta de la reivindicación 1, que comprende además al menos un ácido nucleico IMI adicional seleccionado de entre el grupo que consiste de:

(i) ácidos nucleicos Imi2 que comprenden una secuencia de polinucleótidos como la definida en la SEQ ID NO: 1;

(ii) ácidos nucleicos Imi3 que comprenden una secuencia de polinucleótidos como la definida en SEQ ID NO: 3; y

(iii) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que incluya una secuencia de aminoácidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 2 o la SEQ ID NO: 4.

3. La planta de la reivindicación 2, en donde la planta incluye un primer ácido nucleico IMI y un segundo ácido nucleico IMI, el primer ácido nucleico IMI incluye una secuencia de polinucleótidos que codifica una proteína IMI como la definida en la SEQ ID NO:2 y el segundo ácido nucleico IMI incluye una secuencia de polinucleótidos que codifica una proteína IMI como la definida en cualquiera de la SEQ ID NO: 6 o la SEQ ID NO: 24.

4. La planta de la reivindicación 1 o 2, que comprende dos ácidos nucleicos IMI.

5. La planta de la reivindicación 2, que comprende un ácido nucleico Imi2 y un ácido nucleico Imi3.

6. La planta de la reivindicación 1, en donde la planta es transgénica.

7. La planta de la reivindicación 1, en donde la planta es no transgénica.

8. La planta de la reivindicación 7, en donde la planta de trigo es una planta de trigo Triticum turgidum.

9. La planta de trigo o de triticale de la reivindicación 1, en donde la planta de trigo o la planta de triticale es una progenie criada a partir de una planta de trigo de cualquiera de las líneas UT15 y UT19, habiendo sido una muestra representativa de la semilla de cada línea respectivamente depositada en la American Type Culture Collection (ATCC) bajo el Número de Designación de Depósito de la Patente PTA-4919 o PTA-4922.

10. Una parte de la planta de la planta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la parte la planta contiene al menos un ácido nucleico IMI como se define en la reivindicación 1.

11. Una célula vegetal de la planta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la célula vegetal contiene al menos un ácido nucleico IMI como el definido en la reivindicación 1.

12. Una semilla producida por la planta de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la semilla contiene al menos un ácido nucleico IMI como el definido en la reivindicación 1.

13. La semilla de la reivindicación 12, en donde la semilla es una línea genéticamente pura para una mayor tolerancia a un herbicida de imidazolinona comparado con una variedad de tipo silvestre de la semilla de la planta de trigo.

14. Un ácido nucleico IMI aislado, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido seleccionado de entre el grupo que consiste de:

(a) ácidos nucleicos Imi3 que comprenden una secuencia de polinucleótidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 5 o la SEQ ID NO: 23;

(b) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprende una secuencia de aminoácidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 6 o la SEQ ID NO: 24; y

(c) polinucleótidos que son el complemento de cualquiera de (a) hasta (b) anteriores.

15. El ácido nucleico IMI aislado de la reivindicación 14, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido como el definido en la SEQ ID NO: 5.

16. El ácido nucleico IMI aislado de la reivindicación 14, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido como el definido en la SEQ ID NO: 23.

17. El ácido nucleico IMI aislado de la reivindicación 14, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido que codifica un polipéptido como el definido en la SEQ ID NO: 6.

18. El ácido nucleico IMI aislado de la reivindicación 14, en donde el ácido nucleico comprende un polinucleótido que codifica un polipéptido como el definido en la SEQ ID NO: 24.

19. Un método para producir una planta transgénica que tenga mayor tolerancia a un herbicida de imidazolinona que comprende:

(a) la transformación de una célula de una planta con uno o más vectores de expresión que contienen al menos un ácido nucleico IMI de Triticum turgidum; y

(b) la generación a partir de la célula de la planta de una planta transgénica con una mayor tolerancia a un herbicida de imidazolinona comparada con una variedad de tipo silvestre de la planta;

en donde el ácido nucleico IMI de Triticum turgidum se selecciona de entre el grupo que consiste de:

(i) ácidos nucleicos Imi3 que comprenden una secuencia de polinucleótidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 5 o la SEQ ID NO: 23; y

(ii) polinucleótidos que codifican cualquier proteína IMI que comprenden una secuencia de aminoácidos como la definida en cualquiera de las SEQ ID NO: 6 o la SEQ ID NO: 24.

20. Una planta transgénica o semillas de las mismas producidas por medio del método de la reivindicación 19.