Plantas que tienen rasgos relacionados con el rendimiento mejorados y un método para elaborar las mismas.

Método para incrementar el rendimiento de semillas en plantas,

con relación a plantas de control, que comprendeincrementar la expresión de un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3 preferentemente en el vástago deuna planta, yopcionalmente, seleccionar plantas que tienen un rendimiento de semillas incrementado.

Plantas que tienen rasgos relacionados con el rendimiento mejorados y un método para elaborar las mismas

La presente invención se refiere generalmente al campo de la biología molecular y trata de un método para incrementar el rendimiento de semillas en plantas incrementando la expresión en vástagos de planta de una proteína de halotolerancia (HAL3) . La presente invención también trata de plantas que tienen una expresión incrementada de un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3, plantas que tienen un rendimiento de semillas incrementado con relación a plantas silvestres u otras plantas de control. La invención también proporciona constructos útiles en los métodos de la invención.

La población mundial en continuo aumento y el suministro menguante de tierra cultivable disponible para combustibles agrícolas llevan a investigar el incremento de la eficacia de la agricultura. Medios convencionales para mejoras en cosechas y hortícolas utilizan técnicas de mejora genética selectivas para identificar plantas que tienen características deseables. Sin embargo, tales técnicas de mejora genética selectivas tienen varias desventajas, a saber, que estas técnicas típicamente emplean mucha mano de obra y dan como resultado plantas que a menudo contienen componentes genéticos heterogéneos que no siempre pueden dar como resultado que el rasgo deseable se haga pasar desde las plantas progenitoras. Los avances en la biología molecular han permitido al hombre modificar el germoplasma de animales y plantas. La ingeniería genética de plantas supone el aislamiento y la manipulación de material genético (típicamente en forma de DNA o RNA) y la introducción posterior de ese material genético en una planta. Tal tecnología tiene la capacidad de aportar cosechas o plantas que tienen rasgos económicos, agronómicos u hortícolas mejorados.

Un rasgo de particular interés económico es el rendimiento incrementado. El rendimiento se define normalmente como los productos medibles de valor económico de una cosecha. Esto puede definirse en cuanto a la cantidad y/o la calidad. El rendimiento depende directamente de varios factores, por ejemplo, el número y el tamaño de los órganos, la arquitectura de la planta (por ejemplo, el número de ramas) , la producción de semillas, la senescencia de las hojas y más. El desarrollo de las raíces, la absorción de nutrientes, la tolerancia al estrés y el vigor temprano también pueden ser factores importantes para determinar el rendimiento. Por lo tanto, optimizar los factores mencionados anteriormente puede contribuir a incrementar el rendimiento de una cosecha.

El rendimiento de semillas es un rasgo particularmente importante, ya que las semillas de muchas plantas son importantes para la nutrición de seres humanos y animales. Cosechas tales como maíz, arroz, trigo, Canola y soja representan más de la mitad del aporte calórico total de los seres humanos, ya sea a través del consumo directo de las propias semillas o a través del consumo de productos alimenticios generados con semillas procesadas. También son una fuente de azúcares, aceites y muchos tipos de metabolitos usados en procedimientos industriales. Las semillas contienen un embrión (la fuente de nuevos vástagos y raíces) y un endospermo (la fuente de nutrientes para el crecimiento del embrión durante la germinación y durante el crecimiento temprano de las plántulas) . El desarrollo de una nueva semilla implica muchos genes, y requiere la transferencia de metabolitos desde las raíces, las hojas y los tallos hasta la semilla en crecimiento. El endospermo, en particular, asimila los precursores metabólicos de carbohidratos, aceites y proteínas y los sintetiza como macromoléculas de almacenamiento para engordar el grano.

Otro rasgo importante para muchos cultivos es el vigor temprano. La mejora del vigor temprano es un importante objetivo de los modernos programas de mejora genética del arroz en cultivares de arroz tanto templados como tropicales. Las raíces largas son importantes para el anclaje apropiado al suelo en arroz sembrado en agua. Cuando el arroz se siembra directamente en campos anegados, y cuando las plantas deben emerger rápidamente a través del agua, los vástagos más largos se asocian al vigor. Cuando se practica la siembra en línea, los mesocotilos y los coleóptilos más largos son importantes para una buena emergencia de las plántulas. La capacidad para genomanipular el vigor temprano en plantas sería de gran importancia en la agricultura. Por ejemplo, un vigor temprano escaso ha sido una limitación para la introducción de híbridos de maíz (Zea mays L.) basados en el germoplasma de Corn Belt en la Europa atlántica.

Un rasgo importante adicional es el de la tolerancia mejorada al estrés abiótico. El estrés abiótico es una causa principal de pérdida de cosechas en todo el mundo, reduciendo los rendimientos medios para la mayoría de las plantas de cultivo principales en más de 50% (Wang et ál., Planta (2003) 218: 1-14) . Los estreses abióticos pueden estar provocados por sequía, salinidad, extremos de temperatura, toxicidad química y estrés oxidativo. La capacidad para mejorar la tolerancia de las plantas al estrés abiótico sería de un gran beneficio económico para los agricultores de todo el mundo y permitiría el cultivo de cosechas en condiciones adversas y en territorios en los que el cultivo de las cosechas no es posible de otro modo.

Por lo tanto, el rendimiento de las cosechas puede incrementarse optimizando uno de los factores mencionados anteriormente.

Dependiendo del uso final, la modificación de ciertos rasgos de rendimiento puede favorecerse sobre otros. Por ejemplo, para aplicaciones tales como producción de forraje o madera, o fuente de biocombustible, puede ser deseable un incremento en las partes vegetativas de una planta, y para aplicaciones tales como producción de harina, almidón o aceite, puede ser particularmente deseable un incremento en los parámetros de las semillas. Incluso entre los parámetros de las semillas, algunos pueden ser favorecidos sobre otros, dependiendo de la aplicación. Diversos mecanismos pueden contribuir a incrementar el rendimiento de las semillas, ya sea en forma de tamaño incrementado de las semillas o en el número incrementado de semillas.

Un enfoque para incrementar el rendimiento (rendimiento de semillas y/o biomasa) en plantas puede ser a través de la modificación de los mecanismos de crecimiento inherentes de una planta, tales como el ciclo celular o diversas rutas de señalización implicadas en el crecimiento de las plantas o en mecanismos de defensa.

Se ha encontrado ahora que el rendimiento de las semillas puede incrementarse en plantas incrementando la expresión en una planta de un polipéptido de HAL3 en los vástagos de una planta.

ANTECEDENTES

Proteínas de Halotolerancia

Muchos procesos enzimáticos en una célula requieren la implicación de la coenzima A (CoA o CoASH) . La propia coenzima A (CoASH) es una molécula muy polar, que consiste en 3’, 5’-difosfato de adenosina conectado a ácido 4fosfopanteténico (vitamina B5) y de allí a º-mercaptoetilamina. El grupo SH libre puede estar esterificado, dependiendo del proceso en el que esté implicado la CoA. La ruta de síntesis de CoA se ha elucidado en bacterias, animales y plantas. En las plantas, la conversión del precursor de CoA 4’-fosfopantotenoilcisteína (PPC) en 4’fosfopanteteína es catalizada por la flavoproteína 4’-fosfopantotenoilcisteína descarboxilasa (PPCDC o HAL3, Kupke et ál. J. Biol. Chem. 276, 19190-19196, 2001) . El gen que codifica proteínas de HAL3 puede ser parte de una pequeña familia de genes: el genoma de Arabidopsis comprende dos isoformas (AtHAL3a y AtHAL3b; Espinoza-Ruíz et ál. Plant J. 20, 529-539, 1999) , en el tabaco están presentes 3 genes HAL3 (Yonamine et ál. J. Exp. Bot. 55, 387-395, 2004) , aunque en el arroz HAL3 es un gen de una sola copia. Se sugiere que AtHAL3 y otras proteína de HAL3 funcionan como un trímero, teniendo cada monómero un mononucleótido de flavina (FMN) unido (Albert et ál. Structure 8, 961-969, 2000) . Se postula que el cofactor FMN representa un papel en la reacción redox que genera 4’-fosfopanteteína.

La función molecular de las proteínas de HAL3 todavía no está completamente elucidada. Las proteínas de HAL3 muestran homología con la proteína SIS2 de levadura, que está implicada en la halotolerancia (Ferrando et ál., Mol. Cell. Biol. 15, 5470-5481) . Las plantas o células vegetales que expresan... [Seguir leyendo]

1. Método para incrementar el rendimiento de semillas en plantas, con relación a plantas de control, que comprende

incrementar la expresión de un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3 preferentemente en el vástago de una planta, y opcionalmente, seleccionar plantas que tienen un rendimiento de semillas incrementado.

2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha expresión incrementada se efectúa introduciendo una modificación genética, preferiblemente en el locus de un gen que codifica un polipéptido de HAL3.

3. Método según la reivindicación 2, en el que dicha modificación genética se efectúa mediante una cualquiera o más de: activación con T-DNA, TILLING y recombinación homóloga.

4. Método según la reivindicación 1, en el que dicha expresión incrementada se efectúa introduciendo y expresando en una planta un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3.

5. Método según la reivindicación 4, en el que dicho ácido nucleico que codifica una proteína de HAL3 se representa mediante uno cualquiera de los SEQ ID NO de ácido nucleico dados en la Tabla A, o una porción de los mismos, o una secuencia capaz de hibridarse con uno cualquiera de los SEQ ID NO de ácido nucleico dados en la Tabla A.

6. Método según la reivindicación 4, en el que dicho ácido nucleico que codifica una proteína de HAL3 codifica un ortólogo o parálogo de cualquiera de los SEQ ID NO de ácido nucleico dados en la Tabla A.

7. Método según la reivindicación 1, en el que dicho rendimiento de semillas incrementado es uno o más de: a) biomasa de semillas incrementada; b) índice de recolección incrementado; y c) número incrementado de semillas (llenas) .

8. Método según la reivindicación 1, en el que dicho incremento en el rendimiento de semillas es al menos 10% con relación a plantas de control.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, en el que dicho ácido nucleico que codifica una proteína de HAL3 está conectado operativamente a un promotor específico de vástagos, preferiblemente a un promotor de ßexpansina.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, en el que dicho ácido nucleico que codifica una proteína de HAL3 es de origen vegetal, preferiblemente de una planta dicotiledónea, además, preferiblemente de la familia Brassicaceae, más preferiblemente del género Arabidopsis, lo más preferiblemente de Arabidopsis thaliana.

11. Planta o parte de la misma, incluyendo semillas, obtenible mediante un método según cualquier reivindicación precedente, donde dicha planta o parte de la misma comprende un ácido nucleico recombinante que codifica un polipéptido de HAL3 capaz de expresarse preferentemente en tejido de vástago.

12. Constructo que comprende:

(a) un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3;

(b) una o más secuencias de control capaces de conducir la expresión de la secuencia de ácido nucleico de

(a) preferentemente en tejido de vástago de una planta; y opcionalmente

(c) una secuencia de terminación de la transcripción.

13. Constructo según la reivindicación 12, en el que dicha una o más secuencias de control son al menos un promotor específico de vástagos, preferiblemente un promotor de ß-expansina.

14. Uso de un constructo según la reivindicación 12 o 13, para incrementar el rendimiento de semillas en plantas con relación a plantas de control.

15. Planta, parte de planta o célula vegetal transformada con un constructo según la reivindicación 12 o 13.

16. Método para la producción de una planta transgénica que tiene rendimiento de semillas incrementado con relación a plantas de control, método que comprende:

(i) introducir e incrementar la expresión, preferentemente en tejido de vástago de una planta, de un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3; y

(ii) cultivar la célula vegetal bajo condiciones que promueven el crecimiento y el desarrollo de la planta.

17. Planta transgénica que tiene un rendimiento de semillas estimulado con relación a plantas de control, resultando dichos rasgos relacionados con el rendimiento estimulado de incrementar la expresión de un polipéptido de HAL3 preferentemente en el vástago.

18. Planta transgénica según la reivindicación 11, 15 o 17, donde dicha planta es una planta de cultivo o una monocotiledónea o un cereal, tal como arroz, maíz, trigo, cebada, mijo, centeno, triticale, sorgo y avena.

19. Partes recolectables de una planta según una cualquiera de las reivindicaciones 11, 15, 17 o 18, donde dichas partes recolectables son preferiblemente semillas, partes recolectables que comprenden el constructo de la reivindicación 12 o 13.

20. Productos derivados de una planta según la reivindicación 18 y/o de partes recolectables de una planta según la reivindicación 19, productos que comprenden el constructo de la reivindicación 12 o 13.

21. Uso de un ácido nucleico que codifica un polipéptido de HAL3, ácido nucleico que está conectado operativamente a un promotor específico de vástagos, para incrementar el rendimiento de semillas en plantas.