Plantas transgénicas que presentan mayor tolerancia a estrés abiótico.

La presente invención describe plantas transgénicas que han sido transformadas con un vector de expresión que codifica para el factor de transcripción CDF3. Las plantas transgénicas de la invención presentan una mayor tolerancia y/o resistencia a diferentes tipos de estrés abiótico, simultáneamente, como por ejemplo exceso de salinidad, temperaturas extremas, sequía, etc. Además, la presente invención describe el procedimiento de obtención de las plantas transgénicas que sobreexpresan el gen CDF3. La sobreexpresión del gen CDF3 en plantas transgénicas es muy útil para su utilización en la transformación de plantas de interés agronómico, mejorando así la tolerancia de los cultivos de las mismas frente a condiciones ambientales adversas.

Plantas transgénicas que presentan mayor tolerancia a estrés abiótico.

Campo de la invención

La presente invención puede englobarse dentro del campo de la ingeniería genética y de la fisiología vegetal. Se refiere al desarrollo de nuevas herramientas genéticas para la mejora de plantas de interés agronómico frente a condiciones ambientales adversas que limitan su rendimiento. De forma más concreta esta invención se fundamenta en la utilización del factor de transcripción, CDF3, para generar plantas transgénicas que presenten mayor tolerancia simultánea a diferentes tipos de estrés abiótico.

Antecedentes

Las plantas durante su desarrollo tienen que enfrentarse a condiciones ambientales adversas que afectan negativamente tanto a su crecimiento como a su productividad, y que provocan cambios muy importantes en diferentes aspectos de las plantas: fisiológicos, morfológicos, bioquímicos y moleculares. En términos generales, los tipos de estrés abiótico más comunes, a los que se enfrentan las plantas son, las temperaturas extremas, la sequía y los suelos salinos. De hecho se estima que, a nivel global, el 22% de la tierra cultivable presenta problemas de salinidad (FAO 2004) y además en la actualidad se está observando que las áreas afectadas por la sequía y las temperaturas extremas se están expandiendo de una forma rápida y se presume que seguirán creciendo debido en parte a los efectos del cambio climático (Burke et al 2006). Por otro lado, el impacto de los distintos tipos de estrés abiótico sobre los cultivos de interés agronómico es muy complejo porque, a menudo, ocurren de forma simultánea varios tipos de estrés y usualmente afectan a todos los estados de desarrollo de la planta. De forma general, además, los mecanismos de resistencia de las plantas a los diferentes tipos de estrés abiótico, dependen de caracteres poligénicos (Fernández-Muñoz, 2005, Tuberosa and Salvi, 2006), lo que implica, a su vez, también una mayor complejidad a la hora de comprender los mecanismos genéticos ligados a la respuesta a dicho estrés.

Cuando una planta es sometida a un estrés de tipo abiótico, se ha observado que una gran cantidad de genes cambian sus niveles de expresión, lo que provoca, de forma general, cambios en los niveles de proteínas y metabolitos, muchos de los cuales tienen una función protectora frente al estrés (Fernie et al 2006; Vij and Tyagi, 2007). Estos genes se pueden catalogar, de forma general, en dos grupos: 1) genes que codifican para proteínas que están implicadas en el desarrollo de la tolerancia y 2) genes que codifican proteínas con función reguladora. Entre los primeros cabría destacar genes implicados en la biosíntesis de chaperonas y osmolitos compatibles y en la producción de compuestos con función protectora. Entre los genes que codifican proteínas de función reguladora destacan, por su abundancia y variedad, los factores de transcripción, que tienen la capacidad de controlar a grupos más o menos grandes de genes implicados directamente en la respuesta al estrés, o de actuar en la biosíntesis de moléculas reguladoras como la fitohormona ácido abscísico (ABA).

Los distintos programas para la mejora de la tolerancia de plantas de interés agronómico a diferentes tipos de estrés abióticos han tenido un éxito reducido. Esto se debe a que la tolerancia a condiciones adversas está basada en caracteres complejos, con herencia poligénica, (Fernández-Muñoz, 2005). Los intentos iniciales para desarrollar plantas de interés agronómico más tolerantes a las condiciones ambientales adversas mediante una estrategia basada en la "transformación genética", utilizaron un procedimiento que se basa en la utilización de genes de función protectora de "acción única", como por ejemplo genes responsables de la modificación de un metabolito que confiere resistencia a la sal o la sequía. Sin embargo, esta estrategia se está abandonado, debido a que, como numerosos programas de mejora e investigación han demostrado, la respuesta al estrés abiótico es compleja y en general involucra la acción de muchos genes al mismo tiempo (es de carácter poligénico) y que por tanto, la utilización de solo uno de ellos tiene un efecto menor (Fernández-Muñoz, 2005, Tuberosa and Salvi, 2006).

Una solución que se ha desarrollado recientemente para obtener plantas más tolerantes a las condiciones ambientales adversas, ha sido utilizar, para los programas de mejora de plantas, genes que codifiquen para proteínas con función reguladora (Yamaguchi-Shinozaki and Shinozaki 2005; Chinnusamy et al 2005). La utilización de este tipo de genes tiene como principal ventaja el poder regular simultáneamente la acción de muchos otros genes implicados en la resistencia al estrés y, por tanto, conseguir una eficacia mayor en el desarrollo de la tolerancia. Diferentes tipos de análisis de expresión han permitido identificar numerosos tipos de factores de transcripción cuyos niveles de expresión cambian en respuesta a diferentes tipos de estrés abiótico (Riechman et al 2000; Chen et al 2002). La mayoría de ellos pertenecen a grandes familias de factores de transcripción de plantas como son el tipo bZIP, AP2/ERF, MYC, NAC, HSF, WRKY y DOF (Qu and Zhu, 2006; Shinozaki and Yamaguchi-Shinozaki 2006), lo que sugiere que participan distintos mecanismos de regulación transcripcional de la respuesta al estrés mediado por la salinidad, la deshidratación y las temperaturas extremas. En este sentido, las patentes americanas US2008/0229448 y US2008/0163397 divulgan plantas transgénicas transformadas con diferentes vectores de expresión que comprenden secuencias de polinucleótidos recombinantes que codifican para un factor de transcripción mutado de tipo AP2 y para diferentes factores de transcripción que se unen a regiones CCAA, respectivamente. Las plantas transgénicas descritas en ambas patentes americanas muestran una mayor tolerancia a diferentes tipos de estrés de tipo abiótico (baja concentración de nitrógeno en el medio, sequía, desecación, salinidad, congelación y temperaturas altas y bajas) que las plantas silvestres no transformadas.

En Arabidopsis, se han identificado 36 factores transcripcionales del tipo "DNA-Binding with One Finger" (DOF). Éstos se han dividido en cuatro grupos (A-D) en función de su homología de secuencia (Riechmann y col., 2000; Lijavetzky y col., 2003). Distintos análisis de secuencia han puesto de manifiesto que dentro del grupo D se incluyen los denominados "Cycling Dof Factors" (CDF), llamados así porque su expresión oscila con el ritmo circadiano. Hasta el momento, la función conocida de los CDF ha sido su implicación en los procesos de floración dependientes del fotoperiodo, a través de la represión del factor de transcripción CONSTANS (CO), que promueve la floración cuando los días se hacen más largos (Imaizumi y col, 2005; Fornara y col., 2009). Por otro lado, se han descrito en otras plantas genes que codifican para ciertos factores de transcripción pertenecientes a la familia DOF cuyos niveles de expresión aumentan en respuesta a diferentes tipos de estrés abiótico (factores de transcripción tipo DOF en plantas de trigo, taDof14, taDof15 y taDof1), sin embargo hasta la fecha, no se ha probado su relación funcional con la adaptación a dichas condiciones ambientales adversas (Sawh LM y col.; 2009, Yanagisawa S.; 2002).

En la presente invención se ha descubierto que la sobreexpresión en plantas del gen CDF3 de Arabidopsis thaliana, que codifica para un factor de transcripción del tipo DOF, hace que dichas plantas presenten una mayor tolerancia a distintas condiciones ambientales adversas simultáneamente, tales como una mayor tolerancia a la deshidratación, al exceso de sales en el medio y a temperaturas extremas (frío y calor). Por lo tanto, estos resultados demuestran que el factor de transcripción de tipo DOF, CDF3, puede utilizarse como una nueva herramienta para la mejora de la tolerancia a diversos tipos de estrés a la vez. Así la presente invención describe plantas transgénicas que sobreexpresan el gen CDF3 de A. thaliana y que presentan una mejora de la tolerancia a diversos tipos de estrés abiótico simultáneamente. Las plantas transgénicas pueden ser de cualquier género y especie, preferentemente que tengan interés agronómico, tales como maíz, arroz, tomate, patata, etc.

Además, en la presente invención también se describe el procedimiento para la obtención de las plantas transgénicas que sobreexpresan el gen CDF3 de A. thaliana, y que presentan esa mejora en la tolerancia simultánea al estrés,... [Seguir leyendo]

1. Planta transgénica caracterizada por haber sido transformadas con un vector de expresión que comprende una secuencia nucleotídica que codifica para el factor de transcripción CDF3.

2. Planta transgénica según la reivindicación 1 caracterizada porque el vector de expresión es Agrobacterium tumefaciens CECT 7674.

3. Planta transgénica según la reivindicación 1 caracterizada porque la secuencia nucleotídica que codifica para el factor de transcripción CDF3 es la SEQ ID NO: 4.

4. Planta transgénica según la reivindicación 3 caracterizada porque la secuencia SEQ ID NO: 4 se selecciona preferentemente del género Arabidopsis, preferentemente de la especie A. thaliana.

5. Planta transgénica según las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada por presentar mayor tolerancia, a múltiples tipos de estrés abiótico en comparación con las plantas control sin transformar.

6. Planta transgénica según la reivindicación 5 caracterizada porque el estrés abiótico se selecciona preferentemente entre: exceso de salinidad, sequía, temperaturas extremas de frío o calor.

7. Planta transgénica según las reivindicaciones 1 a 6 caracterizadas porque se selecciona preferentemente entre plantas del género Arabidopsis, preferentemente Arabidopsis thaliana y entre cualquier planta de interés agronómico, preferentemente hortícolas, cereales y frutales.

8. Procedimiento para la obtención de plantas transgénicas tolerantes a múltiples tipos de estrés abiótico caracterizado por la transformación de la planta silvestre con un vector de expresión que comprende una secuencia nucleotídica que codifica para el factor de transcripción CDF3.

9. Procedimiento según la reivindicación 8 caracterizado porque el vector de expresión es Agrobacterium tumefaciens CECT 7674.

10. Procedimiento según las reivindicaciones 8 o 9 caracterizado porque la secuencia nucleotídica comprendida en el vector de expresión utilizado para transformar la planta silvestre es la SEQ ID NO: 4.

11. Procedimiento según la reivindicación 10 caracterizado porque la secuencia SEQ ID NO: 4 se selecciona preferentemente del género Arabidopsis, preferentemente de la especie A. thaliana.

12. Vector de expresión Agrobacterium tumefaciens CECT 7674 caracterizado por comprender el plásmido p35S::CDF3 que comprende la secuencia SEQ ID NO:4, que codifica para el factor de transcripción CDF3.

13. Vector de expresión según la reivindicación 12 caracterizado porque la secuencia SEQ ID NO:4 se selecciona preferentemente del género Arabidopsis, preferentemente de la especie A. thaliana.

14. Uso del vector de expresión Agrobacterium tumefaciens CECT 7674 para la transformación de plantas y que presenten una mayor tolerancia a múltiples tipos de estrés abiótico en comparación con las plantas control sin transformar.

15. Uso de una secuencia nucleotídica codificante para el factor de transcripción CDF3, preferentemente SEQ ID NO:4, en la producción de plantas transgénicas tolerantes a múltiples tipos de estrés abiótico.