Polipéptidos relacionados con el estrés regulado por proteína fosfatasa y métodos de uso en las plantas.

Un ácido nucleico que codifica para la Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa en donde el ácido nucleico que codifica para PPSRP comprende un polinucleótido seleccionado de entre el grupo que consiste de

a) el polinucleótido como se define en la SEQ ID NO:

2;

b) un polinucleótido que codifica para una Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa (PPSRP), en donde la PPSRP es Proteína Fosfatas.

Polipéptidos relacionados con el estrés regulado por proteína fosfatasa y métodos de uso en las plantas.

Antecedentes de la invención Campo de la invención Esta invención se refiere en general a las secuencias de ácidos nucleicos que codifican polipéptidos que están asociados con respuestas de estrés abiótico y con la tolerancia al estrés abiótico en plantas En particular, la presente invención se relaciona con secuencias de ácido nucleico que codifican polipéptidos que confieren tolerancia a la sequía a las plantas.

Antecedentes de la técnica Los estreses abióticos del medio ambiente, tales como el estrés por sequía, estrés por salinidad, estrés por calor y estrés por frío, son los principales factores limitantes del crecimiento y productividad vegetal. Las pérdidas de cosechas y las pérdidas de rendimiento de las cosechas de los principales cultivos tales como la soja, el arroz, el maíz, el algodón y el trigo causadas por estas tensiones representan un importante factor económico y político y contribuyen a la escasez de alimentos en muchos países subdesarrollados.

Las plantas suelen estar expuestas durante su ciclo de vida a condiciones de reducción del contenido de agua del medio ambiente. La mayoría de las plantas han desarrollado estrategias para protegerse contra estas condiciones de desecación. Sin embargo, si la severidad y la duración de las condiciones de sequía son demasiado grandes, los efectos sobre el desarrollo, el crecimiento y el rendimiento de la mayoría de plantas de cultivo son profundos. La exposición continua a condiciones de sequía provoca grandes alteraciones en el metabolismo de la planta, que en última instancia conduce a muerte celular y por consiguiente a pérdidas de rendimiento.

El desarrollo de plantas tolerantes al estrés es una estrategia que tiene el potencial para resolver o mediar por lo menos algunos de estos problemas. Sin embargo, las estrategias tradicionales de fitomejoramiento para desarrollar nuevas líneas de plantas que muestran una gran resistencia (tolerancia) a este tipo de tensiones son relativamente lentas y requieren determinadas líneas resistentes para el cruce con la línea deseada. La escasez de recursos de germoplasma para la tolerancia al estrés y la incompatibilidad en los cruces entre especies de plantas alejadas representan problemas significativos encontrados en el fitomejoramiento convencional. Además, los procesos celulares que conducen a la tolerancia a la sequía, el frío y la salinidad en el modelo, plantas tolerantes a la sequía y/o a la salinidad son de naturaleza compleja e involucran múltiples mecanismos de adaptación celular y numerosas rutas metabólicas. Esta naturaleza de múltiples componentes de la tolerancia al estrés no sólo ha hecho muy poco exitoso el fitomejoramiento para tolerancia, sino que también ha limitado la capacidad para modificar genéticamente las plantas para tolerar al estrés utilizando métodos biotecnológicos.

Los estreses por sequía y por frío, así como los estreses por salinidad, tienen un factor común importante para el crecimiento de las plantas, y es la disponibilidad de agua. Las plantas están expuestas durante todo su ciclo de vida a condiciones de un contenido reducido de agua en el medio ambiente, y la mayoría de las plantas han desarrollado estrategias para protegerse contra estas condiciones de desecación. Sin embargo, si la severidad y la duración de las condiciones de sequía son demasiado grandes, los efectos sobre el desarrollo, crecimiento y rendimiento de las plantas para la mayoría de las plantas de cultivo son profundos. Además, la mayoría de las plantas de cultivo son muy susceptibles a las concentraciones más altas de sal en el suelo. Debido a que un alto contenido de sal en algunos suelos trae como resultado una menor disponibilidad de agua para consumo por parte de las células, una alta concentración de sal tiene un efecto sobre las plantas similar al efecto de sequía sobre las plantas. Además, bajo temperaturas de congelación, las células de las plantas pierden agua como resultado de la formación de hielo que se inicia en el apoplasto y, retira el agua del simplasto. Los mecanismos moleculares de respuesta de una planta a cada una de estas condiciones de estrés son comunes, y las proteínas fosfatasas juegan un papel esencial en estos mecanismos moleculares.

Es bien sabido que la fosforilación reversible de proteínas controla muchos procesos celulares en plantas y animales. El estado de fosforilación de las proteínas está regulado por las actividades opuestas de las proteínas quinasas y las proteínas fosfatasas. La fosforilación de las proteínas eucariotas se produce predominantemente sobre residuos de serina y de treonina, y en menor medida, sobre residuos de tirosina. En los animales, la fosforilación de proteínas desempeña un papel bien conocido en diversos procesos celulares tales como el metabolismo del glicógeno, el control del ciclo celular, y la transducción de señales (Smith, RD y Walker, JC, 1996, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47: 101 - 125) .

Las actividades de la proteína fosfatasa han sido reportadas en la mayoría de los compartimentos subcelulares de las plantas, incluidas las mitocondrias, los cloroplastos, los núcleos y el citosol, y están asociadas con diferentes fracciones de partículas y de la membrana. Algunas proteínas fosfatasas están pobremente caracterizadas y pueden representar nuevas enzimas que son únicas para las plantas. Otras tienen propiedades bioquímicas que son muy similares a las da las bien conocidas proteínas fosfatasas de mamíferos, tales como las proteínas citosólicas serina / treonina fosfatasas (Mackintosh C. Cohen y P. 1989 Biochem. J. 262: 335 - 339) . Se ha identificado que dos de tales serina / treonina fosfatasas de las plantas actúan en forma similar a las proteínas serina / treonina fosfatasas de tipo 1 (PP1) y de tipo 2 (PP2) de mamífero. Los estudios bioquímicos y genéticos en plantas implican actividad de PP1 y / o PP2 en la transducción de señales, la regulación hormonal, la mitosis, y el control del metabolismo del carbono y el nitrógeno (Smith, R. D. y Walker, J. C., 1996, Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47: 101 - 125) .

La evidencia experimental ha implicado la participación de las proteínas fosfatasas en la cascada de señalización de estrés de las plantas y, más concretamente, en la percepción del estrés y la transducción de señales relacionados con los mecanismos fisiológicos de adaptación en las plantas. Por ejemplo, se ha demostrado que la proteína fosfatasa 2C (PP2C) está involucrada en las respuestas al estrés en las plantas (Sheen, J. 1998 Proc. Natl.. Acad. EE.UU. 95: 975 - 980) . También se ha demostrado que, en la levadura, la calcineurina fosfatasa PP2B (CaN) es un componente central de una ruta de transducción de señal que depende de Ca2+ que media la tolerancia de Na+ , Li-, y Mn2+ de Saccharomyces cerevisiae (Cunningham, K. W. y Fink G. R. (1996) Mol. Cell. Biol. 16: 2226 - 2237) . CaN actúa para limitar la acumulación intracelular de Na+ por medio de procesos que regulan esa restricción de entrada y mejoran la salida de este catión a través de la membrana plasmática. CaN también participa en la homeóstasis citosólica de Ca2+ a través de la regulación positiva del aparato de Golgi y el bombeo del ion tipo P localizado en la membrana vacuolar y el control negativo de un intercambiador de H+ / Ca2+ vacuolar. Curiosamente, la sobreexpresión de CaN de levadura confiere tolerancia a la salinidad en las plantas, lo que indica firmemente que la modulación de las rutas de señalización del estrés mediante la expresión de una proteína fosfatasa activada mejora sustancialmente la tolerancia de las plantas al estrés (Pardo, I. M. et al. (1998) , Proc. Natl. Acad. Sci. EE.UU. 95: 9681 - 9686) .

A pesar de que algunos genes que están involucrados en respuestas al estrés en las plantas han sido caracterizados, la caracterización y clonación de genes de las plantas que confieren tolerancia al estrés sigue siendo muy incompleta y fragmentada. Por ejemplo, algunos estudios han indicado que el estrés por sequía y salinidad en algunas plantas puede ser debido a efectos aditivos de genes, en contraste con otra investigación que indica que genes específicos son activados transcripcionalmente en el tejido vegetativo de las plantas bajo condiciones de estrés osmótico. Aunque en general se supone que las proteínas inducidas por estrés juegan un papel en la tolerancia, se carece aún de evidencia directa, y las funciones de muchos genes de respuesta al estrés son desconocidas.

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1. Un ácido nucleico que codifica para la Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa en donde el ácido nucleico que codifica para PPSRP comprende un polinucleótido seleccionado de entre el grupo que consiste de a) el polinucleótido como se define en la SEQ ID NO: 2;

b) un polinucleótido que codifica para una Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa (PPSRP) , en donde la PPSRP es Proteína Fosfatas.

2. 1 (PP2A-1) como se define en la SEQ ID NO: 3;

c) un polinucleótido complementario a un polinucleótido de cualquiera de a) o b) anteriores; y d) secuencias de ácido nucleico al meno.

80. 85% idénticas a la secuencia de la SEQ ID NO: 2 sobre toda la longitud de la región de codificación de a secuencia de la SEQ ID NO: 2.

2. Un vector de expresión recombinante que comprende el ácido nucleico de la reivindicación 1.

3. Un casete de expresión de la planta, en donde el ácido nucleico que codifica para PPSRP de la reivindicación 1 reside en el casete de expresión de la planta.

4. Una Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa (PPSRP) , en donde la PPSRP es una Proteína Fosfatas.

2. 1 (PP2A-1) seleccionada de entre el grupo que consiste de la secuencia como la definida en la SEQ ID NO: 3.

5. Una célula de una planta transgénica transformada por y que comprende al ácido nucleico que codifica para la Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa (PPSRP) de la reivindicación 1 o el casete de expresión de la reivindicación 3, en donde la expresión de la secuencia de ácido nucleico en la célula de la planta trae como resultado una mayor tolerancia al estrés por sequía comparado con una variedad de tipo silvestre de la célula de la planta.

6. Una planta transgénica que comprende una célula de una planta de acuerdo con la reivindicación 5.

7. Un método para producir una planta transgénica que contiene un ácido nucleico que codifica para la Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa (PPSRP) en donde la expresión del ácido nucleico en la planta resulta en mayor tolerancia al estrés por sequía comparado con una variedad de tipo silvestre de la planta que comprende: (a) transformar una célula de una planta con el vector de expresión de la reivindicación 2 o el casete de expresión de a reivindicación 3 que comprende un ácido nucleico que codifica para PPSRP, y (b) generar a partir de la célula de la planta una planta transgénica con una mayor tolerancia al estrés por sequía comparado con una variedad de tipo silvestre de la planta en donde el PPSRP es el PPSRP de acuerdo con a reivindicación 4 o el ácido nucleico que codifica para PPSRP es el ácido nucleico que codifica para PPSRP de acuerdo con la reivindicación 1.

8. El método de la Reivindicación 7 o la planta de la reivindicación 6, en donde la planta es una planta monocotiledónea o una dicotiledónea.

9. El método de la Reivindicación 7 u 8 o la planta de la reivindicación 6 u 8 en donde la planta se selecciona de entre el grupo que consiste de maíz, trigo, centeno, avena, triticale, arroz, cebada, soja, maní, algodón, colza, canola, mandioca, pimiento, girasol y tagetes, plantas solanáceas, patata, tabaco, berenjena, tomate, especies Vicia, arveja, alfalfa, café, cacao, té, especies Salix, palma oleaginosa, cocotero, pastos perennes y cultivos forrajeros.

10. Semilla de una planta transgénica producida por la planta de cualquiera de las reivindicaciones 6, 8 ó 9, en donde la semilla comprende al ácido nucleico que codifica para PPSRP de la reivindicación 1, o la proteína PPSRP de la reivindicación 4 o el casete de expresión de la reivindicación 3 y en donde la semilla es de una línea genéticamente pura para una mayor tolerancia al estrés por sequía comparado con una variedad de tipo silvestre de la semilla.

11. Un método para incrementar la tolerancia al estrés por sequía de una planta que comprende incrementar la expresión de la Proteína Relacionada con el Estrés de la Proteína Fosfatasa (PPSRP) de la reivindicación 4.