Aumento del rendimiento en plantas que sobreexpresan los genes de ACCDP.

Un procedimiento para aumentar el crecimiento de la raíz en condiciones normales o de tensión y/o aumentar latolerancia a la tensión para una tensión ambiental y/o aumentar el rendimiento de una planta de cultivo transgénicaen comparación con la planta de cultivo natural no transformada,

en el que el procedimiento comprende aumentar laexpresión de un Polipéptido de tipo 1-Aminociclopropano-1-carboxilato Desaminasa (ACCDP) mediantetransformación de la planta de cultivo con, y sobreexpresión de, un ácido nucleico que codifica el ACCDP, en el queel ACCDP se codifica por un polinucleótido seleccionado del grupo que consiste en:

a. un polinucleótido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 1;

b. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 2;

c. un polinucleótido que tiene al menos 70 % de identidad de secuencia con el polinucleótido de a);

d. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene al menos 70 % de identidad de secuencia con elpolipéptido de b); y

e. un polinucleótido cuya secuencia puede derivar de una secuencia polipeptídica codificada por cualquiermolécula de ácido nucleico de a) a d) anterior, debido a la degeneración del código genético;

en el que la tensión ambiental se selecciona de una o más del grupo que consiste en salinidad, sequía otemperatura, o combinaciones de las mismas.

Aumento del rendimiento en plantas que sobreexpresan los genes de ACCDP

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica el beneficio de prioridad respecto de la Solicitud Provisional de Estados Unidos Nº de Serie 60/700.096 presentada el 18 de julio de 2005.

Antecedentes de la Invención Campo de la invención La presente divulgación se refiere en general a secuencias de ácido nucleico que codifican polipéptidos que están asociados con el desarrollo de las raíces, que contribuyen al crecimiento vegetal y, en última instancia, afectan a la producción vegetal (es decir rendimiento) bajo condiciones de tensión abiótica o sin tensión. En particular, la presente divulgación se refiere a secuencias de ácido nucleico que codifican polipéptidos que confieren a la planta aumento del crecimiento de la raíz, aumento del rendimiento y/o de tolerancia a la sequía, el frío y/o la salinidad, y el uso de dichos ácidos nucleicos aislados.

Técnica antecedente El rendimiento de las plantas de cultivo es central para el bienestar de los seres humanos y está afectado directamente por el crecimiento de plantas en el ambiente físico. Tensiones ambientales abióticas, tales como tensión por sequía, tensión por salinidad, tensión por calor y tensión por frío, son factores limitantes importantes del crecimiento y la productividad vegetal. Las pérdidas de cultivo y pérdidas de rendimiento de cultivos importantes tales como soja, arroz, maíz, algodón y trigo provocadas por estas tensiones representan un factor económico y político significativo y contribuyen a escasez de alimentos en muchos países en desarrollo.

La biomasa vegetal es el rendimiento total para cultivos de forraje como alfalfa, maíz de silage y heno. Se han usado muchas representaciones para el rendimiento en cultivos de grano. Las principales entre estas son las estimaciones del tamaño de la planta. El tamaño de la planta puede medirse de muchas maneras dependiendo de la especie y estadio del desarrollo, pero incluyen el peso seco total de la planta, el peso seco por encima del suelo, el peso en fresco por encima del suelo, área de la hoja, volumen del tallo, altura de la planta, diámetro de la roseta, longitud de la hoja, longitud de la raíz, masa de la raíz, número de brotes y número de hojas. Muchas especies mantienen una relación conservativa entre el tamaño de diferentes partes de la planta en un estadio del desarrollo dado. Estas relaciones alométricas se usan para extrapolar a partir de una de estas medidas de tamaño a otra. El tamaño de la planta en un estadio del desarrollo temprano se correlacionará típicamente con el tamaño de la planta más tarde en el desarrollo. Una planta mayor con una mayor área de hoja puede típicamente absorber más luz y dióxido de carbono que una planta más pequeña y por lo tanto aumentará probablemente más en tamaño durante el mismo periodo. Es decir además de la continuación potencial de la ventaja microambiental o genética la planta tenía que conseguir el mayor tamaño inicialmente. Hay un fuerte componente genético para el tamaño de la planta y la velocidad de crecimiento y por lo tanto para una serie de genotipos diversos el tamaño de la planta en una condición ambiental probablemente se correlacione con el tamaño en otra. De este modo se usa un ambiente convencional con una representación para los diversos y dinámicos ambientes encontrados en diferentes localizaciones y momentos por los cultivos en el campo.

El índice de cosecha, la relación de producción de semilla y peso seco por encima del suelo, es relativamente estable en muchas condiciones ambientales y por lo tanto puede obtenerse con frecuencia una correlación robusta entre el tamaño de la planta y la producción de grano. Estos procesos están ligados intrínsecamente porque la mayor parte de la biomasa del grano depende de la productividad fotosintética actual o almacenada por las hojas y el tallo de la planta. Por lo tanto, la selección del tamaño de la planta, incluso en estadios tempranos del desarrollo, se ha usado como un indicador para el potencial futuro. Cuando se ensaya con respecto al impacto de las diferencias genéticas en la tolerancia a la tensión, la capacidad para normalizar propiedades del suelo, temperatura, agua y disponibilidad de nutrientes e intensidad de luz es una ventaja intrínseca de ambientes de invernadero o cámara de crecimiento de plantas en comparación con el campo. Sin embargo, las limitaciones artificiales en el rendimiento debido a la escasa polinización debido a la ausencia de viento o insectos, o insuficiente espacio para crecimiento de cubierta o raíz madura, pueden restringir el uso de estos ambientes controlados para ensayar diferencias de rendimiento. Por lo tanto, las mediciones del tamaño de la planta en el desarrollo temprano, en condiciones normalizadas en una cámara de cultivo o invernadero, son prácticas convencionales para proporcionar indicios de potenciales ventajas para el rendimiento genético.

Durante el ciclo de vida, las plantas se exponen típicamente a condiciones de contenido de agua ambiental reducido. La mayoría de las plantas tienen estrategias evolucionadas para protegerse contra estas condiciones de desecación. Sin embargo, si la gravedad y duración de las condiciones de sequía son demasiado grandes, los efectos sobre el desarrollo, crecimiento, tamaño vegetal y rendimiento de la mayoría de las plantas de cultivo son profundos. La exposición continua a condiciones de sequía provoca alteraciones importantes en el metabolismo de las plantas que conducen en última instancia a la muerte celular y en consecuencia a pérdidas de rendimiento.

El desarrollo de plantas tolerantes a tensión es por lo tanto una estrategia que tiene el potencial de resolver o mediar en al menos algunos de estos problemas. Sin embargo, las estrategias de cultivo de plantas tradicionales para desarrollar nuevas líneas de plantas que muestren resistencia y/o tolerancia a estos tipos de tensiones son relativamente lentas y requieren líneas resistentes específicas para cruzar con la línea deseada. Los recursos limitados de germoplasma para tolerancia a la tensión e incompatibilidad en cruces entre especies vegetales distantemente relacionadas representan problemas significativos encontrados en el cultivo convencional. Adicionalmente, los procesos celulares que conducen a tolerancia a la sequía, frío y salinidad en plantas tolerantes a sequía, frío y/o salinidad modelo son de naturaleza compleja e implican múltiples mecanismos de adaptación celular y numerosas rutas metabólicas. Esta naturaleza multicomponente de la tolerancia a la tensión no solo ha hecho el cultivo con respecto a tolerancia en gran medida infructuoso, sino que también ha limitado la capacidad de obtener por ingeniería genética plantas tolerantes a tensión usando procedimientos biotecnológicos.

Por lo tanto, se necesita la identificación de los genes y proteínas implicados en estos procesos multicomponentes que conducen a aumento del crecimiento y/o aumento de la tolerancia a la tensión. Dilucidar la función de genes expresados en plantas tolerantes a tensión no solamente potenciará nuestro entendimiento de la adaptación vegetal

y tolerancia a tensiones ambientales, sino que también puede proporcionar información importante para diseñar nuevas estrategias para la mejora de cultivos.

Las raíces son un órgano importante de las plantas superiores. Los sistemas de las raíces vegetales son fundamentales para el crecimiento y desarrollo apropiado de todas las especies vegetales terrestres. Además de captar agua y nutrientes y proporcionar soporte físico, las raíces median en un intercambio complejo pero escasamente entendido de comunicación entre microbios del suelo y otras plantas. En sistemas agrónomos, la producción se ve afectada por la disponibilidad de agua y nutrientes en el suelo: el crecimiento de las raíces tiene una influencia directa o indirecta en el crecimiento y producción de órganos aéreos, particularmente en condiciones de limitación de nutrientes. Las raíces también son relevantes para la producción de productos vegetales secundarios, tales como compuestos de defensa y hormonas vegetales. El establecimiento de la arquitectura de raíz

apropiada es un factor importante para que la planta use eficazmente el agua y los nutrientes disponibles en el ambiente y para maximizar el crecimiento y producción vegetal. Además, en condiciones de sequía, las raíces pueden adaptarse para continuar el crecimiento produciendo y enviando a la vez señales de advertencia tempranas a brotes que inhiben el crecimiento vegetal por encima del suelo.

Además, el crecimiento de raíces mejorado de las plantas de cultivo también... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para aumentar el crecimiento de la raíz en condiciones normales o de tensión y/o aumentar la tolerancia a la tensión para una tensión ambiental y/o aumentar el rendimiento de una planta de cultivo transgénica en comparación con la planta de cultivo natural no transformada, en el que el procedimiento comprende aumentar la expresión de un Polipéptido de tipo 1-Aminociclopropano-1-carboxilato Desaminasa (ACCDP) mediante transformación de la planta de cultivo con, y sobreexpresión de, un ácido nucleico que codifica el ACCDP, en el que el ACCDP se codifica por un polinucleótido seleccionado del grupo que consiste en:

a. un polinucleótido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 1;

b. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 2;

c. un polinucleótido que tiene al menos 70 % de identidad de secuencia con el polinucleótido de a) ;

d. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene al menos 70 % de identidad de secuencia con el polipéptido de b) ; y

e. un polinucleótido cuya secuencia puede derivar de una secuencia polipeptídica codificada por cualquier molécula de ácido nucleico de a) a d) anterior, debido a la degeneración del código genético;

en el que la tensión ambiental se selecciona de una o más del grupo que consiste en salinidad, sequía o temperatura, o combinaciones de las mismas.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la planta se transforma con un vector que comprende un ácido nucleico aislado, en el que el ácido nucleico comprende un polinucleótido seleccionado del grupo que consiste en:

a. un polinucleótido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 1;

b. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 2;

c. un polinucleótido que tiene al menos 80 % de identidad de secuencia con el polinucleótido de a) ;

d. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene al menos 80 % de identidad de secuencia con el polipéptido de b) ; y

e. un polinucleótido cuya secuencia puede derivar de una secuencia polipeptídica codificada por cualquier molécula de ácido nucleico de a) a d) anterior, debido a la degeneración del código genético.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que el ácido nucleico está unido operativamente a un promotor y en el que el promotor tiene preferencia de tejido, está regulado por el desarrollo, es inducible por tensión, o una combinación de los mismos.

4. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el promotor con preferencia de tejido tiene preferencia de raíz.

5. Una planta de cultivo transgénica transformada con, que comprende y que sobreexpresa un ácido nucleico, en la que el ácido nucleico comprende un polinucleótido que codifica un Polipéptido de tipo 1-Aminociclopropano-1carboxilato Desaminasa (ACCDP) seleccionado del grupo que consiste en:

a. un polinucleótido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 1;

b. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 2;

c. un polinucleótido que tiene al menos 80 % de identidad de secuencia con el polinucleótido de a) ;

d. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene al menos 80 % de identidad de secuencia con el polipéptido de b) ; y

e. un polinucleótido cuya secuencia puede derivar de una secuencia polipeptídica codificada por cualquier molécula de ácido nucleico de a) a d) anterior, debido a la degeneración del código genético;

y en la que el polinucleótido codifica un ACCDP vegetal, y en la que la expresión del polinucleótido en la planta da como resultado

1. aumento de la tolerancia a la tensión para una tensión ambiental en comparación con la planta de cultivo natural no transformada, en el que la tensión ambiental se selecciona de una o más del grupo que consiste en salinidad, sequía o temperatura, o combinaciones de las mismas; o

2. aumento del crecimiento de la raíz en condiciones normales o de tensión en comparación con la planta de cultivo natural no transformada, o

3. aumento del rendimiento en condiciones normales o de tensión en comparación con la planta de cultivo natural no transformada,

en el que la planta se selecciona del grupo que consiste en maíz, trigo, centeno, avena, triticale, arroz, cebada, sorgo, mijo, caña de azúcar, soja, cacahuete, algodón, colza, canola, Manihot, pimiento, girasol, Tagetes, plantas solanáceas, patata, tabaco, berenjena, tomate, especies de Vicia, guisante, alfalfa, café, cacao, té, especies de Salix, palma aceitera, coco, hierba perenne y una planta de cultivo de forraje.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la planta es una monocotiledónea o dicotiledónea.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la planta se selecciona del grupo que consiste en maíz, trigo, centeno, avena, triticale, arroz, cebada, sorgo, mijo, caña de azúcar, soja, cacahuete, algodón, colza, canola, Manihot, pimiento, girasol, Tagetes, plantas solanáceas, patata, tabaco, berenjena, tomate, especies de Vicia, guisante, alfalfa, café, cacao, té, especies de Salix, palma aceitera, coco, hierba perenne y una planta de cultivo de forraje.

8. Una semilla de planta de cultivo producida por la planta de cultivo transgénica de la reivindicación 5, en la que la semilla comprende el ácido nucleico aislado.

9. La semilla de la reivindicación 8, en la que la semilla es de estirpe pura para

a. aumento de la tolerancia a la tensión para una tensión ambiental en comparación con la variedad natural no transformada de la semilla, en el que la tensión ambiental se selecciona de una o más del grupo que consiste en salinidad, sequía o temperatura, o combinaciones de las mismas; o

b. un aumento del crecimiento de la raíz en condiciones normales o de tensión en comparación con una variedad natural no transformada de la semilla,

c. aumento del rendimiento en condiciones normales o de tensión en comparación con la planta de cultivo natural no transformada.

10. Uso de un ácido nucleico que comprende un polinucleótido seleccionado del grupo que consiste en:

a. un polinucleótido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 1;

b. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene una secuencia como se expone en SEC ID Nº: 2;

c. un polinucleótido que tiene al menos 70 % de identidad de secuencia con el polinucleótido de a) ;

d. un polinucleótido que codifica un polipéptido que tiene al menos 70 % de identidad de secuencia con el polipéptido de b) ; y

e. un polinucleótido cuya secuencia puede derivar de una secuencia polipeptídica codificada por cualquier molécula de ácido nucleico de a) a d) anterior, debido a la degeneración del código genético;

para aumentar en plantas de cultivo el crecimiento de la raíz y/o el rendimiento en condiciones normales o de tensión y/o la tolerancia a la tensión ambiental en comparación con una variedad natural no transformada de la planta, en la que la tensión ambiental se selecciona de una o más del grupo que consiste en salinidad, sequía o temperatura, o combinaciones de las mismas.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Figura 6

Gen Longitud de la Raíz (mm) Error Diferencias del Control

ID MEDIA LS típico P

WT 132, 8 8, 0 -

1.1 AtACCD 164, 3 6, 0 0, 0055

Figura 7

Gen Peso Seco del Brote (g) Error Diferencias del Control

ID MEDIA LS típico P

WT 0, 0123 0, 0013 -

AtACCD 0, 0135 0, 0010 0, 8197

Figura 8

Gen de Consulta Aciertos de Tblasn (Nombre de los genes y SEC ID) Porcentaje de identidad Longitud (aa)

AtACCD (SEC ID Nº: 2, 401 aa) GmACCD-1 (SEC ID Nº: 355) OsACCD (SEC ID Nº: 353) ZmACCD-1 (SEC ID Nº: 351) TaACCD (SEC ID Nº: 357) 74 69 69 67 388 381 380 401

Figura 9

>Contigl481_48982441Dec03 1406pb 11m + 48982441.f_115_1|Soja|Lib:AC040|cluID:7088|varlD:1077 3|RTA56564033F.1.15.1 Longitud = 1406

Puntuación = 591 bits (1523) , Expectativa = e-168 Identidades= 288/388 (74 %) , Positivos = 332/388 (85 %) . Fase = +2

Figura 10

>Contigl9555_30859453Dec03 1402pb 8m +

30859453.f_f17_1|Arroz|Lib:AC003t|cluID:706|varlD:779|RT A56560012F.f.17.1 Longitud = 1402

Puntuación = 560 bits (1442) , Expectativa = e-159 Identidades= 266/381 (69 %) , Positivos = 318/381 (83 %) Fase = +2

Figura 11

>Contigl4714_57817161Dec03 1383pb 4m +

57817161.f_h20_1 |Maíz|Lib:AC080|cluID:57802|varlD:6856 1|RTA56568132F.h.20.1 Longitud =1383

Puntuación = 560 bits (1442) , Expectativa = e-159 Identidades= 265/380 (69 %) , Positivos = 319/380 (83 %) Fase = +3

Figura 12

>Contig15977_54201209Dec03 1463pb 5m +

54201209.f_kc01_1|Trigo|Lib:AC062|cluID:9364|varlD:69571 |RTA56566095F.k.01.1 Longitud = 1463

Puntuación = 558 bits (1439) , Expectativa = e-159 Identidades= 269/401 (67 %) , Positivos = 324/401 (80 %) , Huecos = 5/401 (1 %) Fase = +3