Gen y proteína para la detección de azúcares regulados por nitrógeno y modulación de los mismos.

Un procedimiento de producción de una planta transgénica con una utilización de nitrógeno mejoradao aumentada que comprende:

a) transformar una célula vegetal con un ácido nucleico que codifica un factor de transcripción GATA funcional, y

b) usar la célula vegetal en la producción de una planta que exprese dicho ácido nucleico, en la que la expresión delácido nucleico tiene como resultado que la planta tenga un nivel elevado de expresión del factor de transcripciónGATA funcional en comparación con una planta que no ha sido transformada con el ácido nucleico;

en la que el ácido nucleico que codifica el factor de transcripción GATA funcional comprende:

i) la secuencia de nucleótidos de SEC ID N.º 3; o

ii) un ácido nucleico capaz de hibridar con una secuencia complementaria a una secuencia de nucleótidos de SEC

ID N.º 3 en condiciones de hibridación que comprenden dodecil sulfato sódico (SDS) al 7%, NaPO4 0,5 M, EDTA1 mM a 50ºC con lavados en SSC 0,1X, SDS al 0,1% a 65ºC.

Gen y proteína para la detección de azúcares regulados por nitrógeno y modulación de los mismos

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a procedimiento de modulación de los rasgos característicos agronómicos en plantas modulando la expresión del factor de transcripción GATA en las células vegetales. En particular, la presente invención se refiere a procedimientos para mejorar la utilización del nitrógeno en las plantas. La presente invención también se refiere a moléculas de ácido nucleico aislados de Arabidopsis thaliana que comprenden secuencias de nucleótidos que codifican proteínas que detectan el azúcar y, finalmente, pueden modular la captación de nitrógeno y el metabolismo global del carbono.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La mejora de las características agronómicas de los cultivos vegetales se ha venido desarrollando desde el inicio de la agricultura. En la actualidad se está utilizando la mayor parte de la tierra adecuada para la producción de cosechas. Puesto que la población humana sigue crecimiento, será necesario mejorar las variedades de los cultivos para conseguir alimento y comida de forma adecuada (Trewavas (2001) Plant Physiol. 125: 174-179) . Para evitar hambrunas catastróficas y malnutrición será necesario mejorar los rendimientos de las variedades de cosechas futuras con ingresos agrícolas equivalentes. Será necesario que estas variedades cultivadas resistan condiciones adversas, como sequía, salinidad del suelo o enfermedades, de forma más eficaz, lo que será especialmente importante para que tierras marginales pueden ponerse en cultivo. Finalmente, serán necesarias variedades cultivadas con alteración de la composición de nutrientes para potenciar la nutrición humana y animal, y permitir un procesamiento de alimentos y piensos más eficaz. Para todos estos rasgos característicos, la identificación de los genes que controlan la expresión fenotípica de dichas características de interés será crucial para acelerar el desarrollo del germoplasma para cultivos superiores mediante métodos convencionales o transgénicos.

Diversas estrategias altamente eficaces están disponibles para ayudar en la identificación de genes que tienen una función importante en la expresión de rasgos característicos agronómicamente importantes. Entre estas se incluyen la genética, genómica, bioinformática y genómica funcional. La genética es el estudio científico de los mecanismos de la herencia. Identificando mutaciones que alteran la ruta o respuesta de interés, la genética clásica (o avanzada) puede ayudar a identificar los genes implicados en estas rutas o respuestas. Por ejemplo, un mutante con aumento de la susceptibilidad a la enfermedad puede permitir identificar un componente importante de la ruta de transducción de señales de la planta que lleve del reconocimiento de un patógeno a la resistencia a la enfermedad. La genética también es el componente central para la mejora del germoplasma mediante cultivo. Mediante análisis molecular y fenotípico de cruces genéticos, pueden mapearse rasgos característicos de interés controlados por loci y seguirse en las generaciones posteriores. El conocimiento de los genes subyacentes a una variación fenotípica entre los muestreos de cosechas puede permitir el desarrollo de marcadores que mejoren en gran medida la eficacia del proceso de mejora del germoplasma, así como vías abiertas para el descubrimiento de alelos superiores adicionales.

La genómica es el estudio a nivel de sistema del genoma de un organismo, incluyendo los genes y los productos génicos correspondiente (ARN y proteínas) . En un primer nivel, las técnicas genómicas han proporcionar grandes grupos de datos de información de secuencia a partir de diversas especies vegetales, como secuencias de ADNc completas y parciales y la secuencia genómica completa de una especie vegetal modelo, Arabidopsis thaliana. Recientemente, también ha surgido la primera secuencia preliminar del genoma de un cultivo vegetal, la del arroz (Or y za sativa) . La disponibilidad de una secuencia de genoma completa hace posible el desarrollo de herramientas para el estudio a nivel de sistema de otros complementos moleculares, como matrices y chips para su uso en la determinación de las secuencias complementas de los genes expresados en un organismo en condiciones específicas. Estos datos pueden usarse como primera indicación del potencial de determinados genes para tener funciones importantes en la expresión de fenotipos vegetales diferentes.

Las técnicas de bioinformática conectan directamente con los grupos de datos genómicos de primer nivel permitiendo el procesamiento de las secuencias descubiertas de interés mediante glosado u otras medidas. Usando, por ejemplo, búsqueda de similitudes, alineamientos y análisis filogenéticos, la bioinformática puede a menudo identificar homólogos de un producto génico de interés. Homólogos muy similar (p. ej., >~90% de identidad de aminoácidos a lo largo de la longitud total de la proteína) son probablemente ortólogos, es decir, comparten la misma función en diferentes organismos.

La genómica funcional puede definirse como la asignación de funciones a los genes y a sus productos. La genómica funcional surge de la genética, genómica y bioinformática para derivar en una vía hacia la identificación de genes importantes en una ruta en particular o respuesta de interés. El análisis de expresión, por ejemplo, utiliza micromatrices de ADN de alta densidad (a menudo derivadas de secuenciación de organismos a escala genómica) para controlar la expresión del ARNm de miles de genes en un único experimento. Entre los tratamientos experimentales pueden incluirse aquellos que permiten obtener una respuesta de interés, como la respuesta de resistencia a la enfermedad en plantas infectadas con un patógeno. Para dar ejemplos adicionales del uso de micromatrices, pueden seguirse los niveles de expresión de ARNm en tejidos diferentes durante el transcurso del desarrollo o en mutantes afectados en una respuesta de interés. La proteómica también puede ayudar a asignar una función, ensayando la expresión y las modificaciones postraduccionales de cientos de proteínas en un único experimento.

Las técnicas de proteómica son en muchos casos análogas a las técnicas utilizadas para controlar la expresión del ARNm en experimentos de micromatrices. Las interacciones proteína-proteína también pueden ayudar a asignar proteínas a una ruta o respuesta determinada, identificando proteínas que interaccionan con componentes conocidos de la ruta o respuesta. En la genómica funcional se estudian a menudo las interacciones proteínaproteína usando ensayos de doble híbrido de levadura a gran escala. Otra técnica para asignar la función génica es expresar la proteína correspondiente en un huésped heterólogo, por ejemplo, la bacteria Escherichia coli, seguido de su purificación y de ensayos enzimáticos.

La demostración de la capacidad de un gen de interés para controlar un rasgo característico determinado puede derivar, por ejemplo, de una prueba experimental en especies vegetales de interés. La generación y análisis de plantas transgénicas para un gen de interés pueden usarse para la genómica funcional vegetal, con varias ventajas. El gen puede además estar tanto sobreexpresado como subexpresado («silenciado») , aumentando de este modo las posibilidades de observar un fenotipo que liga al gen a una ruta o respuesta de interés. Dos aspectos de la genómica funcional transgénica ayudan a dar un alto nivel de confianza a la asignación funcional mediante esta técnica. En primer lugar, las observaciones fenotípicas se llevan a cabo en el contexto de la planta viva. En segundo lugar, pueden comprobarse la gama de fenotipos observados y correlacionarse con niveles de expresión observados de los transgenes introducidos. La genómica funcional transgénica es especialmente válida para mejorar el desarrollo de la variedad cultivada. Solo genes que funcionan en una ruta o respuesta de interés y que, además, son capaces de conferir un fenotipo deseado en base a un rasgo característico, se promocionan como genes candidatos en los esfuerzos por mejorar una cosecha. En algunos casos, las líneas transgénicas desarrolladas para estudios genómicos funcionales pueden utilizarse directamente en estadios iniciales de desarrollo del producto.

Otra técnica dirigida hacia la genómica funcional vegetal supone identificar en primer lugar las líneas vegetales con mutaciones en genes de interés específicos, seguido de la evaluación fenotípica de las consecuencias de dichos silenciamiento deL gen sobre el rasgo característico estudiado. Esta técnica muestra genes esenciales para la... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de producción de una planta transgénica con una utilización de nitrógeno mejorada o aumentada que comprende:

a) transformar una célula vegetal con un ácido nucleico que codifica un factor de transcripción GATA funcional, y

b) usar la célula vegetal en la producción de una planta que exprese dicho ácido nucleico, en la que la expresión del ácido nucleico tiene como resultado que la planta tenga un nivel elevado de expresión del factor de transcripción GATA funcional en comparación con una planta que no ha sido transformada con el ácido nucleico;

en la que el ácido nucleico que codifica el factor de transcripción GATA funcional comprende:

i) la secuencia de nucleótidos de SEC ID N.º 3; o ii) un ácido nucleico capaz de hibridar con una secuencia complementaria a una secuencia de nucleótidos de SEC ID N.º 3 en condiciones de hibridación que comprenden dodecil sulfato sódico (SDS) al 7%, NaPO4 0, 5 M, EDTA 1 mM a 50ºC con lavados en SSC 0, 1X, SDS al 0, 1% a 65ºC.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la planta es una dicotiledónea, gimnosperma o monocotiledónea.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la monocotiledónea se selecciona a partir del grupo compuesto por maíz, trigo, arroz, cebada, avena, centeno, mijo, sorgo, triticale, secale, carraón, escanda, farro, tef, milo, lino, grama, Tripsacum sp. y teosinte.

4. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la dicotiledónea se selecciona a partir del grupo formado por soja, tabaco y algodón.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la molécula de ácido nucleico se expresa en una ubicación y tejido específico de la planta.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que la ubicación o tejido específico se selecciona a partir de uno o más de entre semilla, epidermis, raíz, tejido vascular, meristema, cámbium, corteza, médula, hoja y flor.

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la ubicación o tejido es una semilla.

8. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el ácido nucleico está en un casete de expresión que comprende una secuencia promotora unida de forma operativa al ácido nucleico.

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que el ácido nucleico se introduce en la célula vegetal usando un procedimiento que se selecciona a partir del grupo compuesto por bombardeo de micropartículas, transformación mediada por Agrobacterium y transformación mediada por fibras.

10. Una planta, célula vegetal o semilla transgénica con utilización del nitrógeno mejorada o aumentada, que comprende un ácido nucleico que codifica un factor de transcripción GATA funcional, en la que el ácido nucleico que codifica un factor de transcripción GATA funcional comprende:

a) la secuencia de nucleótidos SEC ID N.º 3; o b) un ácido nucleico capaz de hibridar con una secuencia complementaria a una secuencia de nucleótidos SEC ID N.º 3 en condiciones de hibridación que comprenden dodecil sulfato sódico (SDS) al 7%, NaPO4 0, 5 M, EDTA 1 mM a 50ºC con lavados en SSC 0, 1X, SDS al 0, 1% a 65ºC,

y en el que la utilización de nitrógeno mejorada o aumentada es atribuible al ácido nucleico.