Modulación del crecimiento de plantas alterando la captación de aminoácidos.

Un procedimiento de aumentar el crecimiento de una planta que comprende:

aumentar en la planta la expresión de un ácido nucleico que codifica un transportador de aminoácidos quemedia en la captación de aminoácidos del entorno en dicha planta, y;

exponer la planta a un medio de crecimiento que comprende uno o más aminoácidos cuya captación estámediada por el transportador de aminoácidos,

siendo aumentado el crecimiento de dicha planta tras dicha expresión.

Modulación del crecimiento de plantas alterando la captación de aminoácidos [0001] La presente invención se refiere a la modulación de la captación de aminoácidos del entorno por plantas mediante alteraciones en la expresión de transportadores de aminoácidos con el fin de influir en el crecimiento de plantas.

El nitrógeno es un nutriente mineral que es necesitado en grandes cantidades por las plantas. Fuentes de nitrógeno para el crecimiento de plantas incluyen compuestos de nitrógeno inorgánico tales como amonio y nitrato y compuestos de nitrógeno orgánico que incluyen aminoácidos.

El mejorar la adquisición de nitrógeno por las plantas es un objetivo importante en el aumento de los rendimientos del cultivo (Britto y col. (2004) BioEssays 26:683-692) . Sin embargo, los intentos por potenciar la adquisición de nitrógeno por las plantas por el aumento de la expresión de proteínas transportadoras de nitrógeno se han dificultado por diversos factores.

En muchas especies de plantas, la entrada de nitrógeno del entorno está inversamente relacionada con el contenido de nitrógeno de la planta, es decir, cuanto mayor sea el contenido de nitrógeno de la planta, menor será la captación de nitrógeno. La captación de nitrógeno puede regularse por disminución por las fuentes de nitrógeno originariamente transportadas, que pueden acumularse en concentraciones sustanciales dentro de células vegetales, o los productos de la asimilación metabólica de estos iones. Esta inhibición de la retroalimentación dificulta aumentar la capacidad de las plantas para extraer nitrógeno de la tierra.

Además, las raíces de las plantas muestran frecuentemente capacidad de entrada de nitrógeno en exceso e incluso bajo condiciones de limitación de nitrógeno frecuentemente se observa una salida considerable de nitrógeno de las células de las raíces de nuevo al entorno externo. Esta capacidad de entrada de nitrógeno en exceso indica que las plantas absorben más nitrógeno del entorno que el que asimilan o guardan, y entonces este exceso es expulsado de nuevo al entorno. Por tanto, la expresión en exceso de transportadores de entrada de nitrógeno produce un aumento de la salida de nitrógeno, sin ventaja neta para el cultivo.

El documento WO 03/066879 desvela moléculas de ácidos nucleicos que codifican transportadores de aminoácidos en una planta, y que alteran la actividad de tales transportadores de aminoácidos.

El documento WO 94/01559 desvela secuencias de ADN que contienen la región codificante de transportadores de aminoácidos. La introducción de estas secuencias en el genoma modifica la transferencia de metabolitos en plantas transgénicas, plásmidos, bacterias, levaduras y plantas.

La patente de EE.UU. número 6165792 desvela un fragmento de ácido nucleico aislado que codifica un transportador de aminoácidos. La patente de EE.UU. número 6165792 también describe la construcción de un gen quimérico que codifica toda o una parte del transportador de aminoácidos, en orientación sentido o antisentido. La alteración de la expresión del gen quimérico produce la producción de niveles alterados del transportador de aminoácidos en una célula huésped transformada.

El documento WO 03/060133 desvela plantas y células vegetales que expresan enzimas metabolizadoras de D-aminoácidos heterólogos y, por tanto, pueden emplear D-aminoácidos como fuente de nitrógeno.

Los aminoácidos que se producen en la tierra son generalmente absorbidos por las plantas por la raíz y, tras la absorción, son metabolizados de manera que el nitrógeno llevado por el aminoácido absorbido es distribuido en una gama de compuestos de nitrógeno.

La presente invención se refiere a encontrar que el crecimiento de plantas puede afectarse directamente por la expresión alterada de transportadores de aminoácidos que median en la captación de aminoácidos del entorno. Esto puede ser útil en la alteración de las características de crecimiento de plantas.

Como se explica en las reivindicaciones, la invención proporciona un procedimiento de aumentar el crecimiento de una planta que comprende:

aumentar la expresión de un ácido nucleico que codifica un transportador de aminoácidos en la planta,

siendo aumentado el crecimiento de dicha planta tras dicha expresión.

La expresión de un ácido nucleico que codifica un transportador de aminoácidos puede aumentarse en una planta por medios recombinantes (es decir, por técnicas de ingeniería genética) , por ejemplo, expresando un ácido nucleico recombinante que codifica el transportador de aminoácidos en la planta o aumentando o activando la expresión de un ácido nucleico endógeno que codifica el transportador de aminoácidos en la planta usando una construcción recombinante de ácidos nucleicos, por ejemplo, ligando operablemente el ácido nucleico con un promotor heterólogo (es decir, un promotor con el que el ácido nucleico no se expresa naturalmente) .

El ácido nucleico puede ser un ácido nucleico heterólogo. Un procedimiento de aumentar el crecimiento de una planta puede comprender, por ejemplo;

expresar un ácido nucleico heterólogo que codifica un transportador de aminoácidos en la planta, siendo aumentado el crecimiento de dicha planta tras dicha expresión.

La planta puede exponerse a un sustrato de crecimiento que comprende uno o más aminoácidos, de forma que el transportador de aminoácidos expresado media en la captación de aminoácidos del sustrato en la planta. Sustratos de crecimiento adecuados son muy conocidos en la técnica e incluyen medios de crecimiento de plantas naturales tales como tierra, turba o compost, o medios de crecimiento de plantas sintéticos tales como medio de Murashige & Skoog, B5 de Gamborg y N6 de Chu (Qbiogene, Irvine CA) . El uno o más aminoácidos puede estar naturalmente presente en el medio de crecimiento o puede añadirse al medio de crecimiento. En algunas realizaciones, el uno o más aminoácidos puede ser la única fuente de nitrógeno en el medio de crecimiento.

Aminoácidos adecuados incluyen L- y/o D-enantiómeros de aminoácidos tales como His, Glu, Gln, Ala, Lys, Arg, Asp y Ser y el aminoácido no quiral Gly.

En realizaciones preferidas, los aminoácidos absorbidos por la planta mediante el transportador de aminoácidos son metabolizados mediante las rutas de metabolismo de nitrógeno de la planta y no son guardados o acumulados en semillas u otros tejidos.

Preferentemente, el ácido nucleico que codifica el transportador de aminoácidos se expresa preferencialmente o específicamente en tejidos de la planta que se ponen en contacto con el medio de crecimiento que comprende el uno o más aminoácidos. Por ejemplo, el ácido nucleico puede expresarse específicamente en tejido de raíz de la planta, en particular en pelos de la raíz de la planta. La expresión específica para tejido del ácido nucleico puede lograrse ligando operablemente el ácido nucleico con uno o más elementos reguladores específicos para tejido, como se describe más adelante.

El ácido nucleico expresado puede codificar cualquier transportador de aminoácidos que pueda mediar en la captación de un aminoácido en la planta desde fuera de la planta (por ejemplo, del medio de crecimiento) . Por ejemplo, el transportador de aminoácidos puede mediar en la captación de cualquier aminoácido que esté naturalmente presente en el medio de crecimiento o que se añade al medio de crecimiento, L- y/o D-enantiómeros de aminoácidos tales como His, Glu, Gln, Ala, Lys, Arg, Asp y Ser y el aminoácido no quiral Gly. El transportador de aminoácidos puede ser un transportador de aminoácidos que se expresa naturalmente en la planta (es decir, un transportador de aminoácidos endógeno) o un transportador de aminoácidos que no se expresa naturalmente en la planta (es decir, un transportador de aminoácidos extraño o exógeno) .

Transportadores de aminoácidos adecuados incluyen proteínas de planta y de no planta que incluyen proteínas bacterianas tales como cycA de E. coli, o variantes o fragmentos de las mismas.

Transportadores de aminoácidos adecuados pueden mediar en la captación de tanto D- como Lenantiómeros de aminoácidos (Montamat y col. 1999, Plant Mol Biol 41:259-268) .

Pueden usarse transportadores de lisina/histidina en procedimientos de la invención. Los transportadores de lisina/histidina incluyen los transportadores de aminoácidos LHT1. Un transportador de aminoácidos LHT1 adecuado puede tener la secuencia del transportador de aminoácidos LHT1 de Arabidopsis thaliana (entrada de la base de datos de proteínas: AAC49885.1 GI: 2576361; entrada de la base de datos de ácidos nucleicos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de aumentar el crecimiento de una planta que comprende:

aumentar en la planta la expresión de un ácido nucleico que codifica un transportador de aminoácidos que media en la captación de aminoácidos del entorno en dicha planta, y; exponer la planta a un medio de crecimiento que comprende uno o más aminoácidos cuya captación está mediada por el transportador de aminoácidos, siendo aumentado el crecimiento de dicha planta tras dicha expresión.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ácido nucleico está operativamente ligado a un elemento regulador heterólogo.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el ácido nucleico es un ácido nucleico heterólogo.

4. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el transportador de aminoácidos se expresa específicamente en el tejido de raíz de la planta.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que dicho transportador de aminoácidos se expresa específicamente en el pelo de raíz de la planta.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende exponer las raíces de la planta al medio de crecimiento.

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende añadir al medio de crecimiento uno o más aminoácidos cuya captación está mediada por el transportador de aminoácidos.

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el uno o más aminoácidos son la única fuente de nitrógeno en el medio de crecimiento.

9. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el transportador de aminoácidos es un transportador de aminoácidos de planta.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el transportador de aminoácidos es un transportador de aminoácidos AAP.

11. Un procedimiento según la reivindicación 10, en el que el transportador de aminoácidos es un transportador de aminoácidos AAP1, AAP3, AAP6 o AAP8.

12. Un procedimiento según la reivindicación 9, en el que el transportador de aminoácidos es un transportador de aminoácidos LHT.

13. Un procedimiento según la reivindicación 12, en el que el transportador de aminoácidos es un transportador de aminoácidos LHT1.

14. Un procedimiento según la reivindicación 13, en el que el transportador de aminoácidos LHT1 es LHT1 de Arabidopsis.

15. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el transportador de aminoácidos es un transportador de aminoácidos bacteriano.