Regulación de la biomasa y tolerancia al estrés de plantas.

Una planta transgénica que tiene mayor tolerancia a un estrés abiótico que una planta de control,

comprendiendo dicha planta transgénica un polinucleótido recombinante que codifica un polipéptido;

en donde el polipéptido comprende un primer dominio que comprende SEC ID Nº: 72, y un segundo dominio que tiene al menos un 62 % de identidad de secuencia de aminoácidos con el segundo dominio conservado de SEC ID Nº: 2 como se expone en la Tabla 1 y el segundo dominio comprende SEC ID Nº: 63 o SEC ID Nº: 64;

en donde la expresión del polipéptido en la planta transgénica está regulada por un promotor específico de raíz, un promotor específico de tejido de hoja, un promotor específico epidérmico o un promotor inducible por estrés, y la expresión del polipéptido en la planta transgénica confiere a la planta transgénica dicha mayor tolerancia al estrés abiótico;

en donde dicha planta de control no comprende el polinucleótido recombinante; y dicha planta transgénica tiene menos anomalías del desarrollo indeseables o menos efectos morfológicos adversos que una segunda planta de control que expresa el polipéptido bajo el control regulador de un promotor constitutivo.

Regulación de la biomasa y tolerancia al estrés de plantas.

Relación con solicitudes relacionadas 5

La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de Estados Unidos de cesión común Nº 60/565.948, presentada el 26 de abril de 2004; y es una continuación en parte de la Solicitud de Patente no provisional de Estados Unidos Nº 10/669.824, presentada el 23 de septiembre de 2003 y la Solicitud de Patente no provisional de Estados Unidos Nº 10/870.198, presentada el 16 de junio de 2004. 10

Campo de la invención

La presente invención se refiere a aumentar la tolerancia de una planta a tensiones abióticas, incluyendo tensiones por frío y osmóticas. 15

Antecedentes de la invención

Los rasgos de una planta pueden controlarse mediante varios procesos celulares. Un modo importante de manipular ese control es mediante factores de transcripción, proteínas que influyen en la expresión de un gen o conjuntos de 20 genes particulares. Debido a que los factores de transcripción son elementos de control clave de las rutas biológicas, la alteración de los niveles de expresión de uno o más factores de transcripción puede cambiar rutas biológicas completas en un organismo. Las estrategias para manipular las características bioquímicas, de desarrollo o fenotípicas de una planta alterando la expresión de un factor de transcripción pueden dar como resultado plantas y cultivos con propiedades comercialmente valiosas nuevas y/o mejoradas, incluyendo rasgos que mejoran el 25 rendimiento en condiciones sin estrés, o supervivencia y producción durante periodos de estrés abiótico.

Conveniencia de aumentar la biomasa. La capacidad de aumentar la biomasa o tamaño de una planta tendría varias aplicaciones comerciales importantes. Pueden generarse especies de cultivo que producen cultivares mayores, generando mayor rendimiento, por ejemplo, en plantas en las que la parte vegetativa de la planta es comestible. 30

El aumento del tamaño de la hoja puede ser de interés particular. El aumento de la biomasa de la hoja puede usarse para aumentar la producción de productos farmacéuticos o industriales derivados de plantas. Un aumento de la fotosíntesis vegetal total se consigue normalmente aumentando el área de hoja de la planta. Puede usarse capacidad fotosintética adicional para aumentar el rendimiento derivado de tejido vegetal particular, incluyendo las 35 hojas, raíces, frutos o semillas, o permitir el crecimiento de una planta bajo una menor intensidad de luz o bajo alta intensidad de luz.

La modificación de la biomasa del tejido de la raíz puede ser útil para mejorar la capacidad de una planta para crecer en condiciones ambientales rigurosas, incluyendo sequía o privación de nutrientes, debido a que las raíces mayores 40 pueden alcanzar mejor el agua o los nutrientes o captar agua o nutrientes.

Para algunas plantas ornamentales, la capacidad para proporcionar variedades mayores sería altamente deseable. Para muchas plantas, incluyendo árboles frutales, árboles que se usan para producción de madera, o árboles y arbustos que actúan como pantallas contra el viento o para la vista, el aumento de la estatura proporciona beneficios 45 mejorados en forma de mayor rendimiento o mejor protección.

Problemas asociados con la sequía. Una sequía es un periodo de clima anormalmente seco que persiste el suficiente tiempo para producir un desequilibrio hidrológico grave (por ejemplo daño de cultivos, falta de aporte de agua, etc.) . La sequía es el problema relacionado con el clima principal en agricultura y también se clasifica como 50 uno de los principales desastres naturales de todos los tiempos, provocando no solamente daños económicos, sino también pérdidas de vidas humanas. Por ejemplo, la sequía de 1984-1985 en el Cuerno de Ã?frica condujo a una hambruna que mató a 750.000 personas.

Los problemas para las plantas provocados por baja disponibilidad de agua incluyen tensiones mecánicas 55 provocadas por la retirada del agua celular. La sequía también provoca que las plantas se hagan más susceptibles a diversas enfermedades (Simpson (1981) en Water Stress on Plants, (Simpson, G. M., ed.) , Praeger, NY, pp. 235-265) . El factor más importante en la resistencia a la sequía es la capacidad de la planta para mantener un alto estado de agua y turgencia manteniendo a la vez la fijación del carbono. Diversos mecanismos adaptativos influyen en esta capacidad, incluyendo el aumento del área de superficie o profundidad de las raíces, ajuste osmótico, y la 60 acumulación de proteínas hidrófilas. El ácido abscísico (ABA) también es un componente regulador esencial de muchas de estas características protectoras.

Además de las muchas regiones de tierra del mundo que son demasiado áridas para la mayoría de, si no todas, las plantas de cultivo, el abuso y sobreutilización del agua disponible dan como resultado una pérdida creciente de tierra 65 utilizable para agricultura, un proceso que, en su extremo, da como resultado desertización. El problema se compone además del aumento de la acumulación de sal en los suelos, que aumenta la pérdida de agua disponible en suelos.

Problemas asociados con altos niveles salinos. Una de cada cinco hectáreas de tierra irrigada está dañada por la sal, un factor histórico importante en el deterioro de sociedades agrarias antiguas. Se espera que esta condición 5 empeore, reduciendo adicionalmente la disponibilidad de tierra apta para el cultivo y producción de cultivos, ya que ninguno de los cinco cultivos alimentarios más importantes, trigo, maíz, arroz, patatas y soja, pueden tolerar la sal excesiva.

Los efectos perjudiciales de la sal en las plantas son una consecuencia tanto del déficit de agua que da como 10 resultado estrés osmótico (similar al estrés por sequía) como de los efectos de iones de sodio en exceso en procesos bioquímicos críticos. Como con la congelación y la sequía, la alta salinidad provoca déficit de agua. La presencia de alta salinidad hace difícil que las raíces vegetales extraigan agua de su ambiente (Buchanan et al. (2000) en Biochemistr y and Molecular Biology of Plants, American Society of Plant Physiologists, Rockville, MD) . La salinidad del suelo es por lo tanto una de las variables más importantes que determinan donde puede desarrollarse 15 una planta. En muchas partes del mundo, grandes áreas de tierra son incultivables debido a salinidad del suelo naturalmente alta. Para aumentar el problema, la salinización de suelos que se usan para producción agrícola es un problema significativo y creciente en regiones que se basan en gran medida en la agricultura.

La tolerancia a la sal es particularmente importante al principio del ciclo de vida de una planta, ya que la evaporación 20 de la superficie del suelo provoca movimiento de agua hacia arriba, y la sal se acumula en la capa de suelo superior donde se sitúan las semillas. Por lo tanto, la germinación normalmente tiene lugar a una concentración salina mucho mayor que el nivel salino medio en el perfil de suelo completo.

Problemas asociados con el calor excesivo. La germinación de muchos cultivos es muy sensible a la temperatura. 25 Un factor de transcripción que potenciaría la germinación en condiciones cálidas sería útil para cultivos que se plantan tarde en la temporada o en climas cálidos. Las plántulas y plantas maduras que se exponen a exceso de calor pueden experimentar choque térmico, que puede surgir en diversos órganos incluyendo hojas y particularmente frutos, cuando la transpiración es insuficiente para superar el estrés por calor. El calor también daña las estructuras celulares, incluyendo orgánulos y el citoesqueleto, y altera la función de membrana (Buchanan et al. 30 (2000) mencionado anteriormente) .

El choque térmico puede producir una reducción de la síntesis proteica general, acompañada de expresión de proteínas de choque térmico. Las proteínas de choque térmico actúan como chaperonas y están implicadas en el replegamiento de proteínas desnaturalizadas por calor. 35

El estrés por calor con frecuencia acompaña a condiciones de baja disponibilidad de agua. El calor en sí mismo se ve como un estrés de interacción y aumenta los efectos perjudiciales provocados por condiciones de déficit de agua. La demanda evaporativa muestra aumentos casi exponenciales con aumentos de las temperaturas durante el día, y puede dar como resultado altas tasas de transpiración y bajos potenciales de agua de la planta (Hall et al. (2000) 40 Plant Physiol. 123: 1449-1458) . El daño de alta temperatura al polen se produce casi siempre junto con estrés por sequía, y se produce pocas veces en condiciones de buen riego.

Problemas... [Seguir leyendo]

1. Una planta transgénica que tiene mayor tolerancia a un estrés abiótico que una planta de control, comprendiendo dicha planta transgénica un polinucleótido recombinante que codifica un polipéptido;

en donde el polipéptido comprende un primer dominio que comprende SEC ID Nº : 72, y un segundo dominio que 5 tiene al menos un 62 % de identidad de secuencia de aminoácidos con el segundo dominio conservado de SEC ID Nº : 2 como se expone en la Tabla 1 y el segundo dominio comprende SEC ID Nº : 63 o SEC ID Nº : 64;

en donde la expresión del polipéptido en la planta transgénica está regulada por un promotor específico de raíz, un promotor específico de tejido de hoja, un promotor específico epidérmico o un promotor inducible por estrés, y la expresión del polipéptido en la planta transgénica confiere a la planta transgénica dicha mayor tolerancia al estrés 10 abiótico;

en donde dicha planta de control no comprende el polinucleótido recombinante; y dicha planta transgénica tiene menos anomalías del desarrollo indeseables o menos efectos morfológicos adversos que una segunda planta de control que expresa el polipéptido bajo el control regulador de un promotor constitutivo.

2. Una planta transgénica de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el promotor específico de raíz es ARSK1, el promotor específico de hoja es el promotor RBCS3, el promotor específico epidérmico es CUT1 y el promotor inducible por estrés es RD29A.

3. Una planta transgénica de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en la que el segundo dominio es al menos un 20 71 % idéntico al segundo dominio conservado de SEC ID Nº : 2 como se expone en la Tabla 1.

4. Una planta transgénica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el polipéptido tiene al menos un 80 % de identidad de secuencia con SEC ID Nº : 2.

5. Una planta transgénica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la resistencia al estrés abiótico es al frío o al estrés osmótico tal como estrés por calor, desecación, sequía, congelación y alta salinidad.

6. Una planta transgénica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que es una planta de cultivo 30 tal como soja, tomate, alfalfa, trébol, zanahoria, apio, chirivía, repollo, rábano, colza, brócoli, melón, pepino, patata, tabaco, pimiento, mijo, arroz, maíz, trigo, sorgo, centeno o cebada.

7. Un método para producir una planta transformada con mayor tolerancia a un estrés abiótico que una planta de control, comprendiendo el método: 35

(a) proporcionar un vector de expresión que comprende una secuencia polinucleotídica que codifica un polipéptido en donde el polipéptido comprende un primer dominio que comprende SEC ID Nº : 72, y un segundo dominio que tiene al menos un 72 % de identidad de secuencia de aminoácidos con el segundo dominio conservado de SEC ID Nº : 2 como se expone en la Tabla 1 y el segundo dominio conservado comprende SEC 40 ID Nº : 63 o SEC ID Nº : 64;

en donde la expresión del polipéptido en la planta transgénica está regulada por un promotor específico de raíz, un promotor específico de tejido de hoja, un promotor específico de tejido epidérmico y un promotor inducible por estrés, y la expresión del polipéptido en la planta transgénica confiere a la planta transgénica dicha mayor tolerancia al estrés abiótico; 45

(b) transformar una planta diana con el vector de expresión para producir la planta transformada; y

(c) cultivar la planta transformada que comprende el vector de expresión,

en donde dicha planta de control no comprende el polinucleótido recombinante; y dicha planta transgénica tiene menos anomalías del desarrollo indeseables o menos efectos morfológicos adversos que una segunda planta de 50 control que expresa el polipéptido bajo el control regulador de un promotor constitutivo.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en la que el promotor específico de raíz es ARSK1, el promotor específico de tejido de hoja es el promotor RBCS3, el promotor específico epidérmico es CUT1 y el promotor inducible por estrés es RD29A. 55

9. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, en el que dicho polipéptido es como se ha definido en las reivindicaciones 3 o 4.

10. Un método de acuerdo con las reivindicaciones 7, 8 o 9 en el que dicha planta es una planta de soja, tomate, 60 alfalfa, trébol, zanahoria, apio, chirivía, repollo, rábano, colza, brócoli, melón, pepino, patata, tabaco, pimiento, mijo, arroz, maíz, trigo, sorgo, centeno o cebada.

11. Una parte de planta de la planta transgénica de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o producida por el método de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, comprendiendo dicha parte de planta fruto, hoja, raíz o 65 tejido vegetal, incluyendo tejido de suelo.

12. Una semilla de una planta transgénica de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, o producida por el método de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, comprendiendo dicha semilla el polinucleótido recombinante como se ha definido en la reivindicación 1.