Secuencias de nucleótidos que median en la fertilidad masculina vegetal y un método para usar las mismas.

Una casete de expresión que comprende una secuencia de alfa-amilasa 1 que comprende:

(a) la región codificadora de alfa-amilasa 1 procedente de Zea mays establecida en la Figura 24 (SEQ ID NO: 26); ó (b) una secuencia que tiene al menos un 90% de identidad de secuencia con respecto a la misma ligada operativamente a un promotor preferido de tejido masculino

Secuencias de nucleótidos que median en la fertilidad masculina vegetal y un método para usar las mismas

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El desarrollo del cultivo de plantas de híbridas ha hecho posible avances considerables tanto en la calidad como en la cantidad de los cultivos producidos. Un aumento del rendimiento y una combinación de características deseables, tal como resistencia a enfermedades e insectos, tolerancia al calor y la sequía, junto con variaciones de la composición de la planta son todos posibles gracias a procedimientos de hibridación. Estos procedimientos se basan frecuentemente en gran medida en proporcionar una parte masculina que aporte polen a una parte femenina para producir el híbrido resultante.

Los cultivos de campo se cultivan mediante técnicas que aprovechan el método de la planta para la polinización. Una planta es autopolinizante si el polen de una flor es transferido a la misma o a otra flor de la misma planta. Una planta tiene una polinización cruzada si el polen procede de una flor de una planta diferente.

En la Brassica, la planta normalmente es auto-estéril y solo puede tener polinización cruzada. En las especies autopolinizantes, tal como la soja y el algodón, las plantas masculinas y femeninas se encuentran yuxtapuestas anatómicamente. Durante la polinización natural, los órganos reproductores masculinos de una flor dada polinizan los órganos reproductivos femeninos de la misma flor.

Las plantas del maíz (Zea mays L.) presentan una situación única en la que pueden ser cultivadas con técnicas tanto de auto-polinización como de polinización cruzada. El maíz tiene flores masculinas, localizadas en la panoja, y flores femeninas, localizadas en la mazorca, sobre la misma planta. Puede autopolinizarse o tener polinización cruzada. La polinización natural se da en el maíz cuando el viento arrastra el polen desde las panojas a la barba del maíz que sobresale de la parte superior de las mazorcas incipientes.

Un método fiable para controlar la fertilidad en plantas ofrecería la oportunidad de mejorar el cultivo de plantas. Esto es especialmente cierto para el desarrollo de híbridos de maíz, que se basa en alguna clase de sistema de esterilidad masculina y en el que un sistema de esterilidad femenina reduciría los costes de producción.

El desarrollo de híbridos de maíz requiere el desarrollo de líneas innatas homocigotas, el cruce de dichas líneas y la evaluación de los cruces. El cultivo de pedigrí y la selección recurrente son dos de los métodos de cultivo usados para desarrollar líneas innatas a partir de poblaciones. Los programas de cultivo combinan rasgos deseables procedentes de dos o más líneas innatas o varias fuentes de amplio espectro en los conjuntos de cultivo a partir de los cuales se desarrollan nuevas líneas innatas mediante autopolinización y selección de fenotipos deseados. Una variedad de maíz híbrido es el cruce de dos de dichas líneas innatas, cada una de las cuales puede tener una o más características deseables no presentes en el otro o que complementan al otro. Los nuevos innatos se cruzan con otras líneas innatas y los híbridos procedentes de dichos cruces son evaluados para determinar cuáles tienen potencial comercial. La progenie híbrida de la primera generación se designa F1. En el desarrollo de híbridos solo se buscan las plantas híbridas F1. El híbrido F1 es más vigoroso que sus precursores innatos. Este vigor de híbrido, o heterosis, puede manifestarse de muchos modos, que incluyen un crecimiento vegetativo incrementado y un rendimiento incrementado.

La semilla de maíz híbrido se puede producir mediante un sistema de esterilidad masculina que incorpora un despanojamiento manual. Para producir la semilla híbrida, la panoja masculina es eliminada del precursor innato femenino en crecimiento, que puede ser plantado con diferentes patrones de fila junto con el precursor innato masculino. Por consiguiente, siempre que haya un aislamiento suficiente de fuentes de polen de maíz ajenas, las mazorcas del innato femenino serán fertilizadas solo con polen procedente del innato masculino. La semilla resultante es por tanto un híbrido (F1) y formará plantas híbridas.

La variación ambiental en el desarrollo de la planta puede dar como resultado que las plantas generen panojas una vez completado el despanojado manual del precursor femenino. O un despanojador podría no eliminar completamente la panoja de una planta innata femenina. En cualquiera de estos casos, el resultado es que la planta femenina esparcirá polen con éxito y algunas plantas serán auto-polinizadas. Esto dará como resultado que la semilla de los innatos femeninos sea recolectada junto con las semillas híbridas que se producen normalmente. La semilla innata femenina no es tan productiva como la semilla F1. Además, la presencia de semillas innatas femeninas puede representar un riesgo de seguridad de germoplasma para la compañía que produce el híbrido.

Alternativamente, el innato femenino puede ser despanojado mecánicamente con una máquina. El despanojado mecánico es aproximadamente tan fiable como el despanojado manual, pero es más rápido y menos costoso. Sin embargo, la mayoría de las máquinas despanojadoras producen más daño a las plantas que el despanojado manual. Por tanto, ninguna forma de despanojado es totalmente satisfactoria actualmente, y sigue existiendo una necesidad de alternativas que reduzcan adicionalmente los costes de producción y de eliminar la auto-polinización del precursor femenino en la producción de semillas híbridas.

Un sistema fiable de esterilidad genética masculina proporcionaría ventajas. El laborioso proceso de despanojado puede evitarse en algunos genotipos usando innatos citoplásmicos masculinos estériles (CMS, del inglés “cytoplasmic male-sterile”) . En ausencia de un gen restaurador de fertilidad, las plantas de un innato CMS son estériles masculinas como resultado de los factores resultantes del genoma citoplásmico, en contraposición con el genoma nuclear. Por tanto, esta característica es heredada exclusivamente a través del precursor femenino en las plantas de maíz, ya que solo la planta femenina proporciona citoplasma a la semilla fertilizada. Las plantas CMS son fertilizadas con polen procedente de otro innato que no sea estéril masculino. El polen procedente del segundo innato puede o no aportar genes que hagan que las plantas híbridas sean estériles masculinas. Habitualmente, las semillas procedentes de un maíz despanojado y las semillas CMS producidas del mismo híbrido deben mezclarse para asegurar que una carga de polen adecuada está disponible para la fertilización cuando las plantas híbridas son cultivadas, y para asegurar una diversidad citoplásmica.

Puede haber otras desventajas del CMS. Una es una asociación observada históricamente de una variante específica de CMS con susceptibilidad hacia determinadas enfermedades de cultivo. Este problema ha limitado el uso extendido de dicha variante CMS en la producción de maíz híbrido y ha tenido un impacto negativo sobre el uso de CMS en maíz en general.

Un tipo de esterilidad genética se describe en las Patentes de EE.UU. 4.654.465 y 4.727.219 a nombre de Brar et al. Sin embargo, esta forma de esterilidad masculina genética requiere el mantenimiento de múltiples genes mutantes en localizaciones separadas dentro del genoma y requiere un sistema de marcadores complejo para seguir los genes y hacer uso del sistema adecuado. Patterson también describió un sistema génico de traslocalizaciones cromosomales que pueden ser efectivas, pero que son complicadas. (Véanse las Patentes de EE.UU. Nº 3.861.709 y 3.710.511) .

Se han realizado otros muchos intentos para mejorar en estas desventajas. Por ejemplo, Fabijanski et al. desarrollaron varios métodos para provocar esterilidad masculina en plantas (véase el documento EPO 89/3010153.8 publicación nº 329.308 y la solicitud de PCT PCT/CA90/00037 publicada como WO 90/08828) . Un método incluye la administración a la planta de un gen que codifique una sustancia citotóxica asociada a un promotor específico de tejido masculino. Otro implica un sistema antisentido en el que se identifica un gen crítico para la fertilidad y un antisentido al gen insertado en la planta. Mariani et al. también muestran otros varios sistemas antisentido. Véase EP 89/401.194. Otros sistemas adicionales usan genes “represores” que inhiben la expresión de otro gen crítico para la esterilidad masculina. Documento PCT/GB90/00102, publicado como WO 90/08829.

Una mejora adicional de este sistema es la descrita en la Patente de EE.UU. nº 5.478.369 en la que se consigue un método para impartir esterilidad masculina controlable... [Seguir leyendo]

1. Una casete de expresión que comprende una secuencia de alfa-amilasa 1 que comprende:

(a) la región codificadora de alfa-amilasa 1 procedente de Zea mays establecida en la Figura 24 (SEQ ID NO: 26) ; ó

(b) una secuencia que tiene al menos un 90% de identidad de secuencia con respecto a la misma ligada operativamente a un promotor preferido de tejido masculino.

2. Una casete de expresión de la reivindicación 1, parte (b) , en la que dicha identidad de secuencia es al menos del 95%.

3. Una célula vegetal que comprende una casete de expresión de la reivindicación 1 ó 2.

4. Una planta que comprende una casete de expresión de la reivindicación 1 ó 2.

5. Una planta de la reivindicación 4 que es maíz, sorgo o planta de soja.

6. El uso de una casete de expresión de la reivindicación 1 ó 2 en la represión del desarrollo de polen en una planta como la definida en la reivindicación 4 ó 5.

FIGURAS