Métodos para incrementar el crecimiento vegetal.

Un método para aumentar el crecimiento y/o la biomasa de una planta dicotiledónea,

que comprende;

reducir pero no anular la expresión del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) en las células de dicha planta con respecto a las plantas de control,

en donde la expresión se reduce expresando un ácido nucleico heterólogo que codifica una molécula de ARN supresora en las células de dicha planta.

Métodos para incrementar el crecimiento vegetal

La invención se refiere a métodos para aumentar el crecimiento de plantas.

La seguridad energética a largo plazo es tanto un reto como una oportunidad. De entre el amplio abanico de opciones disponible actualmente, las fuentes de biomasa renovables ofrecen una alternativa muy real a los combustibles fósiles. La producción de biomasa proporciona un medio renovable de carbono neutro para proporcionar bioenergía y recursos biomateriales. La producción de biomasa en plantas de biomasa de rotación corta de Suecia actualmente supone 8 t secas ha-1 año-1 y en los Estados Unidos entre 10 y 22 t secas ha-1 año-1 (para cultivos leñosos de rotación corta) (Ragauskas et al. 2006. Science. Vol. 113, 484 -489) .

Las plantas, como los animales, requieren un suministro de células nuevas para crecer y desarrollarse. La acumulación de biomasa en especies vegetales leñosas comienza con divisiones celulares en los meristemos primarios y secundarios. Los meristemos son los nichos de las células madre vegetales. Los meristemos apicales primarios proporcionan células para el crecimiento apical radicular y de los vástagos. Un meristemo secundario perimetral, denominado cámbium vascular (VC) , está ubicado hacia el exterior de los árboles y de otras especies leñosas. La madera deriva de la proliferación celular en el VC. Sorprendentemente, dada su importancia en el comercio y el medio ambiente, aunque ha existido una larga tradición de análisis anatómicos y fisiológicos del VC, no se sabe prácticamente nada sobre las bases moleculares de su creación y función. Incluso los componentes celulares que comprenden el nicho de células madre del VC permanecen sin identificar.

Se ha demostrado que el gen de Arabidopsis SHORT-ROOT (AtSHR) juega unos papeles críticos en la creación y el

mantenimiento del meristemo apical radicular. En la raíz de Arabidopsis, la proteína SHORT-ROOT (AtSHR) , junto con las proteínas SCARECROW (AtSCR) y PLETHORA (AtPLT1 y AtPLT2) , es esencial para la especificación y el mantenimiento del QC y las poblaciones de células madre adyacentes (Levesque et al. PLoS Biol. 2006 4 (5) : e143) . Los mutantes con una pérdida de la función del shr muestran una progresiva desorganización del QC, una pérdida de la actividad de las células madre y el cese del crecimiento apical radicular (Levesque et al., PLoS Biol., mayo de 2006; 4 (5) : e143.) . El AtSHR es transcrito en las capas internas de la estela, y la proteína se mueve hacia el núcleo de las células en los pedúnculos adyacentes que expresan el AtSCR, el QC, la endodermis / córtex, y en las células hijas (Nakajima et al., Nature. 20 de septiembre de 2001; 413 (6853) : 307 -11) . Una proteína codificada por el gen SCARECROW (SCR) bloquea el movimiento de la SHR secuestrándola en el núcleo (Cui et al. Science, Vol. 316, pág. 421, 2007) .

En combinación con el papel en el QC y en la determinación del destino de las células madre, el AtSHR es un regulador clave de la división asimétrica en el ápice radicular de Arabidopsis. Junto con el AtSCR, el AtSHR es esencial para la división periclinal asimétrica de la hija de la célula madre del córtex / endodermo (Helariutta et al., Cell. 26 de mayo de 2000; 101 (5) : 555 -67) . La separación del destino de la célula de cortical / endodérmica de las células hija de esta división depende de la degradación de la AtSHR y de la AtSCR en la célula externa y del mantenimiento de la AtSHR en la célula endodérmica interna (Helariutta et al., Cell. 26 de mayo de 2000; 101 (5) : 555 -67) . Finalmente, al envejecer la raíz se produce una segunda capa cortical a través de la división asimétrica de la endodermis. La AtSHR es crítica para esta división, y en este caso opera a través de un mecanismo independiente de la AtSCR (Paquette y Benfey Plant Physiol. Junio de 2005; 138 (2) : 636 -40) .

Una pérdida completa de la función de la AtSHR es claramente perjudicial para el crecimiento en Arabidopsis, ya que tanto las raíces como los vástagos de mutantes shr sufren un enanismo grave en comparación con el tipo silvestre (Benfey et al., Development. Septiembre de 1993; 119 (1) : 57 -70) .

También se ha informado de que la expresión ectópica del AtSHR en plantas transgénicas de Arabidopsis, guiada por los promotores CaMV35S, AtSCRor WEREWOLF (AtWER) , puede dar como resultado una modificación del patrón radial apical de las raíces de Arabidopsis (Benfey et al., Cell, Vol. 101, 2000; Nakajima et al., 2001 Nature; Sena et al., 2004, Development) . Este defecto en el patronizado radial se produce a través de una multiplicación de las capas de células que se originan en el meristemo radicular (Benfey et al., Cell, Vol. 101, 555 -567, 2000) . Sena 55 et al. (2004) sugirieron que las capas supernumerarias en plantas transgénicas AtWERpromotor:AtSHR se originaban a partir de la expresión ectópica de la AtSHR que se produce en los pedúnculos de la cofia radicular epidérmica / lateral (células madre) más que en la progenie de estas células.

Aunque la AtSHR es esencial para el desarrollo radicular, los mecanismos implicados en el movimiento entre células de la proteína y sus modos de acción precisos autónomos celulares y no autónomos celulares todavía están por determinar.

Los presentes inventores han descubierto que, mientras que una pérdida completa de la función de la AtSHR da lugar a una degeneración del meristemo apical radicular y a un enanismo de los vástagos de Arabidopsis, una 65 supresión parcial de los niveles del ARNm en estado estacionario del AtSHR o del SHORT-ROOT1 (PtSHR1) de álamo dio como resultado un aumento drástico y sostenido en las actividades de los meristemos de los vástagos

primarios (crecimiento apical) y secundarios (crecimiento perimetral) . La manipulación de la expresión del SHORT-ROOT puede ser por lo tanto útil para acelerar el crecimiento y aumentar la producción de biomasa en plantas transgénicas.

Un aspecto de la invención proporciona un método para aumentar el crecimiento y/o la biomasa de una planta dicotiledónea que comprende; reducir sin alterar la expresión de un polipéptido SHORT-ROOT (SHR) en las células de dicha planta según se establece en la reivindicación 1.

La expresión del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) puede ser alterada con respecto a las plantas de control, por ejemplo, plantas silvestres.

La reducción sin la anulación de la expresión del SHORT-ROOT (SHR) puede aumentar la velocidad del desarrollo post-germinativo de las plantas. Por ejemplo, la reducción sin la anulación del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) en las células de la planta puede aumentar la velocidad del crecimiento primario (en altura) y del crecimiento secundario (perimetral) y/o la velocidad de acumulación de biomasa en la planta.

El aumento en el crecimiento o en la biomasa puede producirse en la parte aérea de una planta, por ejemplo, en los tallos y en otras estructuras aéreas de la planta, con respecto a las plantas de control. La parte aérea de la planta puede tener por lo tanto un aumento en el crecimiento primario (en altura) y en el crecimiento secundario (perimetral) y/o un aumento en la biomasa con respecto a las plantas de control. En una planta leñosa, puede aumentarse la densidad de la madera.

La reducción sin la anulación de la expresión del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) en las células de la planta 25 también puede aumentar la velocidad de germinación de la planta.

El crecimiento puede aumentarse mediante un incremento global en el número de células, por ejemplo, la médula, la vasculatura y el córtex pueden ser proporcionalmente mayores en las plantas tratadas según se describe en este documento que en las plantas de control.

Los polipéptidos SHORT-ROOT (SHR) son miembros de la superfamilia GRAS de factores de transcripción. Los factores de transcripción de la superfamilia GRAS comparten un amino terminal variable y un carboxilo terminal altamente conservado que contiene diversos motivos reconocibles (Bolle C., Planta. Marzo de 2004; 218 (5) : 683 92) . Los polipéptidos SHR, tales como AtSHR, PtSHR1, PtSHR2A y PtSHR2B, comparten diversas secuencias conservadas entre ellos que no son compartidas por otras clases funcionales de GRAS (véase la Figura 3 para las secuencias conservadas, y Bolle C., Planta. Marzo de 2004; 218 (5) : 683 -92) para los dominios GRAS) .

Un polipéptido SHORT-ROOT (SHR) puede estar en el clado SHR, según se muestra en la Figura 1 para AtSHR, PtSHR1, PtSHR2A y PtSHR2B, en un cladograma de otras secuencias de proteínas GRAS, en particular secuencias de proteínas de tipo Scarecrow (SCL) tales como PtSCL35b, PtSCL53b, PtSCL62, PtSCL69b, PtSCL92b, PtSCL97b,... [Seguir leyendo]

1. Un método para aumentar el crecimiento y/o la biomasa de una planta dicotiledónea, que comprende;

reducir pero no anular la expresión del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) en las células de dicha planta con respecto a las plantas de control, en donde la expresión se reduce expresando un ácido nucleico heterólogo que codifica una molécula de ARN supresora en las células de dicha planta.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el polipéptido SHORT-ROOT (SHR) comprende una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 70 % de similitud en la secuencia con una cualquiera de las ID. SEC. Nº : 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 o 16.

3. Un método para producir una planta dicotiledónea con un crecimiento o una biomasa aumentados, que 15 comprende:

incorporar un ácido nucleico heterólogo que reduce pero no anula la expresión de un polipéptido SHORT-ROOT (SHR) en una célula vegetal mediante una transformación, y; regenerar la planta a partir de una o más células transformadas,

en donde el ácido nucleico heterólogo codifica una molécula de ARN supresora que reduce la expresión del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) .

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 en el que el polipéptido SHORT-ROOT (SHR) comprende una secuencia de aminoácidos que tiene al menos un 70 % de similitud en la secuencia con una cualquiera de las ID. 25 SEC.Nº :2, 4, 6, 8, 10, 12, 14º16.

5. Una planta dicotiledónea producida mediante un método de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4 que muestra un crecimiento o una biomasa aumentados con respecto a los controles o una parte de los mismos, en donde la planta dicotiledónea o una parte de la misma comprende un ácido nucleico heterólogo que codifica una molécula de ARN supresora que reduce pero no anula la expresión de un polipéptido SHORT-ROOT (SHR) .

6. Una planta dicotiledónea de acuerdo con la reivindicación 5 en donde la parte aérea de dicha planta muestra un crecimiento o una biomasa aumentados con respecto a los controles o una parte de los mismos.

7. Una planta dicotiledónea o una parte de la misma que comprende un ácido nucleico heterólogo que reduce pero no anula la expresión de un polipéptido SHORT-ROOT (SHR) , en donde el ácido nucleico heterólogo codifica una molécula de ARN supresora que reduce la expresión del polipéptido SHORT-ROOT (SHR) , en donde dicha planta es un hijo, un clon o un descendiente de una planta de acuerdo con la reivindicación 5 o la reivindicación 6.