Plantas de arroz que tienen tolerancia aumentada a herbicidas de imidazolinona.

Una planta de arroz que comprende un ácido nucleico AHAS de arroz no recombinante comprendiendo una secuencia de polinucleótido seleccionada de:

(a) la secuencia de polinucleótido de la SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3 o SEQ ID NO:5;

(b) la secuencia de polinucleótido de la SEQ ID NO:11;

(c) secuencia de polinucleótido que codifica un polipéptido que comprende la SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, o SEQ ID NO:6;

(d) una secuencia de polinucleótido que codifica un polipéptido que comprende la SEQ ID NO:12; y

(e) secuencia de polinucleótido complementaria a la secuencia de cualquiera de (a) a (d) anteriores,

en donde la secuencia de polinucleótido de ácido nucleico AHAS codifica un polipéptido AHAS de arroz variante que comprende una sustitución de alanina a treonina en una posición equivalente a la posición 96 de un polipéptido AHAS de arroz tipo silvestre; en donde dicha sustitución de alanina a treonina en una posición equivalente a la posición 96 de un polipéptido AHAS de arroz tipo silvestre es el resultado de la mutagénesis por tratamiento de las semillas con una solución acuosa de azida de sodio 0.001 M a pH 3; y en donde la expresión de dicho polipéptido AHAS de arroz variante confiere a la planta de arroz aumento de la tolerancia a un herbicida de imidazolinona en comparación con la de una variedad tipo silvestre de la planta de arroz.

Plantas de arroz que tienen tolerancia aumentada a herbicidas de imidazolinona Campo de la invención

La presente invención se relaciona en general con plantas que tienen una tolerancia aumentada a los herbicidas de imidazolinona. Más específicamente, la presente invención se relaciona con plantas de arroz obtenidas mediante mutagenia y cruzabilidad y transformación que tiene una tolerancia aumentada a los herbicidas de imidazolinona.

Antecedentes de la invención

De acuerdo con una encuesta a los agricultores, las principales limitaciones para la producción de arroz son malezas (Hidaka et al., Agrochemicals Japan, 2000, 77: 21-29). La siembra directa ha reducido los problemas trabajo de trasplantar, sin embargo esta tecnología ha ayudado a aumentar el problema de la maleza. El uso de herbicida en cultivos de arroz es una práctica común en la mayor parte de las regiones arroceras que dirigen los cultivos de semillas de arroz y/o en países desarrollados que cultivan arroz bajo sistemas de siembra directa o trasplante. Usualmente se aplica un herbicida para pasto y para hoja ancha una o más veces con el fin de controlar las malezas en los cultivos de arroz.

Los pastos, juncos y arroz maleza ("arroz rojo") han sido los principales grupos de especies que son aptos para los mismos ambientes donde se cultiva el arroz. Estas malezas se han llegado a distribuir globalmente y son difíciles de controlar en los cultivos de arroz. El arroz rojo pertenece a la misma especie que el arroz cultivado (Oryza sativa L). La similitud genética del arroz rojo y el arroz comercial ha hecho difícil el control de herbicidas del arroz rojo. Diversas prácticas de cultivo ayudan en el control de malezas y son convenientes para mejor cuidado del medio ambiente, tal como preparación de tierra, nivelación del terreno, diques y profundidad del agua, rotación de la tierra, siembra certificada, sistemas de planta apropiados y fechas de plantación. Aunque estas prácticas de cultivo pueden ayudar a reducir el banco de semillas de maleza y el desarrollo de malezas tolerantes al herbicida, estas Imponen ciertas restricciones y aumentan el coste del cultivo.

A pesar de las muchas recomendaciones para las mejores prácticas de cultivo, los agricultores aún confían en el uso de herbicidas como la herramienta principal para controlar los malezas. El uso y abuso de algunos de estos productos químicos ha resultado en el desarrollo de malezas tolerantes como pasto dentado resistentes al Propanllo y Butaclor (Echinochloa crus galli). En estos casos, es conveniente tener otros herbicidas con diferentes modos de acción con la capacidad de controlar la mayor parte de estas especies de malezas, de tal manera que su aplicación se puede alternar con los herbicidas comúnmente aplicados.

La sintasa acetohidroxiácida (AHAS; EC 4.1.3.18, sintasa acetolactato (ALS)), codificada por el ácido nucleico AHAS, es la primera enzima que cataliza la síntesis bioquímica de los aminoácidos de cadena ramificada valina, leucina, e isoleucina (Singh B. K., 1999, Biosynthesis of valine, leucine and isoleucine in: Singh B. K. (Ed) Plant amino acids. Marcel Dekker Inc. New York, New York. Pg 227-247). El AHAS es el sitio de acción de cuatro familias de herbicida estructuralmente diversas que incluyen las sulfonilureas (LaRossa RA and Falco SC, 1984, Trends Biotechnol. 2:158-161), las imidazolinonas (Shaner et al., 1984, Plant Physlol. 76:545-546), las triazoloplrlmldlnas (Subramanian and Gerwick, 1989, Inhibition of acetolactate synthase by trlazolopyrimidines in (Ed) Whitaker JR, Sonnet PE Biocatalysis in agricultural biotechnology. ACS Symposium Series, American Chemical Soclety. Washington, D.C. Pg 277-288), y los pirimidiloxlbenzoatos (Subramanian et al., 1990, Plant Physiol. 94: 239-244.). Se utilizan ampliamente los herbicidas de imidazolinona y sulfonllurea en la agricultura moderna debido a su efectividad en índices de aplicación muy bajos y sin toxicidad relativa en animales. Al inhibir la actividad AHAS, estas familias de herbicidas evitan el crecimiento y desarrollo adicional de plantas susceptibles que incluyen muchas especies de malezas. Diversos ejemplos de herbicidas de Imidazolinona comercialmente disponibles son PURSUIT® (imazetaplr), SCEPTER® (¡mazaquln) y ARSENAL® (¡mazaplr). Ejemplos de herbicidas sulfonilurea son clorsulfurón, metil metsulfurón, metil sulfometurón, etil clorimurón, metil tifensulfurón, metil tribenurón, metil bensulfurón, nicosulfurón, metil etametsulfurón, rlmsulfurón, metil trlflusulfurón, triasulfurón, metil prlmlsulfurón, cinosulfurón, amidosulfurón, fluzasulfurón, ¡mazosulfurón, etil plrazosulfurón, y halosulfurón.

Debido a su alta efectividad y baja toxicidad, los herbicidas de imidazolinona se favorecen para aplicación por rociado sobre la parte superior de un rango amplio de vegetación. La capacidad de rociar un herbicida sobre la parte superior de un amplio rango de vegetación reduce los costes asociados con el establecimiento y mantenimiento de la plantación, y reduce la necesidad para la preparación del sitio antes de uso de tales agentes químicos. El rociado sobre la parte superior de una especie tolerante deseada también resulta en la capacidad de alcanzar el potencial de producción máximo de la especie deseada debido a la ausencia de las especies competitivas. Sin embargo, la capacidad para utilizar tales técnicas de rociado es dependiente de la presencia de las especies tolerantes a Imidazolinona de la vegetación deseada en el rociado sobre el área.

Entre los principales cultivos agrícolas, algunas especies leguminosas tales como soja son resistentes de forma natural a los herbicidas de imidazollnona debido a su capacidad para metabolizar rápidamente los compuestos herbicidas (Shaner and Robson, 1985, Weed Sci. 33:469-471). Otros cultivos tales como maíz (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100: 882-886) y arroz (Barrett et al., 1989, Crop Safeners for Herbicides, Academic Press New York, pp. 195-220) son susceptibles a los herbicidas de imidazolinona. La sensibilidad diferencial a los herbicidas de imidazolinona es dependiente de la naturaleza química del herbicida particular y el metabolismo diferencial del compuesto de una forma tóxica a no tóxica en cada planta (Shaner et al., 1984, Plant Physiol. 76:545-546; Brown et al., 1987, Pestic. Biochem. Physiol. 27:24-29). Otras diferencias fisiológicas de planta tales como absorción y translocación también cumplen una función importante en la sensibilidad (Shaner and Robson, 1985, Weed Sci. 33:469-471).

Los cultivos resistentes a las imidazolinonas, sulfonilureas y triazolopirimidinas se han producido exitosamente utilizando mutagenia de semillas, microesporas, polen, y callos en Zea mays, Brassica napus, Glycine max, y Nicotiana tabacum (Sebastian et al., 1989, Crop Sci. 29:1403-1408; Swanson et al., 1989, Theor. Appl. Genet. 78:525-530; Newhouse et al., 1991, Theor. Appl. Genet. 83:65-70; Sathasivan et al., 1991, Plant Physiol. 97: 1044- 1050; Mourand et al., 1993, J. Heredity 84:91-96). En todos los casos, un gen nuclear parcialmente dominante, único confiere resistencia. También se aislaron previamente cuatro plantas de trigo resistentes a imidazolinona luego de mutagenia de semilla de Triticum aestivum L. cv Fidel (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886). Los estudios confirman que la herencia que un gen parcialmente dominante, único confiere resistencia. Con base en los estudios alélicos, los autores concluyen que las mutaciones en las cuatro estirpes identificadas se ubican en el mismo sitio. Uno de los genes de resistencia al cultivo Fidel se designa FS-4 (Newhouse et al., 1992, Plant Physiol. 100:882-886).

El modelamiento con base en ordenador de la conformación tridimensional del complejo de inhibidor AHAS predice diversos aminoácidos en el bolsillo de unión de inhibidor propuesto como sitios donde se inducen mutaciones que conferirán probablemente resistencia selectiva a las imidazolinonas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263:359-368). Las plantas de tabaco se producen con algunas de estas mutaciones racionalmente designadas en los sitios de unión propuestos de la enzima AHAS que tiene de hecho resistencia específica exhibida en una clase única de herbicidas (Ott et al., 1996, J. Mol. Biol. 263:359-368).

La resistencia de las plantas a los herbicidas de imidazolinona también se ha reportado en un número de patentes. Las Patentes Estadounidenses Nos. 4,761,373, 5,331,107, 5,304,732, 6,211,438, 6,211,439, y 6,222,100 describen de manera general el uso del ácido nucleico AHAS alterado para provocar resistencia herbicida en plantas, y específicamente describe ciertas estirpes de maíz resistentes a la imidazolinona. La Patente Estadounidense No. 5,013,659 describe plantas que exhiben resistencia... [Seguir leyendo]

1. Una planta de arroz que comprende un ácido nucleico AHAS de arroz no recombinante comprendiendo una secuencia de polinucleótido seleccionada de:

(a) la secuencia de polinucleótido de la SEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3 o SEQ ID NO:5;

(b) la secuencia de polinucleótido de la SEQ ID NO: 11;

(c) secuencia de polinucleótido que codifica un pollpéptido que comprende la SEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, o SEQ ID NO:6;

(d) una secuencia de polinucleótido que codifica un polipéptido que comprende la SEQ ID NO:12; y

(e) secuencia de polinucleótido complementaria a la secuencia de cualquiera de (a) a (d) anteriores,

en donde la secuencia de polinucleótido de ácido nucleico AHAS codifica un polipéptido AHAS de arroz variante que comprende una sustitución de alanina a treonina en una posición equivalente a la posición 96 de un polipéptido AHAS de arroz tipo silvestre; en donde dicha sustitución de alanina a treonina en una posición equivalente a la posición 96 de un polipéptido AHAS de arroz tipo silvestre es el resultado de la mutagénesis por tratamiento de las semillas con una solución acuosa de azida de sodio 0.001 M a pH 3; y en donde la expresión de dicho polipéptido AHAS de arroz variante confiere a la planta de arroz aumento de la tolerancia a un herbicida de imidazolinona en comparación con la de una variedad tipo silvestre de la planta de arroz.

2. La planta de arroz de la reivindicación 1, en donde el polipéptido AHAS de arroz variante comprende una

secuencia de aminoácidos que es al menos 90% idéntica a la secuencia de aminoácidos de la SEQ ID NO: 2.

3. La planta de arroz de la reivindicación 1, en donde el polipéptido AHAS de arroz variante comprende la secuencia de aminoácidos de la SEQ ID NO: 2.

4. La planta de arroz de la reivindicación 1, en donde el ácido nucleico AHAS de arroz comprende la secuencia de polinucleótido de la SEQ ID NO: 1.

5. La planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la planta de arroz es no transgénica.

6. Una planta de arroz progenie de la planta de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde la planta de arroz progenie comprende el ácido nucleico AHAS de arroz, en donde la expresión del polipéptido AHAS de arroz variante confiere a la planta de arroz progenie tolerancia aumentada al herbicida de imidazolinona en comparación con la de la variedad tipo silvestre de la planta de arroz.

7. Un muíante, recombinante, o planta de arroz manipulada genéticamente derivada de la planta de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el muíante, recombinante, o planta de arroz manipulada genéticamente comprende el ácido nucleico AHAS de arroz, en donde la expresión del polipéptido AHAS de arroz variante confiere en el muíante, recombinante, o planta de arroz manipulada genéticamente tolerancia aumentada al herbicida de imidazolinona en comparación con el de la variedad tipo silvestre de la planta de arroz.

8. Una semilla de arroz de la planta de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la semilla comprende el ácido nucleico AHAS de arroz.

9. Una parte de la planta o célula de la planta de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la parte o célula comprende el ácido nucleico AHAS de arroz.

10. Un método para el cultivo de la planta de arroz de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, mientras que el control de maleza en la vecindad de dicha planta, comprendiendo el método: aplicar un herbicida de imidazolinona a la maleza y a la planta de arroz, en donde la planta ha aumentado la tolerancia al herbicida de imidazolinona en comparación con el de una variedad tipo silvestre de la planta de arroz.