Polinucleótidos, polipéptidos codificados por los mismos, y métodos de uso de los mismos para aumentar la tolerancia al estrés abiótico y/o la biomasa y/o el rendimiento en plantas que los expresan.

Un método para aumentar la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de una planta en comparación con la biomasa,

la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de una planta no transgénica, en el que el estrés abiótico se selecciona del grupo que consiste en estrés osmótico, estrés salino y déficit de nitrógeno, comprendiendo el método la sobreexpresión en la planta de un polinucleótido exógeno que codifica el polipéptido SEC ID Nº: 201 o un ortólogo del mismo que comprende una secuencia de aminoácidos que tiene una homología de al menos 80 % con la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 201, en el que dicho polipéptido es capaz de aumentar la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de una planta, en el que el estrés abiótico se selecciona del grupo que consiste en estrés osmótico, estrés salino y déficit de nitrógeno, en el que dicho polinucleótido exógeno está comprendido en una construcción de ácido nucleótido que adicionalmente comprende un promotor para dirigir la transcripción de dicho polinucleótido exógeno en una célula de una planta, siendo dicho promotor un promotor constitutivo, un promotor específico de tejido, o un promotor inducible por un estrés abiótico, aumentando así la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de la planta en comparación con la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de la planta no transgénica.

Polinucleótidos, polipéptidos codificados por los mismos, y métodos de uso de los mismos para aumentar la tolerancia al estrés abiótico y/o la biomasa y/o el rendimiento en plantas que los expresan Campo y antecedentes de la invención La presente invención, en algunas de sus realizaciones, se refiere a polipéptidos y a polinucleótidos aislados y más particularmente, a métodos de uso de los mismos para aumentar la tolerancia de una planta al estrés abiótico, crecimiento, biomasa, vigor y/o rendimiento de una planta.

Las condiciones de estrés abiótico (EAB; también denominado “estrés ambiental”) , tales como salinidad, sequía, inundación, temperatura subóptima y polución química tóxica, causan daños sustanciales a plantas agrícolas. La mayoría de las plantas han desarrollado estrategias para protegerlas contra estas condiciones. Sin embargo, si la gravedad y duración de las condiciones de estrés son demasiado grandes, los efectos sobre el desarrollo, crecimiento y rendimiento son muy pronunciados. Además, la mayoría de las plantas de cultivo son muy susceptibles al EAB y por tanto requieren condiciones de crecimiento óptimas para rendimientos de cultivos comerciales. La exposición continua al estrés causa alteraciones principales en el metabolismo de las plantas conduciendo finalmente a la muerte celular y como consecuente a la pérdida de rendimiento. Por tanto, a pesar de llevar a cabo investigaciones de gran alcance y de tomar fuertes medidas en lo que respecta a la protección de los cultivos, anualmente continua habiendo pérdidas de billones de dólares anuales debido a condiciones de estrés abiótico.

La sequía es un fenómeno gradual, que implica periodos de clima anormalmente seco que persiste durante un tiempo suficiente largo como para producir graves desequilibrios hidrológicos, tales como daños a los cultivos y escasez de reservas hidrológicas. En casos graves, la sequía puede durar muchos años y producir efectos devastadores en la agricultura y en las reservas hidrológicas. Con el creciente aumento de la población y la escasez crónica de agua dulce disponible, la sequía no es solo el problema principal relacionado con el clima en la agricultura, sino que también destaca como uno de los principales desastres naturales de todos los tiempos, causando no solo daños económicos (por ejemplo, las pérdidas por sequía en los Estados Unidos en el año 1988 superaron los 40 billones de dólares) , sino también pérdida de vidas humanas, como ocurrió entre 1984 y 1985 conla sequía en el Cuerno de África, que condujo a una hambruna que produjo la muerte de 750.000 personas. Además, la sequía se asocia con un aumento de la susceptibilidad a diversas enfermedades.

Para la mayoría de las plantas de cultivo, las regiones agrarias mundiales son demasiada áridas. Además, el uso excesivo de agua disponible produce una pérdida aumentada de terreno agrícolamente utilizable (desertificación) , y un aumento de la acumulación de sales en suelos, añadido a la pérdida de agua disponible en los mismos.

La salinidad, altos niveles de sal, afecta a una de cinco hectáreas de tierra de regadío. Se espera que esta condición empeore únicamente, reduciendo adicionalmente la disponibilidad de tierra arable y la producción de cultivos, ya que ninguno de los cinco mejores cultivos alimenticios, es decir, trigo, maíz, arroz, patatas y soja, puede tolerar el exceso de sal. Los efectos perjudiciales de la sal en las plantas producen déficit hídrico que conduce a estrés osmótico (similar al estrés por sequía) y el efecto de exceso de iones de sodio sobre procesos bioquímicos críticos. Al igual que con la congelación y la sequía, el alto contenido en sal causa déficit hídrico; y la presencia de alto contenido en sal dificulta a las raíces de las plantas la extracción de agua de su entorno. La salinidad del suelo es por tanto una de las variables más importantes que determinan si una planta puede prosperar. En muchas partes del mundo, extensas áreas de tierra no son cultivables debido a una salinidad naturalmente elevada en el suelo. Por tanto, la salinización de los suelos que se usan para la producción agrícola es un problema significativo y que va en aumento en regiones que dependen en gran medida de la agricultura y está empeorando por un exceso de utilización, de fertilización y escasez de agua, típicamente causadas por el cambio climático y por las demandas de la población en aumento. La tolerancia a la sal es de particular importancia al inicio del ciclo de vida de las plantas, ya que la evaporación de la superficie del suelo causa un movimiento de agua ascendente y la sal se acumula en la capa superior del suelo donde se disponen las semillas. Por otro lado, normalmente la germinación se produce a una concentración salina que es más alta que el nivel salino medio en todo el perfil del suelo.

La germinación de muchos cultivos es sensible a la temperatura. Un gen que pudiese potenciar la germinación en condiciones cálidas podría ser útil para cultivos que se plantan en una estación tardía o en climas cálidos. Además, las plántulas y las plantas maduras que se exponen a un exceso de calor, pueden sufrir choque térmico, que puede originarse en diversos órganos, incluyendo las hojas y particularmente los frutos, cuando la transpiración es insuficiente para superar el estrés por calor. El calor también daña a las estructuras celulares, incluyendo los orgánulos y el citoesqueleto y altera la función de la membrana. El choque térmico puede producir una disminución en la síntesis global de proteínas, acompañado por expresión de proteínas de choque térmico, por ejemplo, chaperonas, que están implicadas en el replegamiento de proteínas desnaturalizadas por calor.

El estrés por calor a menudo viene acompañado de condiciones de baja disponibilidad de agua. El propio calor se contempla como un estrés interrelacionado y añadido a los efectos perjudiciales causados por condiciones de déficit

hídrico. La demanda evaporativa de agua presenta aumentos casi exponenciales con aumentos en temperaturas diurnas y puede producir elevadas tasas de transpiración y bajos potenciales de agua para las plantas. Los daños al polen por altas temperaturas casi siempre se producen junto con estrés por sequía y raramente se producen en condiciones bien hidratadas. El estrés combinado puede alterar el metabolismo de las plantas de nuevas maneras; por lo tanto el entendimiento de la interacción entre diferentes estreses puede ser importante para el desarrollo de estrategias para potenciar la tolerancia al estrés mediante manipulación genética.

Las condiciones de enfriamiento excesivo, por ejemplo, bajas temperaturas, aunque por encima de la temperatura de congelación, afectan a cultivos de origen tropical, tales como soja, arroz, maíz y algodón. Los daños típicos por enfriamiento incluyen marchitamiento, necrosis, clorosis o filtración de iones de las membranas celulares. Los mecanismos subyacentes de sensibilidad por enfriamiento aún no se comprenden del todo, pero probablemente implican el nivel de saturación de membrana y otras deficiencias fisiológicas. Por ejemplo, la fotoinhibición de la fotosíntesis (interrupción de la fotosíntesis debido a altas intensidades de luz) a menudo se produce en condiciones atmosféricas claras posteriores a noches frías al final del verano/otoño. Además, el enfriamiento puede conducir a pérdidas de producción y a una menor calidad del producto a través de la maduración retrasada del maíz.

El déficit hídrico es un componente común de muchos estreses de plantas. El déficit hídrico se produce en las células de las plantas cuando toda la tasa de transpiración de la planta supera la captación del agua. Además de la sequía, otros estreses, tales como la salinidad y la baja temperatura, producen deshidratación celular.

La transducción de señales por estrés salino y sequía consiste en rutas de señalización de homeostasis iónica y osmótica. El aspecto iónico del estrés salino está señalizado mediante la ruta SOS en la que un complejo de proteína quinasa SOS3-SOS2 sensible a calcio, controla la expresión y la actividad de transportadores de iones tales como SOS1. El componente osmótico del estrés salino implica reacciones complejas en plantas que se solapan con respuestas al estrés por sequía y/o frio.

Aspectos comunes de respuesta al estrés provocado por sequía, por frío y por sal [Revisados en Xiong y Zhu (2002) Plant Cell Environ. 25: 131-139] incluyen: (a) cambios transitorios en los niveles de calcio citoplasmático de manera temprana en el evento de señalización [Knight, (2000) Int. Rev. Cytol. 195: 269-324; Sanders et al. (1999) Plant Cell

11:... [Seguir leyendo]

1. Un método para aumentar la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de una planta en comparación con la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de una planta no transgénica, en el que el estrés abiótico se selecciona del grupo que consiste en estrés osmótico, estrés salino y déficit de nitrógeno, comprendiendo el método la sobreexpresión en la planta de un polinucleótido exógeno que codifica el polipéptido SEC ID Nº: 201 o un ortólogo del mismo que comprende una secuencia de aminoácidos que tiene una homología de al menos 80 % con la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 201, en el que dicho polipéptido es capaz de aumentar la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de una planta, en el que el estrés abiótico se selecciona del grupo que consiste en estrés osmótico, estrés salino y déficit de nitrógeno, en el que dicho polinucleótido exógeno está comprendido en una construcción de ácido nucleótido que adicionalmente comprende un promotor para dirigir la transcripción de dicho polinucleótido exógeno en una célula de una planta, siendo dicho promotor un promotor constitutivo, un promotor específico de tejido, o un promotor inducible por un estrés abiótico, aumentando así la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de la planta en comparación con la biomasa, la tasa de crecimiento, el rendimiento de las semillas y/o la tolerancia al estrés abiótico de la planta no transgénica.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicha secuencia de aminoácidos tiene una homología de al menos 86 % con la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 201.

3. El método de la reivindicación 1, en el que dicha secuencia de aminoácidos tiene una homología de al menos 95 % con la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 201.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho polinucleótido exógeno codifica un polipéptido que comprende la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 201.

5. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho promotor es un promotor constitutivo.

6. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho polinucleótido exógeno se expone en la SEC ID Nº: 1530, 1 o 1531.

7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho polinucleótido es heterólogo de dicha planta.

8. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente cultivar la planta que expresa dicho polinucleótido exógeno bajo estrés abiótico.

9. El método de la reivindicación 1, en el que dicho ortólogo comprende la secuencia de aminoácidos expuesta en la SEC ID Nº: 289.