Uso de lipo-quitooligosacáridos para aumentar la fotosíntesis en plantas y métodos y composiciones correspondientes.

Un método para potenciar la tasa fotosintética de una planta de cultivo,

consistiendo dicho método en la aplicación foliar directa a dicha planta de cultivo de una composición que comprende una cantidad potenciadora de la fotosíntesis de al menos un lipo-quitooligosacárido (LQO) y un vehículo agrícolamente aceptable.

Uso de lipo-quitooligosacáridos para aumentar la fotosíntesis en plantas y métodos y composiciones correspondientes

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a la agricultura. Más particularmente, la invención se refiere a un método para aumentar la fotosíntesis de una planta de cultivo. Además, la invención se refiere a un método para aumentar la fotosíntesis en plantas de cultivo, que comprende una exposición de las mismas a lipo-quitooligosacáridos y composiciones de los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las bacterias de los géneros Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium y Azorhizobium, conocidas colectivamente como los rizobios, forman órganos especializados denominados nódulos en las raíces, y a veces en los tallos de las leguminosas y fijan nitrógeno atmosférico dentro de estas estructuras. La formación de nódulos es un proceso altamente especializado que está modulado por moléculas señal. En general, esta fase de la interacción es un proceso en dos etapas. Inicialmente, las moléculas de señal desde la planta a las bacterias, habitualmente flavonoides o isoflavonoides específicos, se liberan por las raíces de las plantas hospedadoras. En respuesta a las señales desde la planta a las bacterias, el microsimbionte libera moléculas de señal desde las bacterias a la planta, que son lipo-quitooligosacáridos (LQO) , denominados genes de los factores nod (también nol y noe) muy rápidamente (solamente unos minutos después de la exposición) y a concentraciones muy bajas (de 10-7 a 10-8 M) (Peters et al., 1986) . Generalmente esto tiene lugar a través de una interacción con nodD, el cual activa los genes nod comunes, aunque la situación puede ser más compleja, como en el caso de B. japonicum donde están implicados nodD1, nodD2 y nodVW (Gillette y Elkan 1996; Stacey 1995) . Los genes nod se han identificado en los rizobios que forman relaciones de fijación de nitrógeno con una serie de miembros de la familia Fabaceae (véase el documento US 5.549.718 y las referencias en el mismo) . Recientemente, se ha demostrado que las moléculas señal desde la planta a las bacterias promueven la nodulación de la soja y la fijación de nitrógeno a temperaturas del suelo frías (documento CA 2.179.879) y aumentan el rendimiento final del grano de soja en un promedio del 10 % en el campo y hasta el 40 % en determinadas condiciones. (Long, 1989; Kondorosi, 1991; Schenes et al., 1990; Boone et al., 1999) . Entre los productos de los genes nod inducidos por las moléculas de señal fenólicas de la planta están diversas enzimas implicadas en la síntesis de una serie de lipo-quitooligosacáridos (LQO) (Spaink, 1995; Stacey, 1995) . Estos LQO de nueva síntesis actúan como señales desde las bacterias a la planta, induciendo la expresión de muchos de los genes tempranos de nodulina (Long, 1989) .

Las moléculas señal de LQO están compuestas de tres a cinco restos de acetilglucosamina con enlaces ß 1-4 con el grupo N-acetilo del azúcar no reductor terminal reemplazado por una cadena de acilo. Sin embargo, son posibles varias modificaciones de la estructura básica y estas, al menos en parte, determinan la especificidad de hospedador de los rizobios (Spaink et al., 1991; Schultze et al., 1992) .

Se sabe que los lipo-quitooligosacáridos afectan a una serie de procesos fisiológicos de la planta hospedadora. Por ejemplo, estos inducen: la deformación de los pelos radiculares (Spaink et al., 1991) , la ontogenia de las estructuras completas del nódulo (Fisher y Long, 1992; Denarie y Cullimore, 1993) , la división de las células corticales (Sanjuan et al., 1992; Schlaman et al., 1997) y la expresión de genes de nodulina del hospedador esenciales para la formación del hilo de infección (Horvath et al., 1993; Pichon et al., 1993, Minami et al., 1996) . También se ha mostrado que los LQO activan genes relacionados con enzimas defensivas (Inui et al., 1997) . Estas señales desde la bacteria a la planta ejercen una influencia poderosa sobre el genoma de la planta y, cuando se añaden en ausencia de las bacterias, pueden inducir la formación de nódulos radiculares (Truchet et al., 1991) . Por tanto, las señales desde la bacteria a la planta pueden, sin la bacteria, inducir toda la actividad génica para la organogénesis del nódulo (Denarie et al., 1996; Heidstra y Bisseling, 1996) . Además, las actividades anteriormente mencionadas inducidas por los LQO pueden producirse por concentraciones tan bajas como 10-14 M (Stokkermans et al. 1995) . El intercambio mutuo de señales entre las bacterias y la planta son esenciales para la interacción simbiótica. Los rizobios mutantes incapaces de sintetizar LQO no formarán nódulos. El análisis de los genes nod de B. japonicum indica que la capacidad de inducir la nodulación de la soja requiere al menos 1) un factor Nod tetramérico básico que requiere solamente los genes nodABC o 2) un LQO pentamérico LQO (C18:1, C16:0 o C16: un ácido graso y una metilfucosa en el extremo reductor, a veces acetilada) que requiere los genes nodABCZ (Stokkermans et al. 1995) .

Cuando se añaden a la leguminosa adecuada, los LQO pueden causar la inducción de los meristemos nodulares (Denaire et al. 1996) , y por lo tanto la actividad de división celular. También se ha mostrado que los LQO inducen actividades del ciclo celular en un sistema in vitro: (un sistema de embriogénesis de zanahoria) a niveles tan bajos como 10-14 M (DeJong et al. 1993) .

Se ha descrito una estructura química de lipo-quitooligosacáridos, también denominada "señales simbióticas Nod" o "factor Nod", en las Patentes de EE.UU. 5.549.718 y 5.175.149. Estos factores Nod tienen las propiedades de un

ligando de lectina o de sustancias de lipooligosacáridos que pueden purificarse de bacterias o sintetizarse o producirse mediante ingeniería genética.

El proceso de la fijación N2 es energéticamente intenso requiriendo aproximadamente el 10-20 % del carbono fijado por la planta. Se ha estimado que se requiere un promedio de aproximadamente 6 mg de carbono por mg de nitrógeno fijado (Vance y Heichel, 1991) . La fotosíntesis potenciada, debida a la asociación Bradyrhizobium-soja se ha notificado anteriormente. Imsande (1988, 1989) notificó una fotosíntesis neta y un rendimiento del grano potenciados en soja inoculada con Bradyrhizobium japonicum en comparación con las plantas que no se inocularon pero que se complementaron adecuadamente con fertilizante de N. Recientemente, Phillips et al., (1999) mostraron que el lumicromo podría actuar como una molécula de señal en la rizosfera de las plantas de alfalfa, dando lugar a una respiración y una asimilación de carbono neta aumentadas durante las etapas tempranas de la simbiosis de Sinorhizobium meliloti-alfalfa.

Los métodos para aumentar la acumulación de materia seca y el rendimiento de la planta son esenciales ya que está proyectado que la población mundial crezca en 4 mil millones (66 %) durante los próximos cincuenta años (Naciones Unidas, División de Población, 1998) . En los últimos cincuenta años, la producción de los cultivos aumentó en 2, 5 veces, con poco aumento del área de tierra cultivada (Hoisington et al., 1999) . Dado el aumento proyectado en la población mundial debe proporcionarse otro aumento de 2, 5 veces durante los próximos 50 años para que todo el mundo tenga un acceso razonablemente viable a los alimentos (James, 1997) . Sin embargo, las principales causas del aumento de producción de alimentos durante los últimos 50 años (aumentos en el índice de cosechas, la cantidad de tierra en irrigación y el uso de fertilizantes, particularmente fertilizante de N) se han agotado en gran medida. Un siglo de cruzamientos de plantas ha dado como resultado un pequeño o ningún aumento en las tasas fotosintéticas de la mayor parte de las plantas de cultivo (Moss y Musgrave, 1971; Evans 1975, 1980) . Por lo tanto sigue habiendo una necesidad tremenda de aumentar las tasas fotosintéticas y el crecimiento de las plantas de cultivo. También sigue habiendo una necesidad de aumentar la producción de las plantas de cultivo.

El documento DE 19633502 divulga que la aplicación de una composición que contiene LQO en las hojas de la vid para potenciar el efecto de determinados fungicidas da como resultado el crecimiento reducido de las plantas tratadas.

Ha habido esfuerzos considerables para potenciar la fotosíntesis en plantas de cultivo con vistas a aumentar la productividad de la planta. Makela et al., (1999) notificaron la fotosíntesis potenciada bajo estrés por sequía y salinidad en tomate y nabo forrajero después de la aplicación foliar de glicina-betanina a muy bajas concentraciones. La aplicación foliar de metanol también aumentó la fotosíntesis en una serie... [Seguir leyendo]

1. Un método para potenciar la tasa fotosintética de una planta de cultivo, consistiendo dicho método en la aplicación foliar directa a dicha planta de cultivo de una composición que comprende una cantidad potenciadora de la 5 fotosíntesis de al menos un lipo-quitooligosacárido (LQO) y un vehículo agrícolamente aceptable.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha aplicación foliar directa se realiza por rociado.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho LQO se produce por un rizobio que es capaz de 10 entrar en una relación de fijación de nitrógeno con una leguminosa.

4. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha planta de cultivo no es una leguminosa.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha planta de cultivo es una leguminosa.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho LQO se obtiene de un rizobio seleccionado del grupo que consiste en Bradyrhizobium japonicum, Rhizobium meliloti y Rhizobium 20 leguminosarum.

7. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho LQO está presente en dicha composición a una concentración de entre aproximadamente 10-5 M hasta aproximadamente 10-14 M.

8. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho LQO está presente en dicha composición a una concentración de entre aproximadamente 10-6 M hasta aproximadamente 10-12 M.

9. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho LQO está presente en dicha composición a una concentración de entre aproximadamente 10-7 M hasta aproximadamente 10-10 M. 30