ES2224106T3 - Metodo para obtener plantas masculinas esteriles. - Google Patents

Metodo para obtener plantas masculinas esteriles.

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ES2224106T3
ES2224106T3 ES94917179T ES94917179T ES2224106T3 ES 2224106 T3 ES2224106 T3 ES 2224106T3 ES 94917179 T ES94917179 T ES 94917179T ES 94917179 T ES94917179 T ES 94917179T ES 2224106 T3 ES2224106 T3 ES 2224106T3
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Willem Johannes Stiekema
Andy Pereira
Mark Gerardus Maria Aarts
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Abstract

UN GEN AISLADO DE LA LIBRERIA CADN DE UNA PLANTA QUE CODIFICA LA PROTEINA MS2 QUE PARTICIPA EN EL DESARROLLO DEL POLEN, DICHO GEN TIENE UNA SECUENCIA NUCLEOTIDA QUE SE MUESTRA EN LA FIG.2 O UN GEN HOMOLOGO. TAMBIEN SE DESCRIBE UN PROMOTOR DEL CITADO GEN QUE TIENE UNA SECUENCIA NUCLEOTIDA QUE SE MUESTRA EN LA FIG.3 O UN PROMOTOR HOMOLOGO. ADEMAS LA INVENCION PRESENTA UN POLINUCLEOTIDO RECOMBINANTE QUE PUEDE UTILIZARSE DE FORMA APROPIADA PARA PRODUCIR PLANTAS ANDROESTERILES, QUE SE COMPONE ESENCIALMENTE DE A) UN GEN INHIBIDOR CAPAZ DE INHIBIR LA EXPRESION DE UN GEN OBJETIVO QUE CODIFIQUE LA PROTEINA MS2 O UNA PROTEINA OBJETIVA ANALOGA, Y B) UN PROMOTOR QUE SEA ACTIVO EN LA ESTRUCTURA DE RECUBRIMIENTO DE LA CITADA PLANTA.

Description

Método para obtener plantas masculinas estériles.
Campo de la invención
La invención implica la manipulación genética de plantas mediante la aplicación de tecnología de ADN recombinante. La invención describe un método para la obtención de plantas que exhiben esterilidad masculina en código nuclear, debido a la expresión de dicho ADN recombinante, así como partes de dichas plantas que se pueden reproducir de manera sexual, asexual, o ambas.
Antecedentes de la técnica
La heterosis es el efecto por el que la descendencia obtenida mediante polinización cruzada muestra mejores propiedades agronómicas que la descendencia derivada mediante autopolinización. Estas mejores propiedades tienen como consecuencia unos mayores beneficios, razón por la cual el desarrollo de semillas híbridas es uno de los principales objetivos de la industria de las semillas.
Para obtener semillas híbridas es necesario que las plantas femeninas no puedan autopolinizarse. Muchas plantas de cultivo contienen los órganos reproductores femeninos y masculinos en el mismo individuo, por lo que la autopolinización predomina sobre la polinización cruzada. Por lo tanto, es necesaria la introducción de la esterilidad masculina en muchos cultivos para la producción de semillas híbridas.
En los campos de producción, las plantas masculinas estériles aceptoras y las plantas masculinas fértiles donantes se cultivan unas al lado de las otras, y tras la polinización cruzada se cosecha la semilla híbrida. La semilla híbrida se recolecta por separado de las semillas no híbridas formadas en las plantas donantes mediante la destrucción de estas plantas masculinas fértiles antes de la cosecha. Este enfoque hace necesaria la discriminación entre plantas fértiles y plantas estériles, que se puede llevar a cabo mediante la aparición de diferentes fenotipos. Asimismo, se puede emplear con esta finalidad un gen marcador genético, tal como un gen que codifica la resistencia a herbicidas, estrechamente relacionado con el locus de la esterilidad masculina. La selección de las semillas híbridas puede conseguirse entonces fumigando con el herbicida, lo que destruirá las plantas masculinas fértiles. Como alternativa, las semillas híbridas se pueden seleccionar después de la cosecha mediante un marcador fenotípico expresado al nivel de semilla.
Hoy en día, en la práctica de la agricultura, las líneas parentales de plantas masculinas estériles se obtienen mediante la castración física de las plantas o mediante la aplicación de mutantes masculinos estériles citoplasmáticos o en código nuclear.
El desarrollo de plantas masculinas estériles en código nuclear mediante la aplicación de técnicas de ADN recombinante ha tenido éxito en nuevos enfoques que salvan muchos de los inconvenientes mencionados anteriormente.
Estado de la técnica
La Solicitud de Patente Internacional WO92/18625, MOGEN International N.V., propone métodos para la producción de plantas masculinas estériles restaurables en términos generales, que comprende esencialmente la integración de un polinucleótido recombinante en su genoma, que comprende esencialmente un gen inhibidor que, con la expresión adecuada en las anteras de la planta, es capaz de inhibir la expresión de uno o más genes que codifican una enzima implicada en la síntesis de charcona, o uno de sus antecesores.
El documento WO93/02197 describe la creación de plantas masculinas estériles mediante la manipulación de genes implicados en el desarrollo del polen. Se describe un gen al que se alude como el gen A6. La proteína codificada por el gen A6 de B. napus tiene 474 aminoácidos y el gen A6 equivalente en A. thaliana codifica una proteína de 479 aminoácidos.
Definiciones
Gen antisentido: una secuencia de nucleótidos que posee una homología superior al 50%, preferentemente superior al 80% con el gen objetivo como se define en el presente documento, y vinculada a un promotor en orientación 3' a 5' con respecto al gen objetivo y que se pueda expresar como una molécula de ARN.
Gen o gen sentido: una secuencia de nucleótidos que se puede expresar como molécula y/o polipéptido de ARN.
Promotor: una secuencia de nucleótidos que dirige la expresión de un gen (sentido) o un gen antisentido, o secuencias de nucleótidos derivadas de la misma.
Gen inhibidor: un gen (sentido) o gen antisentido, cuya expresión conduce a la prevención o inhibición de la expresión de un gen objetivo como se define en el presente documento.
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Gen de reparación: un gen capaz de prevenir o inhibir de manera suficiente la acción de un gen inhibidor, reparando así la actividad de un gen objetivo.
Gen objetivo: un gen cuya actividad ha de ser inhibida por la expresión adecuada de un gen inhibidor como se define en el presente documento.
Compendio de la invención
La presente invención describe mutante AP de Arabidopsis thaliana masculina estéril y el aislamiento y el análisis molecular del gen llamado MS2 (Fig. 1). La mutación de este gen es responsable del fenotipo masculino estéril de AP. El otro único mutante masculino estéril de Arabidopsis thaliana, ms1, está documentado por Van der Veen y Wirtz (1968). Este mutante se obtuvo mediante mutagénesis clásica y es el otro único mutante de esterilidad masculina descrito en la bibliografía que no muestra efectos pleiotrópicos. No se han documentado más caracterizaciones moleculares de ms1, por lo que no existe información disponible sobre la naturaleza del gen de esterilidad masculina.
En consecuencia, la presente invención proporciona un gen aislado del banco de ADNc de una planta que codifica una proteína indicada como MS2 que está implicada en el desarrollo del polen, estando caracterizado dicho gen por la secuencia de nucleótidos SEQ ID NO:1 como se muestra en la Fig. 2.
Además, la invención proporciona un promotor del gen MS2 aislado del ADN cromosómico de una planta, teniendo dicho promotor la secuencia de nucleótidos que se muestra en la Fig. 3.
Además, la invención proporciona un polinucleótido recombinante para su uso en la obtención de plantas masculinas estériles, que comprende:
a)
un gen sentido MS2 o un gen antisentido MS2 capaz de inhibir la expresión de un gen objetivo, con lo cual el gen MS2 posee la secuencia mostrada en SEQ. ID. NO: 1, cuyo gen objetivo está presente en la planta y se caracteriza por la secuencia de nucleótidos SEQ ID NO:1 como se muestra en la Fig. 2 o una codificación de la secuencia de nucleótidos para el mismo producto de proteína como la codificada mediante SEQ ID NO:1 y
b)
un promotor que es activo en el tapetum de dicha planta, vinculado de manera operable a dicho gen sentido MS2 o gen antisentido MS2 para conseguir la expresión del mismo en el tapetum de dicha planta.
En una realización preferida según la invención, el promotor que es activo en el tapetum de una planta comprende el promotor del gen MS2, teniendo dicho promotor la secuencia que se muestra en la Fig. 3.
La presente invención proporciona también un método para obtener una planta masculina estéril, que comprende los pasos de:
a)
transferir un polinucleótido recombinante de acuerdo con la invención a células de una planta masculina fértil;
b)
generar plantas totalmente nuevas a partir de células que hayan incorporado dicho polinucleótido recombinante; y
c)
seleccionar una planta que sea masculina estéril.
Todavía otra realización de la invención es un genoma de planta recombinante, que lleve incorporado un polinucleótido recombinante de acuerdo con la invención.
En aspectos adicionales, la invención proporciona una planta masculina estéril que comprende dicho genoma de planta recombinante; una célula, un fruto, una semilla o descendencia de dicha planta masculina estéril que comprenda en su genoma dicho polinucleótido recombinante; una semilla autógama de dicha planta masculina estéril que comprenda en su genoma dicho polinucleótido recombinante; una planta masculina estéril homocigótica que se pueda obtener a partir de dicha semilla autógama y que comprenda en su genoma dicho polinucleótido recombinante.
Todavía en otra realización preferida de la invención, se proporciona un método para una producción rentable de semillas híbridas, debido al empleo de cantidades elevadas de plantas masculinas estériles, que se han obtenido cruzando una planta masculina estéril homocigótica de la variedad deseada con una planta masculina fértil de la misma variedad.
La invención también abarca semillas (híbridas), obtenidas mediante el cruce o la autopolinización de cualquiera de las plantas de acuerdo con la invención.
Otras realizaciones preferidas de la invención son las plasmidios pMS2 y pMS2as (véase la figura 6).
Descripción de las figuras
Figura 1: Análisis Southern de la descendencia de un cruzamiento entre el mutante AP de Arabidopsis thaliana masculina estéril y el ecotipo Landsberg erecta de Arabidopsis thaliana masculina fértil.
Figura 2: La secuencia de nucleótidos del ARNm de MS2.
Figura 3: La secuencia de nucleótidos del promotor del gen MS2.
Figura 4a: Análisis Northern de la expresión del gen MS2 en diferentes órganos de Arabidopsis thaliana.
Figura 4b: Análisis Northern de la expresión del gen MS2 en diferentes órganos de Raphanus satirus (rábano).
Figura 5: Análisis Southern de la presencia de homólogos de MS2 en rábano y planta de colza.
Figura 6: Una representación gráfica de los diferentes pasos de clonación para obtener los constituyentes quiméricos de MS2 sentido y antisentido y los plasmidios pMS2 y pMS2as.
Descripción detallada de la invención 1. Aislamiento del gen MS2 de Arabidopsis thaliana
El sistema de elementos transponibles del potenciador-inhibidor del maíz (En-I) (Peterson, 1953), también conocido como Supresor-Mutador (Spm) (McClintock, 1954), se ha empleado para el marcaje de una serie de genes con la ayuda de un transposón en el maíz y se demostró que se transponen cuando se introducen mediante la transformación en una especie de planta heteróloga (Masson y Federoff, 1987; Pereira y Saedler, 1989; Frey et al., 1989). Los autores de la invención construyeron un vector de transformación que contenía tres unidades, a seber: a) una fuente inmóvil de transposasa En (Masson y Federoff, 1987), controlada el fuerte promotor del Virus del Mosaico de la Coliflor 35S; b) un elemento I/móvil como mutágeno de inserción (Schwartz-Sommer et al., 1985); c) un gen de fosfotransferasa de higromicina (Van den Elzen et al., 1985) que confiere resistencia al antibiótico higromicina. Esta construcción de vectores de "En-I de dos elementos en cis" se empleó para la transformación de Arabidopsis thaliana por mediación de Agrobacterium tumafeciens (Valvekens, 1988). Una planta masculina estéril se encontró entre la descendencia de tercera generación (T3) de un transformante primario (T1) sucesivamente autofertilizado con elementos I frecuentemente transpositores. La planta se codificó como AP (Ausencia de Polen). Puesto que la mutación implicada puede complementarse con ms1, el otro único mutante masculino estéril sin efectos pleiotrópicos descritos en Arabidopsis (Van der Veen y Wirts, 1968), los autores de la invención llamaron a este nuevo mutante ms2. El análisis de segregación del fenotipo masculino estéril y el elemento I transponible se realizó de la siguiente manera. Se realizó una transferencia Southern del ADN de la descendencia de F2 a partir de un cruzamiento entre AP x Landsberg erecta y la hibridación con una sonda específica del elemento I (figura 1). El ADN se digirió con HindIII, que no corta el interior del elemento I. Esta descendencia F2 carecía de genes de En de transposasa y, por lo tanto, todos los fragmentos detectados indican insertos estables de elementos I. Un elemento I de 6,6 kb que contiene el fragmento (\sqbullet), es homocigótico sólo en plantas que muestren un fenotipo masculino estéril (me). La planta F2 3-1 (*) sólo posee este elemento I ms2 acompañante y, por lo tanto, se empleó para el aislamiento de ADN flanqueador del transposón por Reacción Inversa en Cadena de la Polimerasa (RICP) (Masson y Federoff, 1989; Ochman et al., 1988). El fragmento de RICP se clonó, secuenció y utilizó como una sonda para aislar clones de un ADNc específico de la flor (Weigel et al., 1992) así como un banco de genomas lambda de Arabidopsis.
2. Análisis del ARNm de MS2
Se secuenció en cadena doble el clon de ADNc (el mayor de 3 aislados) empleando el kit de secuenciación Taq Dye Deoxy Terminator Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems) y un secuenciador automatizado de ADN (Applied Biosystems).
Las secuencias de nucleótidos y aminoácidos previstos del ADNc de MS2 se muestran en la figura 2. El análisis de las secuencias se realizó empleando el paquete de software de Genetics Computer Group (GCG) (Devereux et al., 1984). Los nucleótidos se numeran empezando por la primera posición del triplete de iniciación ATG. Un codón sin sentido hacia arriba (-36) indica el inicio de la traducción. La secuencia de señales de poliadenilación (posición 1967 subrayada) precede a la cola de poli(A). La posición de la inserción del elemento I (AAA) en la posición 1800 está subrayada. Los últimos tres aminoácidos (Gly-Arg-Gly) contienen una señal diana que detecta supuestos microcuerpos C-terminal (CMTS) sugiriendo un papel de esta parte en la proteína que está ausente en alelos masculinos estériles mutantes debido a improntas de escisión que provocan desplazamientos. Las búsquedas en bases de datos (PASTA/BLAST) revelaron una homología con una secuencia de ADN (EMBL libera 33,0, 12/92) situada más arriba del gen rrn26 de ARN ribosomal de mitocondrias de trigo 26S. La región de homología en el ADNc de MS2 (1040-1203) está subrayada y muestra el 77,6% de identidad con la secuencia de nucleótidos de las mitocondrias del trigo. Esta región está situada a unos 2 kb/p más arriba del gen rrn26 en la posición 650-814 de la secuencia publicada (Spencer et al., 1992). No se ha atribuido ninguna función a este segmento de ADN mitocondrial, lo que revela un marco de lectura abierto cuyos aminoácidos previstos muestran el 81,7% de identidad con la proteína MS2 (55 aminoácidos). La homología en el segmento de ADN mitocondrial no se extiende más allá de esta región, pero está flanqueado con precisión con fronteras de intrones y exones.
La Figura 3 muestra la secuencia de nucleótidos del promotor del gen MS2. Dicha secuencia se obtiene a partir de clon genómico de A. Thaliana ecotipo Landsberg erecta del gen MS2. La caja TATA del gen MS2 se muestra subrayada (posición 835) y el extremo 5' de la secuencia de ADNc de MS2 está marcada con un asterisco (posición 957). Un único sitio de restricción AseI (ATTAAT) en la posición 953 permite la clonación del promotor para construcciones adicionales de plasmidios descritas.
3. Análisis de la expresión del gen MS2 en Arabidopsis thaliana
Los análisis Northern de la expresión del gen MS2 en diferentes órganos de Arabidopsis thaliana mostraron que el ARNm de MS2 sólo se podía detectar en flores y silicuas, pero no en plántulas ni en tejido de hojas o de tallos (véase la figura 4a).
Como se muestra en la Figura 4b el ARN de MS2 también se podía detectar en capullos de rábano. Mediante el análisis del borrón Southern los autores de la invención han confirmado que los genes homólogos MS2 están presentes en el rábano, pero también en la planta de colza (Fig. 5), lo cual indica que la esterilidad masculina se puede inducir en la planta de colza mediante una expresión de MS2 sentido o MS2 antisentido.
4. La presente invención concibe los siguientes pasos para la obtención de plantas masculina estériles
Un gen MS2 sentido o antisentido de Arabidopsis thaliana o su equivalente homólogo de otras especies se sitúa bajo el control del promotor de MS2, cuya secuencia de ADN se muestra en la figura 3, y estas construcciones pueden emplearse para la transformación de plantas de cultivo fértiles. Tras la selección de plantas transformadas, que expresan la construcción, y después de que se permita que las plantas florezcan, se pueden seleccionar las plantas transgénicas que muestren un desarrollo perturbado del polen.
El esquema de la Fig. 6 muestra los pasos del procedimiento para preparar las construcciones, sentido endógenos y antisentido anteriores. Un vector binario (origen pBIN19), que contiene un gen NPT II quimérico que confiera resistencia a la kanamicina a las células de las plantas, con sitios de restricción únicos SalI (S) y EcoRI (R), sirve como unidad de vector básico. El promotor del gen MS2 y la secuencia de señal de adición de terminador (term) de poli (A) CaMV 35S se clonan después del tratamiento con la polimerasa Klenow (Klen). El fragmento de ADNc de MS2 se vuelve romo (con polimerasa Klenow) y se clona en el sitio de restricción SmaI en dos orientaciones respecto del promotor de MS2 (prom). Ello resulta en los dos plasmidios designados pHS2 (sentido) y pHS2as (antisentido). Otras abreviaturas empleadas: BD = borde derecho de T-ADN; BI = borde izquierdo de T-ADN; 5' y 3' se refieren a los extremos de ADNc (la cadena codificadora) definida por sitios de restricción únicos del clon de ADNc.
En general, las plantas masculinas estériles en código nuclear pueden, por tanto, obtenerse y utilizarse para la producción de semillas híbridas. Las plantas de una variedad seleccionada han de ser transformadas genéticamente introduciendo en las células de dicha planta uno o más polinucleótidos recombinantes, que comprendan esencialmente uno o más genes inhibidores, que, mediante una expresión adecuada en la planta, sean capaces de inhibir la expresión de un gen MS2.
La inhibición de la expresión del gen MS2 dará como resultado plantas masculinas estériles. Ello puede conseguirse mediante la expresión adecuada de un gen inhibidor dirigido contra ese gen objetivo. Los genes inhibidores pueden seleccionarse adecuadamente de una variedad de alternativas, incluidos genes o partes de estos genes (sintéticos) homólogos o heterólogos (por ejemplo, obtenidos a partir de una fuente diferente), sentido y antisentido con una longitud y homología adecuadas para una inhibición apropiada, como se ilustra en la Solicitud de Patente Internacional WO92/18625, MOGEN International NV y la Solicitud de Patente Internacional WO90/11682, DNA Plant Technology Inc.
Preferentemente el gen inhibidor se expresa en el tapetum de acuerdo con la presente invención. Esto se puede lograr fusionando el gen inhibidor bajo el control del promotor derivado del gen MS2 (véase la figura 4) de Arabidopsis o su equivalente heterólogo (es decir, obtenido de otra fuente).
La transferencia de polinucleótidos recombinantes a plantas o partes de la misma se puede conseguir mediante numerosas técnicas. Algunas de ellas se enumeran aquí como ejemplo y comprenden la transformación de protoplastos empleando el método de calcio/polietilenglicol (Krens et al., 1982; Negrutiu et al., 1987), electroporación (Shillito et al., 1985), microinyección (Crossway et al., 1986), bombardeo de partículas (cubiertas de ADN o ARN) (Klein et al., 1987), infección con virus y similares, transferencia natural de ADN mediante especies de Agrobacterium, preferentemente mediante el uso del llamado sistema de vector binario (Bevan et al., 1984).
Tras la identificación de material vegetal transformado, plantas completas se regeneran utilizando protocolos bien conocidos, descritos en la bibliografía (véase por ejemplo, Horsch et al., 1985). No existe ninguna restricción en cuanto al uso de partes de la planta.
Después de que se hayan obtenido plantas transformadas, éstas se pueden evaluar en cuanto a la presencia del rasgo deseado y/o el grado en que se expresan dichos rasgos. Una primera evaluación puede incluir el nivel de expresión del gen inhibidor y la medida en que las plantas transgénicas sean masculinas estériles. Posteriormente, se pueden seleccionar plantas transgénicas que muestren una herencia estable y/o predecible del rasgo masculino estéril, y similares. A continuación, las plantas masculinas estériles (heterocigóticas) pueden emplearse directamente para la producción de semillas híbridas o, alternativamente, se pueden autopolinizar con polen rescatado con el fin de obtener plantas masculinas estériles homocigóticas. Claramente, la ventaja de tener unas pocas plantas masculinas estériles homocigóticas permite que se adquieran rápidamente grandes cantidades de semillas masculinas estériles heterocigóticas que pueden utilizarse directamente para la producción a gran escala de semillas híbridas.
La presente invención se puede aplicar a cualquier planta capaz de autopolinizarse, para la cual la producción de semillas híbridas es de interés comercial.
La invención también proporciona un método para obtener plantas masculinas estériles homocigóticas. Éste puede llevarse a cabo autopolinizando las plantas masculinas estériles de acuerdo con la invención. El desarrollo de polen de estas plantas puede rescatarse superando la inhibición de la síntesis in vivo de proteínas de MS2. La inhibición de la expresión del gen MS2 puede sortearse permitiendo la producción in vivo (temporal) de proteína de MS2 en el tapetum de la planta. Esto se puede conseguir introduciendo, además del gen inhibidor, un gen reparador bajo el control de un promotor inducible. En esta configuración, la expresión del gen reparador puede controlarse de manera externa añadiendo un inductor apropiado. Preferentemente, dicho gen reparador incluye un gen que contiene al menos parte del gen MS2, que es capaz, tras la expresión, de inhibir el efecto de la expresión del gen MS2 antisentido. Alternativamente, se pueden emplear otros enfoques para inhibir la expresión de un gen inhibidor como se describe en la Solicitud de Patente Internacional WO92/18625, MOGEN International N.V.
Si se realizan cultivos híbridos por su semilla o fruto, se necesita la restauración inducible de la fertilidad. La esterilidad masculina se debe entonces eliminar para permitir la polinización y la cosecha de la semilla o el fruto. La reparación de la fertilidad masculina puede invocarse administrando un inductor al cultivo en el campo, lo que provoca una expresión suficientemente alta del gen reparador para neutralizar la inhibición del gen MS2 por parte del gen inhibidor.
Ventajas
Métodos anteriores para proporcionar plantas masculinas estériles nucleares implican la expresión de genes que codifican productos que son tóxicos para las células somáticas, tales como ADNasas, ARNasas, proteasas o una de las enzimas implicadas en la ruta de la biosíntesis de chalcona. La chalcona es un componente clave en la ruta de biosíntesis de flavonoides. Los flavonoides son metabolitos secundarios conocidos por poseer una función clave en la pigmentación de las flores y los frutos. Además, al parecer, los flavonoides están implicados en la defensa contra los fitopatógenos (Lamb et al., 1989), la protección contra la luz UV (Schmelzer et al., 1988) y la inducción de la nodulación (Long et al., 1989). Los flavonoides también se han visto implicados en la regulación del transporte de auxina (Jacobs y Rubery, 1988) y la resistencia a los insectos (Hedin y Waage, 1986).
Como consecuencia de las propiedades mencionadas anteriormente de los productos tóxicos o el papel del producto del gen inhibido en la planta, sólo se necesita un desarrollo estricto y una expresión de especificidad del tejido limitada a las anteras. El presente método no necesariamente requiere dicho desarrollo estricto ni dicha expresión de especificidad del tejido.
Las plantas masculinas estériles de acuerdo con la invención son extremadamente estériles y su aspecto es completamente femenino fértil.
La presente invención también proporciona métodos para obtener plantas masculinas estériles homocigóticas. Sólo se necesitan unas cuantas que puedan multiplicarse in vitro mediante técnicas bien establecidas. La planta aceptora masculina estéril homocigótica se poliniza mediante polinización cruzada con la planta donante masculina fértil y la semilla masculina estéril heterocigótica empleada para la producción de cultivos híbridos. De las semillas híbridas producidas, el 50% serán masculinas estériles y el 50% masculinas fértiles. Por si esta relación no fuera suficiente para la obtención de un producto comercial de gran rendimiento (es decir, semillas o frutos) mediante autopolinización, esta relación puede mejorarse con la restauración parcial de la esterilidad masculina mediante la administración de un inductor para activar la expresión del gen restaurador.
Parte experimental Construcción del plasmidio cwEnN::I
El plasmidio cwEnN::I empleado para la transformación de Agrobacterium tumefaciens se construyó con el objetivo de diseñar un ensayo de escisión fenotípica utilizando la resistencia a la kanamicina, para la familia de transposones En-I, que puede emplearse en una serie de especies vegetales. El vector binario pGDW3.1 (Wing et al., 1989) era la fuente del gen promotor higromicina fosfotransferasa (PHT) de nopalina sintasa (nos) quimérica empleado para la selección durante la transformación. Primero se insertó un gen de neomicina fosfotransferasa II (NPTII) quimérica en pGDW3.1, que es similar al gen de NPTI empleado por Baker et al. (1987) excepto que se introdujo un enlazador ClaI en 5' al único BamHI presente en el conductor no traducido entre el promotor T_{R}I' y la región codogénica NPTII. Esto introdujo un inicio de la traducción (GCGATGG) en 5' con respecto al sitio BamHI. Además, el incio de la traducción de NPTII se eliminó intercambiando las secuencias de genes NPTII del plasmidio pBCK1 (Kaulen et al., 1984) más abajo del sitio BamHI. Ello generó el plasmidio pBHN en el que un inicio de traducción está presente más arriba en la cadena del único sitio BamHI en el cual un elemento I, I-6078 de 2,2 kb con ADN flanqueante de 56 pb (Pereira y Saedler, 1989), se insertó para generar el plasmidio pBHNI. En-1 (Pereira et al., 1986) fue digerido con BssHII, lo cual corta en las posiciones 399 y 8041, que se han vuelto romas con el fragmento de Klenow de ADN polimerasa I y fue clonado entre la casete del promotor 35S-terminador del virus del mosaico de la coliflor (CaMV), originado a partir de pD51 (Pietrzak et al., 1986) en pBR322. Este En de ala de punta recortada (cwEN) bajo el control del promotor 35S fue clonado a continuación en el vector binario pBHNI para producir el plasmidio cwEn::I (Figura 1), que fue trasladado a la cadena de Agrobacterium pGV3101 (pMP90RK) (Koncz y Schell, 1986).
Transformación, propagación y ensayo de escisión fenotípica de una planta
Para la transformación de una planta, los explantes de la raíz del ecotipo Landsberg erecta fueron infectados con la cepa de Agrobacterium que contiene la construcción del vector binario, según un método descrito por Valvekens et al. (1988). Los callos transformados se seleccionaron en un medio que contenía higromicina a 20 mg.l^{-1}. Los brotes emergentes T_{1} se cultivaron sin selección y se permitió la autopolinización y la producción de semillas in vitro. La producción de semillas de A. thaliana es muy pobre in vitro debido a la elevada humedad. Esto se resolvió levantando un poco la tapadera de los receptáculos. Las condiciones de cultivo eran de 12 a 16 horas de luz a 22ºC en cámaras de desarrollo. Las semillas de T_{2} y generaciones posteriores fueron esterilizadas en tubos Eppendorf mediante un tratamiento con etanol al 70% (2 min), 50% de lejía comercial (5% de hipoclorito sódico, 5 min) y cinco lavados posteriores con agua estéril. Las semillas se sembraron o bien húmedas o bien secas en un medio GM (Valvekens et al., 1988) o en MS de fuerza media (Murashige y Skoog, 1962) solidificado con un 0,8% de agar purificado. Para determinar el número de loci de T-ADN, las semillas se sembraron mayoritariamente en MS de fuerza media con 20mg.l^{-1} de higromicina. La no utilización de azúcar en el medio permitió la esterilización con etanol al 70% durante 2 min y sólo dos o tres lavados con agua estéril. La segregación de la resistencia a antibióticos se anotó 5 a 10 días después de la germinación. Si era necesario, las plántulas se transferían a suelo (compost:vermiculita:arena = 4:1:1) y se cultivaban en un invernadero de clima controlado a 20ºC con luz adicional (16 h). Para evitar la polinización cruzada y la proliferación de semillas, las plantas se cultivaban en contenedores Aracon (Beta Developments, Gante, Bélgica). Para los ensayos de escisión fenotípica, las semillas se hicieron germinar en un medio GM que contenía 100 mg.l^{-1} de sulfato de kanamicina. La resistencia, la variegación o la sensibilidad se anotó 5 a 10 días después de la germinación. Las plántulas abigarradas y sensibles se transferían a un GM sin antibióticos para rescatarlas antes de transferirlas al suelo.
El número de ploidías se determinó contando los cloroplastos de las células guardianas estomáticas de la epidermis inferior de las hojas jóvenes como describe Detrez et al. (1989). Se tuvieron en cuenta al menos 25 estomas de diferentes plantas T_{2} y T_{3}.
Aislamiento de ADN genómico
El ADN genómico se aisló a partir de hojas jóvenes de plantas individuales cultivadas en invernadero tanto para el análisis PCR como el de Southern. El método que utilizaron los autores de la invención fue una versión modificada del descrito por Dellaporta et al. (1983). Se trituraron 100 mg de tejido de hoja congelado con N_{2} líquido en un tubo Eppendorf de 1,5 ml y se mezclaron con 300 \mul de tampón de extracción (Tris-HCl 100 mM pH 8,0, EDTA 50 mM pH 8,0, NaCl 500 mM, \beta-mercapto-etanol 10 mM) y 25 \mul del SDS al 20%. La mezcla se incubó a 65ºC durante 10 min, después de lo cual se añadieron 115 \mul de acetato potásico 5 M, se mezcló y se guardó en hielo durante al menos 20 min y, a continuación, se centrifugó. El ADN se precipitó a partir del sobrenadante resultante añadiendo de 0,6 a 2 volúmenes de isopropanol y, si era necesario, se mantenía a -20ºC durante unas cuantas horas. El sedimento se volvió a disolver en 200 \mul de TE (Tris-HCI 10 mM pH 8,0, EDTA 1 mM pH 8,0) se centrifugó durante 5 min para eliminar restos, se transfirió a un nuevo tubo y se añadió RNasa A a 20 \mug.ml^{-1}. La mezcla de la reacción se incubó a 37ºC durante 15 min cuando se añadió Proteinasa K hasta 50 \mug.ml^{-1}. Después de otros 15 min a 37ºC, se extrajo la solución con fenol-cloroformo. El ADN se precipitó de nuevo añadiendo 0,25 volúmenes de acetato amónico 10 M y 2 volúmenes de etanol al 100%. El sedimento se disolvió en 20 \mul de TE. Este proceso se adaptó a escala tanto hacia arriba como hacia abajo si se empleaban diferentes cantidades de tejido de hoja. En general, producía de aproximadamente 1 a 2 \mug de ADN por 100 mg de tejido de hoja.
Metodología de ADN
La subclonación de ADN, los análisis de restricción y la secuenciación se realizaron empleando procedimientos estándares bien conocidos por expertos en la técnica, véase, por ejemplo, Maniatis et al., 1982.
Análisis de PCR y de la secuencia
El análisis inverso de PCR para amplificar el ADN flanqueante de transposones de transformantes se realizó con 100 a 200 ng de ADN genómico. Para la reacción se emplearon 15 pmol de cada cebador, 0,1 mM de dNTPs (cantidades iguales de cada dNTP) y 0,1 unidad de ADN-polimerasa SuperTaq (HT Biotechnology Ltd., Cambridge, Inglaterra) en un volumen total de 50 \mul de tampón de reacción como se proporciona junto con la enzima (Tris-HCI 10 mM pH 9,0, KCl 50 mM, 0,01% de gelatina (p/v), MgCl_{2} 1,5 mM y Tritón X-100 al 0,1%). Se realizaron 30 ciclos de desnaturalización (94ºC, 30 s), la hibridación de ácidos nucleicos (61ºC, 60 seg.) y la extensión (72ºC, 60 s). Una décima parte del volumen de producto PCR se comprobó en gel agarosa y si se consideró de interés, se clonó en Bluescript SK^{+} como un fragmento de extremos romos después del tratamiento con Klenow y la elución con gel. El análisis de la secuencia se realizó en plasmidio de super-hélice de doble cadena empleando un secuenciador automatizado (Applied Biosystems). Inicialmente se secuenciaba una cadena y, si era necesario, las dos cadenas.
Análisis del borrón Southern
El ADN genómico se digirió con EcoRI y BgIII y de 0,5 a 1 \mug se separaron en un gel de agarosa al 0,8% en tampón de dución de Tris-acetato. Tras la electroforesis, el ADN se transfirió con álcali a una membrana de Gene Screen Plus mediante transferencia al vacío. Se realizó la prehibridación y la hibridación de los borrones siguiendo el proceso recomendado por el fabricante de la membrana. Las sondas (Figura 1) fueron de fragmentos de ADN al azar marcados con [^{32}P] de calidad excelente. Se empleó un fragmento de 0,27 kb que contenía el borde izquierdo de En (hasta un sitio de restricción SalI) para detectar elementos I. La sonda del borde derecho del T-ADN era un fragmento de 1,1 kb que contenía el gen HPT. Se empleó un fragmento de 1,8 kb que contenía el gen NPTII completo más terminador de octopina sintasa (ocs) para detectar fragmentos de la escisión. En el experimento que se muestra en la figura 5 se empleó ADNc de MS2 como sonda. Tras la hibridación, las membranas se lavaron dos veces con 2xSSC, SDS al un 1% a 65ºC durante 30 minutos y se les realizó una autorradiografía en películas de rayos X (Fuji o Kodak) a -80ºC utilizando pantallas intensificadoras.
Aislamiento de ARN
Se recogió material vegetal, se congeló en N_{2} líquido y se trituró empleando mortero y mano de almirez. Se añadieron volúmenes iguales de tampón de extracción (Tris-HCI 0,1 M, pH 9,0, SDS al 1%, LiCl 0,1 M, EDTA 0,01 M) y fenol (4 ml de cada) y la mezcla se incubó a 60ºC. Tras la centrifugación a 4ºC (10 min, 3000 rpm) y la capa acuosa se extrajo con 5 ml de cloroformo, se recogió y, tras añadir 1/3 del volumen de LiCl 8 M, se permitió al ARN que se precipitara durante una noche a 4ºC. El precipitado de ARN se recogió mediante centrifugación a 4ºC (10 min, 12000 rpm) y se lavó dos veces con etanol al 70%. El sedimento secado se disolvió finalmente en tampón fosfato 0,06 M pH 6,5.
Transferencia Northern
5 \mul de ARN (2 \mug/ul) se desnaturalizan en 5 \mul de glioxal y 10 \mul de DMSO durante 60 min a 50ºC y se separan según longitud en gel agarosa al 1% (3,5 h, 40 V) en tampón fosfato 15 mM. Posteriormente, el ARN se transfirió a una membrana Hybond N de acuerdo con el fabricante (Amersham). Se realiza la prehibridación y la hibridación del borrón siguiendo el proceso recomendado por el fabricante de la membrana. La sonda (ADNc de MS2) al azar estaba marcada con [^{32}P] de primera calidad. Tras la hibridación, las membranas se lavaron dos veces con 2xSSC, SDS al 1% a 65ºC durante 30 minutos y se les realizó una autorradiografía en películas de rayos X (Fuji o Kodak) a -80ºC utilizando pantallas intensificadoras.
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Claims (10)

1. Un gen aislado del banco de ADNc de una planta que codifica una proteína que está implicada en el desarrollo del polen, caracterizado dicho gen por la secuencia de nucleótidos SEQ ID NO:1:
1
2. Un promotor del gen según la reivindicación 1 aislado del ADN cromosómico de una planta, caracterizado dicho promotor por la secuencia de nucleótidos:
3
3. Un polinucleótido recombinante para obtener una planta masculina estéril, que comprende:
a)
un gen sentido o un gen antisentido capaz de inhibir la expresión de un gen objetivo, en que el gen objetivo es un gen como se define en la reivindicación 1, siendo el gen sentido una secuencia de nucleótidos que puede expresarse como molécula y/o polipéptido de ARN, y siendo el gen antisentido una secuencia de nucleótidos con una homología superior al 50% con el gen objetivo y que pueda expresarse como molécula de ARN, y
b)
un promotor que es activo en el tapetum de dicha planta, vinculado de manera operable a dicho gen sentido o gen antisentido para conseguir la expresión del mismo en el tapetum de dicha planta.
4. Un polinucleótido recombinante según la reivindicación 3, en el que el promotor que es activo en el tapetum de una planta comprende el promotor que tiene la secuencia según se define en la reivindicación 2.
5. Un método para obtener una planta masculina estéril, que comprende los pasos de:
a)
transferir un polinucleótido recombinante según las reivindicaciones 3 ó 4 a células de una planta masculina fértil,
b)
generar plantas totalmente nuevas a partir de células que hayan incorporado dichos polinucleótidos recombinantes, y
c)
seleccionar una planta que sea masculina estéril.
6. Un genoma de planta recombinante que incorpora un polinucleótido recombinante según las reivindicaciones 3 ó 4, con la condición de que el genoma no sea el genoma de Arabidopsis thaliana.
7. Una planta masculina estéril que comprende el genoma de planta recombinante de la reivindicación 6.
8. Una célula, un fruto, una semilla o descendencia que se pueda derivar de una planta masculina estéril según la reivindicación 7 y que comprende en su genoma el polinucleótido recombinante de las reivindicaciones 3 ó 4.
9. Semillas autopolinizadas de una planta masculina estéril según la reivindicación 7 que comprende en su genoma el polinucleótido recombinante de las reivindicaciones 3 ó 4.
10. Una planta masculina estéril homocigótica que se puede obtener a partir de una semilla según la reivindicación 9 y que comprende en su genoma el polinucleótido recombinante de las reivindicaciones 3 ó 4.
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