ES2957532T3 - Formación de frutos sin fertilización en tomate - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una planta de tomate que comprende el rasgo de fertilización independiente de la formación de frutos en donde dicho rasgo se puede obtener por introgresión de una planta, cuya semilla representativa se depositó en el NCIMB con el número de acceso NCIMB 41626, NCIMB 41627, NCIMB 41628, NCIMB 41629, NCIMB. 41630 o NCIMB 41631. Dicha planta de tomate se puede obtener cruzando plantas, cuya semilla representativa se depositó en el NCIMB con el número de acceso NCIMB 41626, NCIMB 41627, NCIMB 41628, NCIMB 41629, NCIMB 41630 o NCIMB 41631, con una planta que no muestra el rasgo para obtener una población F1; plantas autofecundadas de la población F1 para obtener una población F2; impedir la polinización de las plantas F2 y permitir que se produzca la formación de frutos; y seleccionar plantas que producen frutos como plantas que muestran formación de frutos independiente de la fertilización. La invención se refiere además a los frutos partenocárpicos, a las semillas de las plantas y al material de propagación de la planta. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Formación de frutos sin fertilización en tomate
Campo de la invención
La invención se refiere a plantas y partes de plantas, en particular hortalizas frutales, que se alteran con respecto a su modo de formación de frutos. Más en particular, esta invención se refiere a tomateras (Solanum lycopersicumL.) que forman frutos sin fertilización. Este modo de formación de frutos se denomina frecuentemente partenocarpia. La invención también se refiere a semillas que son capaces de crecer hasta ser plantas que forman frutos sin fertilización.
Antecedentes de la invención
El cultivo de hortalizas frutales como el tomate tiene como objetivo la producción de variedades comerciales óptimamente adaptadas a un entorno de producción profesional para producir productos comercializables. Es necesario tener en cuenta muchas características durante la selección relacionadas con los rasgos de producción y obtención. Uno de los rasgos más importantes en este sentido se refiere al cuajado de frutos, en particular al cuajado de frutos en condiciones ambientales desfavorables tales como temperaturas altas o bajas y sequía. Estas condiciones pueden ser perjudiciales para la polinización normal y, por lo tanto, la fertilización, lo que conduce a un cuajado deficiente de frutos y, como consecuencia, a la pérdida de rendimiento. Cuando la formación de frutos sin fertilización o partenocarpia puede aprovecharse como rasgo, esta característica importante puede contribuir significativamente a una producción económicamente más eficiente de tomates.
Además de contribuir a la seguridad de la cosecha, la partenocarpia también es importante para la calidad del fruto. Se ha mencionado que los tomates partenocárpicos tienen un mejor sabor, así como un mayor contenido de materia seca en comparación con los frutos sembrados. El mayor nivel de sólidos solubles es especialmente importante para el procesamiento de tomates que se usan en la industria para la producción de concentrado. Además, este fruto puede ser ventajoso para la industria de productos recién cortados que requiere frutos firmes que no sean rezumantes. Además, las aplicaciones industriales o domésticas que requieren la retirada de semillas de los frutos pueden sacar un gran provecho de la partenocarpia.
El cuajado del fruto normalmente depende de la fertilización. La fertilización es el proceso en el que tanto el ovocito como la célula central contenidos dentro del óvulo se fusionan con un espermatozoide suministrado por el tubo polínico. Esta denominada fertilización doble es la etapa que desencadena una cascada de eventos que conduce a la formación del embrión y el endosperma y finalmente a una semilla madura. Las semillas y los tejidos circundantes que se desarrollan generan una señal que estimula el crecimiento del ovario y su desarrollo en un fruto carnoso.
Aparentemente, la fertilización aumenta una cierta barrera de desarrollo que impide la formación del fruto. Este mecanismo asegura que la formación del fruto dependa de la formación de semillas, lo cual tiene sentido dado el papel biológico de los frutos en la dispersión de semillas. Sin embargo, el conocimiento de los eventos fisiológicos y moleculares que desempeñan un papel en las etapas iniciales de la formación de frutos es fragmentario. La implicación de las hormonas vegetales auxina y giberelina está sobradamente documentada aunque su papel preciso sigue siendo elusivo. La aplicación de auxina o giberelina al óvulo no fertilizado conduce en muchas especies de plantas, incluidas las tomateras, a la formación de frutos. De hecho, estas hormonas se aplican en la práctica para mejorar el cuajado de frutos cuando las condiciones de invernadero están por debajo del nivel óptimo. Aunque la aplicación de auxina y giberelina tiene algún valor práctico, aumenta los costes y puede conducir a irregularidades en la forma del fruto. Además de estos efectos exógenos, se supone que las hormonas auxina y giberelina también desempeñan un papel durante la formación de frutos con fertilización, aunque no está claro qué tejidos son la fuente real de estas hormonas. Además, la jerarquía de estas hormonas así como la red reguladora posterior siguen siendo en gran parte desconocidas. Otras hormonas, tales como citoquininas, ácido abscísico, etileno y brasinoesteroides también parecen desempeñar un papel en la formación de frutos.
Parece probable que muchos genes estén implicados en la formación de frutos con fertilización. Sin embargo, actualmente solo unos pocos genes se han caracterizado a este respecto. Por ejemplo, los genes DGT (diageotrópico), ARF7 e IAA9 del tomate se han caracterizado en detalle, así como los genes AUCSIA. EnArabidopsisse ha descrito el mutante fwf, que contiene una mutación en el gen ARF8 que conduce a la formación de silicuas partenocárpicas. Se ha propuesto que la auxina que se forma tras la fertilización aumenta la actividad inhibidora del ARF8 que da como resultado una respuesta que conduce a la formación del fruto. Una lesión genética en el gen ARF8 puede simular la acción de la auxina con respecto a la inactivación del ARF8. Aunque la mayoría de los genes implicados en la formación de frutos aún no se han descubierto, la idea general es que el crecimiento del ovario en un fruto está activamente inhibido hasta que se ha producido la polinización y la fertilización.
Se ha descrito un número de mutantes de tomate que muestran una cierta forma de partenocarpia. Se ha descrito el mutante pat como partenocárpico, aunque este mutante tiene efectos pleiotrópicos tales como anteras cortas (conversiones homeóticas), estambres anómalos y poca fertilidad. Por lo tanto, el mutante pat no se ha implementado en el cultivo comercial para el desarrollo de variedades partenocárpicas.
Otra posible fuente genética para la partenocarpia en el tomate es el mutante pat2. Esta mutación interactúa con las características de crecimiento de la planta que dependen del acervo génico, lo que hace que esta mutación no se pueda aplicar de forma generalizada.
Además, se ha descrito el mutante pat3/pat4 que es poligénico y que muestra un tamaño de fruto reducido.
Los efectos secundarios no deseados de las mutaciones naturales han impulsado la investigación en técnicas transgénicas para lograr la partenocarpia en el tomate. De hecho, se han descrito diferentes técnicas transgénicas para el tomate en las que se ha logrado con éxito la partenocarpia. Varias de estas técnicas interfieren en la homeostasis o la señalización de la auxina. La sobreexpresión del gen de biosíntesis de la auxina, iaaM, bajo el control de un promotor específico del óvulo, tal como el DefH9, conduce a un crecimiento partenocárpico de los frutos. Esta técnica requiere un ajuste fino en el sentido de que se requieren niveles óptimos de producción de auxina para el crecimiento normal del fruto.
La regulación a la baja de los factores de respuesta de la auxina SlARF7 o SIARF8 o el factor de transducción de señales SlIAA9 conduce a la partenocarpia. Además, la regulación a la baja de los llamados genes AUCSIA da como resultado un crecimiento partenocárpico de los frutos. En la mayoría de los casos, se observan fuertes efectos pleiotrópicos tales como frutos huecos, malformados o con morfología foliar alterada.
La interferencia transgénica con señalización de giberelina también puede dar como resultado la partenocarpia. Por ejemplo, la regulación a la baja de la expresión génica de SlDella conduce a la partenocarpia aunque también en este caso se observan fuertes efectos pleiotrópicos en los frutos y las hojas. Otros ejemplos de generación de partenocarpia en el tomate por transgénesis son a través de la regulación a la baja de la expresión del gen de chalcona sintasa o los genes de la familia MADS-box TM8 y TM29. También en estos ejemplos se observan fuertes efectos pleiotrópicos.
Estos ejemplos demuestran que diferentes técnicas que interfieren en el desarrollo del fruto pueden dar como resultado una cierta forma de partenocarpia, es decir, la iniciación de la formación del fruto está desasociada de los desencadenantes generados por el óvulo fertilizado. Sin embargo, en muchos casos, la planta resultante muestra efectos pleiotrópicos, lo cual es obvio cuando se interfiere en la función hormonal. Por lo tanto, existe una gran necesidad de una fuente genética de partenocarpia en el tomate que permita la formación de frutos sin fertilización y que no conduzca a fuertes efectos pleiotrópicos negativos.
Sumario de la invención
Es el objeto de la presente invención proporcionar mutantes de tomate que formen frutos sin fertilización. Otro objetivo de la presente invención es mejorar la formación de frutos sin fertilización sin efectos pleiotrópicos negativos en el crecimiento y desarrollo de la planta.
La invención se refiere así a una tomatera según la reivindicación 1.
La tomatera de la invención no muestra esencialmente efectos pleiotrópicos. Los frutos que se forman sin fertilización tienen las siguientes características:
a) un tamaño que es similar al tamaño de los frutos formados después de la fertilización;
b) la presencia de gelatina en el fruto y la ausencia completa de semillas;
c) un proceso de coloración y maduración que es comparable a los tomates que se forman después de la fertilización.
Se depositaron semillas de M4 de seis mutantes representativos el 19 de junio de 2009 en NCIMB Ltd. (Ferguon Building, Craibone Estate, Bucksburn, Aberdeen, AB21 9YA). LaTabla 1muestra los números de registro del depósito. De estos, el rasgo se puede obtener a partir de una planta cuya semilla representativa se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628, o de su descendencia que conservaba el rasgo.
Tabla 1
Las plantas de la invención, que forman frutos sin fertilización, en particular sin efectos pleiotrópicos, pueden hacerse mediante un método de mutación que comprende:
a) tratar las semillas M0 de una especie de tomatera para ser modificada con un agente mutágeno para obtener semillas M1;
b) cultivar las plantas de las semillas M1 así obtenidas para obtener plantas M1;
c) opcionalmente repetir la etapa b) y c) n veces para obtener semillas M1+n;
d) germinar las semillas M1+n así obtenidas y cultivar las plantas en un invernadero en condiciones prácticas de crecimiento e impidiendo la polinización de las flores por emasculación; y
e) seleccionar las plantas con crecimiento de frutos de flores emasculadas.
Las mutaciones se inducen adecuadamente por medio de mutagénesis química, que puede realizarse poniendo en contacto las semillas con uno o más agentes mutágenos, en particular agentes mutágenos alquilantes, tales como metanosulfonato de etilo (ems), sulfato de dietilo (des), etilenimina (ei), sultona de propano, N-metil-N-nitrosouretano (mnu), N-nitroso-N-metilurea (NMU), N-etil-N-nitrosourea (enu), azida de sodio.
Alternativamente, las mutaciones se inducen por medio de irradiación, que se selecciona, por ejemplo, de irradiación de rayos X, neutrones rápidos o UV.
Las mutaciones también pueden inducirse por medio de ingeniería genética, tal como mediante el uso de oligonucleótidos quiméricos, recombinación homóloga, introducción de genes diana modificados que compiten con el producto endógeno, regulación a la baja a través de interferencia de ARN, microARN artificiales, etc.
Según la invención, los frutos se caracterizan por un tamaño similar a los frutos de una flor fertilizada, los frutos están normalmente llenos de gelatina pero no tienen semillas, los frutos muestran un proceso normal de coloración y maduración.
Las semillas de las plantas de la invención pueden producirse por autopolinización ya que el rasgo de partenocarpia es facultativo y solo se produce tras la emasculación o cuando la planta es o se hace androestéril.
Los alelos de los genes de formación de frutos sin fertilización sin efectos pleiotrópicos son preferentemente piramidados.
Las plantas o partes de plantas de la invención tienen en su genoma la información genética que es responsable de la formación del fruto sin fertilización sin efectos pleiotrópicos. Esta información genética está presente en las semillas depositadas y puede introducirse en otras plantas por diversos medios, por ejemplo, cruce y selección o por técnicas moleculares.
La descendencia de las plantas reivindicadas también son plantas de esta invención. La descendencia no solo es la primera sino también todas las generaciones adicionales siempre que se mantenga la formación de frutos sin fertilización. La descendencia típicamente tiene un ancestro que es una planta que tiene la capacidad de desarrollar frutos sin fertilización como se encuentra en las plantas de las semillas depositadas. Un ancestro pretende abarcar no solo la generación inmediatamente anterior a la planta sino también múltiples generaciones anteriores. Más en particular, el ancestro es una planta de la semilla depositada o una generación posterior descendiente de esta.
Descripción detallada de la invención
La formación de frutos en tomate es un proceso de desarrollo muy regulado que implica muchos genes. Un desencadenante importante para iniciar el desarrollo del fruto es la fertilización. La fertilización genera una señal que, por su actividad espacial y temporal, da como resultado el crecimiento del ovario que finalmente conduce a frutos cosechables. Se ha razonado que la barrera que levantan normalmente los procesos asociados a la fertilización también se puede eliminar mediante lesiones genéticas en genes que tienen un papel específico en la restricción del crecimiento del fruto antes de que se produzca la fertilización. La mayoría de los estudios hasta ahora han interferido en los factores genéticos implicados en la homeostasis y señalización hormonal. Como las hormonas vegetales están implicadas en una gran cantidad de funciones del desarrollo, el riesgo de pleiotropía parece significativo.
Actualmente se desconoce la mayoría de los genes implicados en la formación de frutos. En la investigación que condujo a la presente invención, se decidió por lo tanto seguir un enfoque no sesgado en el que se aplicaron modificaciones genéticas aleatorias en el tomate. Este enfoque no sesgado abarca un procedimiento químico o físico de mutagénesis aleatoria combinado con un procedimiento de selección fenotípico eficiente. Este procedimiento de selección se logra cultivando plantas en condiciones en las que puede monitorizarse el potencial de partenocarpia a través de la cual se pueden identificar esos mutantes que han adquirido la formación de frutos sin fertilización sin efectos pleiotrópicos. Una clara ventaja de este enfoque de cribado es que la calidad del rasgo se puede controlar directamente, es decir, el desarrollo vegetativo así como también el crecimiento normal de los frutos sin semilla, en términos de tamaño, forma, formación de gelatina y maduración, se pueden juzgar inequívocamente.
El enfoque seguido por lo tanto comprende las siguientes etapas:
1. Generación de una población mutante mediante tratamiento de semillas o tejidos vegetales con agentes mutágenos como metilsulfonato de etano (ems).
2. Establecimiento de un cribado fenotípico eficiente en el que la selección se basa en la formación de frutos de flores emasculadas que impide completamente la polinización y, de este modo, la fertilización. Los frutos carecen de semillas y son, en cuanto a su tamaño, forma, formación de gelatina y maduración, comparables a una planta de control casi isogénica no tratada.
3. Caracterización de los mutantes seleccionados con respecto a la partenocarpia, tamaño, forma, formación de gelatina y maduración y la ausencia de efectos pleiotrópicos.
Para crear la variabilidad genética se puede usar mutagénesis inducida. El experto en la técnica conoce varios productos químicos o tratamientos físicos que pueden usarse para inducir mutaciones genéticas en especies de plantas como el tomate. Por ejemplo, se pueden tratar semillas de tomate en una solución que contenga diferentes concentraciones de un mutágeno como ems. El ems principalmente alquila residuos G de una cadena de ADN que durante la replicación del ADN provoca el emparejamiento con T en lugar de C. Por lo tanto, los pares de bases de GC cambian a pares de bases AT a una frecuencia que se determina por la dosis eficaz de ems y la actividad del sistema de reparación de errores de emparejamiento de la planta. La dosis eficaz de ems depende de la concentración usada, el tamaño de la semilla y otras propiedades físicas y el tiempo de incubación de las semillas en la solución de ems.
Las semillas que se han tratado con ems se denominan típicamente semillas M1. Como consecuencia del tratamiento, los tejidos de las semillas M1 contienen mutaciones puntuales aleatorias en los genomas de sus células y las presentes en la subpoblación de células que formarán el tejido de la estirpe germinal (células germinales) se transferirán a la siguiente generación que se denomina M2. Las mutaciones o combinaciones de estas que sean haplo-insuficientes, provocando por tanto la esterilidad, o induciendo la letalidad del embrión, no se transferirán a la generación M2. Un procedimiento similar al descrito anteriormente para el uso de ems se aplica también a otros agentes mutágenos. La población M2 puede usarse en procedimientos de cribado dirigidos a una respuesta triple reducida de plántulas etioladas. Resulta obvio para la persona experta que cualquier población de tomateras que lleve variación genética se puede tomar como material de partida para este cribado fenotípico.
Para determinar la respuesta de las flores emasculadas de las tomateras mutadas se hizo uso de un invernadero normal en el que 7000 plantas mutadas se cultivaron y crecieron con el uso de condiciones prácticas en términos de nutrición, poda y gestión de plagas. Después de que se hubiera producido un cuajado de frutos normal en las dos primeras ramas, todas las flores de la siguiente rama se emascularon. El crecimiento de frutos de las flores emasculadas se monitorizó de forma regular. En aquellos casos en los que se produjo la formación de frutos, se verificó en los frutos la ausencia de semillas, así como su tamaño, forma, formación de gelatina y maduración.
Sorprendentemente se encontró que en los mutantes de baja frecuencia se pueden identificar cuáles forman frutos sin fertilización sin ningún efecto pleiotrópico. Además, los frutos carecen de semillas y son comparables a los frutos de control fertilizados con respecto al tamaño, la forma, la formación de gelatina y la maduración. Cuando los mutantes partenocárpicos identificados de esta manera eran autofertilizados, se obtenían frutos sembrados normales. Por lo tanto, el rasgo partenocárpico identificado por este método es facultativo.
Para confirmar la naturaleza genética del rasgo partenocárpico de los mutantes identificados, las semillas M3 cosechadas se cultivaron en condiciones similares a las usadas para el cribado inicial. Los mutantes partenocárpicos originalmente identificados mostraron nuevamente frutos sin semillas comparables en tamaño, forma, formación de gelatina y maduración a los frutos de control fertilizados. Esto confirma la naturaleza genética de los mutantes partenocárpicos identificados por el enfoque descrito en esta invención.
Aunque los mutantes partenocárpicos que se identificaron eran comparables, las diferencias menores que se observaban pueden reflejar la presencia de diferentes loci mutantes o diferentes formas alélicas de loci idénticos que afectan a este rasgo en la población original.
En caso de mutaciones recesivas, estas dos posibilidades pueden distinguirse fácilmente llevando a cabo ensayos de alelismo que comprendan el cruce de los dos eventos mutantes que deben ser o deben hacerse homocigóticos y determinar el fenotipo del híbrido. En caso de alelismo de las mutaciones, el desarrollo del fruto partenocárpico resultará evidente en la F1, mientras que en caso de que el fenotipo en los mutantes esté determinado por diferentes loci recesivos, este no será el caso. En caso de un evento con una mutación dominante y un evento con una mutación recesiva, la F1 entre estas dos muestra el rasgo de partenocarpia, pero cuando el rasgo se separa en la F2, muestra que las mutaciones no son alélicas. Cuando las mutaciones de dos eventos son dominantes, entonces la F1 muestra el rasgo de partenocarpia y el rasgo se separa en la F2 si no son alélicas, pero la F2 completa expresará el rasgo si hay alelismo de las mutaciones.
Como se aplicó mutagénesis aleatoria para generar la población inicial, las mutaciones en el acervo génico también pueden contribuir a la variación del fenotipo vegetal en las condiciones experimentales. Para discriminar entre mutaciones individuales de diferente resistencia y un efecto combinado de mutación en el acervo génico, se realizan retrocruces para crear acervos génicos uniformes para los diferentes eventos partenocárpicos. Este procedimiento es más relevante para determinar si las mutaciones en loci específicos implicados en partenocarpia muestran efectos pleiotrópicos.
Los frutos partenocárpicos producidos por las plantas de la invención son 100 % sin semillas en comparación con los frutos formados después de la fertilización.
En una realización, la invención se refiere a una tomatera que muestra el rasgo sin fertilización o formación de frutos partenocárpicos en donde dicho rasgo se puede obtener mediante introgresión de una planta cultivada a partir de una semilla que se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628.
En una realización, la invención se refiere a una tomatera que muestra el rasgo sin fertilización o formación de frutos partenocárpicos en donde dicho rasgo se introgresó a partir de una planta cultivada de una semilla que se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628.
“ Introgresión” como se usa en la presente memoria pretende indicar la introducción de un rasgo en una planta que no lleva el rasgo por medio de cruce, retrocruce y selección.
Cabe señalar que si el criterio o los criterios de selección está o están claramente definidos, el experto podrá identificar los descendientes que lleven el rasgo en cualquier generación posterior. Para el rasgo de la invención, los descendientes de un cruce entre una planta que no lleva el rasgo de formación de frutos partenocárpicos y una planta que lleva el rasgo de formación de frutos partenocárpicos como se encuentra en las plantas cuyas semillas representativas se depositaron con el número de registro NCIMB 41628, pueden identificarse cultivando plantas F2 a partir de semillas que son el resultado del cruce inicial y una etapa de autofecundación, impidiendo la polinización de las plantas así obtenidas y seleccionando plantas que produzcan frutos como plantas que formen frutos partenocárpicos.
Una tomatera que comprenda el rasgo de formación de frutos sin fertilización se puede obtener:
a) cruzando plantas cuya semilla representativa se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628 con una planta que no muestre el rasgo para obtener una población F1;
b) autofecundando plantas de la población F1 para obtener una población F2;
c) impidiendo la polinización de las plantas F2 y permitiendo que se produzca la formación de frutos; y
d) seleccionando plantas que produzcan frutos como plantas que formen frutos sin fertilización.
La polinización se puede impedir de varias maneras. En primer lugar, las flores se pueden emascular.
Como alternativa, las plantas que llevan el rasgo de partenocarpia que se usan en la etapa a) del método anterior pueden ser o pueden hacerse androestériles, en particular, androestériles génicas (GMS) o androestériles citoplasmáticas (CMS). Estas plantas GMS no son plantas que se cultivan directamente a partir de las semillas depositadas sino que llevan el rasgo de partenocarpia como se encuentra en las plantas cultivadas a partir de las semillas depositadas. Por lo tanto, la polinización en la etapa c) del método anterior se impide usando tomateras en la etapa a) que son homocigóticas en androesterilidad, y seleccionando plantas androestériles en la F2 como el medio para impedir la polinización.
La presencia de la información genética que es responsable del rasgo de la invención, es decir, la formación de frutos sin fertilización, en el genoma de una planta que forma frutos partenocárpicos puede determinarse con la siguiente prueba. La planta que someter a prueba debe ser o debe hacerse homocigótica para la información genética responsable de la formación de frutos sin fertilización. El experto sabe cómo obtener una planta que sea homocigótica en relación con el rasgo que someter a prueba.
A continuación, esta planta se cruza con una planta de muestra que lleva la información genética que es responsable del rasgo de la invención en condiciones homocigóticas. Si la planta que someter a prueba tiene una formación de frutos sin fertilización como resultado de la misma información genética que es responsable del rasgo de la invención, todas las plantas descendientes del primer cruce y las generaciones sucesivas expresarán el rasgo. Si la formación de frutos sin fertilización de la planta que someter a prueba es el resultado de una parte diferente del genoma, p. ej. otro gen o locus, se producirá la separación en el primer cruce y/o en las generaciones sucesivas. La planta de muestra puede ser cualquier planta que lleve la información genética de la invención en condiciones homocigóticas, tal como plantas que se cultiven directamente a partir de las semillas depositadas o de la descendencia de las mismas que ha conservado el rasgo.
En una realización de la invención, se proporciona una tomatera cuyos frutos se forman sin fertilización y, por lo tanto, cuando se cruzan con una planta de muestra cultivada a partir de una semilla como la depositada en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628 que comprende el rasgo de partenocarpia de la invención, o una planta descendiente de la misma que comprende el rasgo de partenocarpia comprendido en tomateras cuya semilla representativa se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628 o una planta derivada de la misma y que comprende el rasgo de partenocarpia, las plantas de la descendencia de primera generación (F1) de dicho cruce muestran una separación 1:0 para el rasgo de partenocarpia. Tanto en la planta de muestra como en la planta de la invención, el rasgo de partenocarpia está presente en condiciones homocigóticas. Las plantas de la segunda generación y posteriores, si se obtienen mediante autofecundación, también muestran una separación 1:0 en la formación de frutos sin fertilización.
La formación de frutos sin fertilización de la invención tiene una base genética en el genoma de la tomatera. Con el cruce descrito anteriormente con una planta de muestra, las plantas pueden identificarse como plantas de la invención. La planta de muestra puede ser una planta cuya semilla representativa se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628. Cuando la información genética responsable del rasgo de partenocarpia contenido en cualquiera de los depósitos está presente en una planta, la planta es una planta de la invención.
Las tomateras según la invención pueden dar, entre otros, los siguientes tipos de frutos: corazón de buey, cherry, cóctel, intermedio, pera, redondo, etc.
La invención se refiere además a una semilla de las tomateras de la invención y a otras partes de la planta que son adecuadas para la reproducción sexual, es decir, material de propagación. Estas partes se seleccionan, por ejemplo, del grupo que consiste en microsporas, polen, ovarios, óvulos, sacos embrionarios y ovocitos. Además, la invención se refiere a partes de la planta que son adecuadas para la reproducción vegetativa, en particular esquejes, raíces, tallos, células, protoplastos, etc.
Según un aspecto adicional de la misma, la invención proporciona un injerto de las tomateras de la invención. El injerto comprende células regenerables. Este injerto puede derivarse de hojas, polen, embriones, cotiledones, hipocótilos, células meristemáticas, raíces, ápices radiculares, anteras, flores, semillas y tallos.
La invención también se refiere a la descendencia de las tomateras de la invención. Esta descendencia puede producirse por reproducción sexual o vegetativa de una planta de la invención o una planta de su descendencia. La planta de la descendencia regenerada da frutos sin fertilización de la misma manera o similar a la de una de las plantas cuya semilla representativa fue depositada (Tabla 1). Esto significa que esta descendencia tiene las mismas características que las reivindicadas para las tomateras de la invención. Además de esto, la planta puede modificarse en una o más características. Estas modificaciones adicionales se logran, por ejemplo, por mutagénesis o mediante transformación con un transgén.
Como se usa en la presente memoria, la palabra “descendencia” pretende indicar los retoños o el primero y todos los demás descendientes de un cruce con una planta de la invención que forman frutos sin fertilización. La descendencia de las plantas de la invención son los descendientes de cualquier cruce con una planta de la invención que lleve el rasgo que conduce a la formación de frutos sin fertilización.
La “descendencia” también abarca plantas que lleven el rasgo de la invención obtenidas de otras plantas de la invención por propagación o multiplicación vegetativa.
En la presente memoria también se describen una semilla híbrida y un método para producir una semilla híbrida que comprenda el cruce de una primera planta progenitora con una segunda planta progenitora y la cosecha de la semilla híbrida resultante. En caso de que el rasgo sea recesivo, ambas plantas progenitoras deben ser homocigóticas para el rasgo de formación de frutos sin fertilización para que la semilla híbrida lleve el rasgo de la invención. No tienen que ser necesariamente uniformes para otros rasgos.
Está claro que un progenitor que proporcione el rasgo de la invención no es necesariamente una planta cultivada directamente a partir de las semillas depositadas. El progenitor también puede ser una planta descendiente de la semilla o una planta descendente de semillas que se sabe que tienen o han adquirido el rasgo de la invención por otros medios.
En una realización, la invención se refiere a tomateras que llevan el rasgo de la invención y que han adquirido dicho rasgo mediante la introducción de la información genética que es responsable del rasgo de una fuente adecuada, ya sea mediante reproducción convencional o modificación genética, en particular por cisgénesis o transgénesis. La cisgénesis es la modificación genética de plantas con un gen natural, que codifica un rasgo (agrícola), de la propia planta de cultivo o de una planta donante compatible sexualmente. La transgénesis es la modificación genética de una planta con un gen de una especie no cruzada o un gen sintético.
En una realización, la fuente de la que se adquiere la información genética está formada por plantas cultivadas a partir de las semillas depositadas, o por descendientes sexuales o vegetativos de las mismas.
El germoplasma de plantas de la invención está constituido por todas las características heredadas de un organismo y según la invención abarca al menos el rasgo de formación de frutos sin fertilización de la invención.
La invención se refiere además a células de las tomateras que muestran el rasgo de formación de frutos sin fertilización. Cada célula de estas tomateras lleva la información genética que conduce a la expresión fenotípica de dicho rasgo. La célula puede ser una célula individual o formar parte de una tomatera o ser una parte de una tomatera, tal como el tomate.
En esta memoria descriptiva, los términos “partenocarpia” , “formación de frutos partenocárpicos” y “formación de frutos sin fertilización” se usan indistintamente. Todos significan que los frutos se forman cuando se impide la fertilización de alguna manera, en particular por emasculación o porque la planta es androestéril, ya sea genética, citoplasmática o químicamente.
La invención se ilustrará adicionalmente en los ejemplos que siguen. Los ejemplos no pretenden limitar la invención de ninguna manera. En los ejemplos se hace referencia a las siguientes figuras:
Figura 1:Fenotipo de los frutos de mutantes de tomate partenocárpicos comparados con el control. El panel A muestra frutos cultivados por polinización (izquierda) y flores emasculadas (derecha) de plantas de control negativo. La emasculación conduce a una fuerte reducción del crecimiento del fruto en comparación con los frutos que son el resultado de frutos polinizados. El panel B muestra frutos del mutante partenocárpico 3475 cuando se poliniza (izquierda) o se emascula (derecha). El mutante muestra la formación de frutos sin semilla (ver detalles más abajo).
Figuras 2-11:Comparación de frutos de mutantes partenocárpicos M4 1667-09R.452400 (NCIMB 41626), M42019-09R.452500 (NCIMB 41627), M43475-09R.452800 (NCIMB 41628), M45364-09R.453200 (NCIMB 41629), M45879-09R.453500 (NCIMB 41630) y M4 6162-09R.453700 (NCIMB 41631). El panel izquierdo muestra frutos de flores emasculadas y el panel derecho de flores fertilizadas.
Ejemplos
Ejemplo 1
Modificación genética de tomates mediante metanosulfonato de etilo (ems)
Las semillas de la línea de cultivo de tomates TR306 se trataron con ems mediante la inmersión de aproximadamente 10.000 semillas en una solución aireada de 0,5 % (p/v) de ems durante 24 horas a temperatura ambiente.
Se germinaron las semillas tratadas y se cultivaron las plantas resultantes en un invernadero para producir semillas M2.
Después de la maduración, se cosecharon las semillas M2 y se reunieron en un grupo. El grupo resultante de semillas M2 se usó como material de partida para identificar las plantas M2 individuales con formación de frutos sin fertilización.
La eficacia del procedimiento de modificación genética se evaluó determinando la aparición de plantas blanqueadas, que es indicativo de la pérdida de clorofila debido a modificaciones en genes directa o indirectamente implicados en la formación o acumulación de clorofila.
Ejemplo 2
identificación de tomateras que han obtenido el rasgo de formación de frutos sin fertilización
Se germinaron semillas de tomate M2 en tierra y se cultivaron hasta ser pequeñas plántulas. Posteriormente, aproximadamente 7000 plantas elegidas al azar se transfirieron a un invernadero en el que se cultivaron según la práctica común del cultivo de tomate. Después de que las dos primeras ramas de cada planta se hubieran cuajado de frutos, todas las flores de la tercera rama se emascularon a mano para impedir la polinización. Las plantas se monitorizaron de forma regular para determinar qué mutantes forman frutos sin fertilización. El primer criterio fue la formación de un fruto de un tamaño similar a un fruto sembrado normal que creció en la misma planta como consecuencia de la polinización y la fertilización. Como segundo criterio, se seleccionaron los frutos que no contenían semillas y que se llenaron de gelatina de forma normal. Sobre la base de estos criterios, se seleccionaron 3 mutantes partenocárpicos numerados 3475, 5364 y 5879 como los mejores eventos de las 7000 plantas que se monitorizaron en esta prueba. Los frutos de los mutantes partenocárpicos seleccionados se muestran enFigura 1.
Ejemplo 3
Confirmación de la formación de frutos sin fertilización en la descendencia
Las semillas M3 se produjeron a través de autopolinización de mutantes partenocárpicos seleccionados numerados 1667, 2019, 3475, 5364, 5879 y 6162. Un total de 7 o 12 plantas por población M3 se cultivaron en el invernadero según la práctica común del cultivo de tomate. Las plantas M2 que no formaron frutos partenocárpicos se incluyeron en este experimento (Figura 2) como descendencia de control negativo. En cada planta, las flores de la tercera rama se emascularon a mano y se monitorizó la formación de frutos. Se observó que, para cada planta de la población M3 derivada de mutantes 1667 (Figura 3), 2019 (Figura 4), 3475 (Figura 5), 5364 (Figura 7), 5879 (Figura 9) y 6162 (Figura 11), la rama emasculada formó frutos partenocárpicos, es decir, los frutos tenían un tamaño normal, no contenían semillas, se llenaron de gelatina de forma normal y mostraron una maduración normal. Esto muestra que el rasgo partenocárpico identificado por el método dado por esta invención tiene una base genética.
Las plantas M2 de 3475, 5364 y 5879 también se propagaron a través de esquejes. Estas plantas produjeron frutos que mostraban las mismas características de fruto que la planta M3 correspondiente (Figuras 6, 8y10,respectivamente).
Ejemplo 4
Producción de una generación F1 y F2
Para demostrar que el rasgo de formación de frutos sin fertilización de la invención también se puede introducir en otros tipos de tomate, también se hicieron cruces con otras líneas de tomate diversas. La descendencia F1 y/o F2 resultante produjo frutos de flores emasculadas que son similares en apariencia y características en comparación con los frutos cultivados a partir de flores fertilizadas de la misma planta.
Claims (3)
- REIVINDICACIONESi. Una tomatera que comprende el rasgo de formación de frutos sin fertilización sin efectos pleiotrópicos negativos seleccionados de frutos malformados, anteras cortas, estambres anómalos y baja fertilidad, en donde los frutos que se forman sin fertilización tienen las siguientes características:a) un tamaño que es similar al tamaño de los frutos formados después de la fertilización;b) la presencia de gelatina en el fruto y la completa ausencia de semillas; yc) un proceso de coloración y maduración que es comparable a tomates que se forman después de la fertilización,en donde dicho rasgo se puede obtener a partir de una planta cuya semilla representativa se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628, o de su descendencia que conservaba el rasgo.
- 2. Una tomatera como se reivindica en la reivindicación 1, en donde el rasgo se obtiene a partir de una planta cuya semilla representativa se depositó en NCIMB con el número de registro NCIMB 41628.
- 3. Material de propagación de la planta de la reivindicación 1 o 2, en donde el material de propagación se selecciona de semillas, partes de la planta que son adecuadas para la reproducción sexual, en particular microsporas, polen, ovarios, óvulos, sacos embrionarios y ovocitos, partes de la planta que son adecuadas para la reproducción vegetativa, en particular esquejes, raíces, tallos, células y protoplastos, injertos de células regenerables, partes de la planta que son adecuadas para preparar injertos, en particular hojas, polen, embriones, cotiledones, hipocótilos, células meristemáticas, raíces, ápices radiculares, anteras, flores, semillas y tallos, en donde la planta producida a partir del material de propagación comprende el rasgo de formación de frutos sin fertilización.
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