FR2866348A1 - Plantes ayant une periode de dormance reduite et procedes pour leur production - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une plante ayant une période de dormance réduite, une plante ayant une période de dormance réduite et une époque de bourgeonnement ou de germination uniforme, et un procédé pour produire ces plantes. La teneur en 2-OG intracellulaire de la plante peut être augmentée, par exemple par surexpression d'un gène de GDH intracellulaire dans la plante. Plus spécifiquement, la teneur en 2-OG intracellulaire de la plante peut être augmentée du fait de la surexpression du gène de GDH par introduction dans la plante d'une construction d'acide nucléique capable de stimuler l'expression du gène de GDH, en particulier d'une construction d'acide nucléique capable d'exprimer le gène de GDH.
Description
2866348 1
DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les plantes ayant une période de dormance réduite et plus particulièrement des plantes ayant une période de dormance réduite et un rendement accru.
De plus, la présente invention concerne aussi des procédés pour produire des plantes ayant une période de dormances réduite, et en particulier des procédés pour produire des plantes ayant une période de dormance réduite et un rendement accru.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION La dormance désigne un état dans lequel la plante vivante ne germe pas même si les conditions environnementales comme l'humidité, la température, etc., sont favorables pour le bourgeonnement ou la germination des graines. La dormance est commune dans les graines, les bulbes, les arbres à feuilles caduques ou analogues. La dormance est considérée comme une fonction importante pour protéger une plante contre les environnements inférieurs et pour maintenir ses graines. Cependant, en agriculture moderne, les environnements de culture sont améliorés avec la propagation de la culture en serre ou de la multiculture, de sorte que cette dormance peut entraver largement la culture. De ce fait, des espèces de nombreuses plantes ayant une courte période de dormance ou dépourvues de dormance ont été cultivées activement et d'excellents résultats ont ainsi été obtenus.
De plus, un procédé pour interrompre la dormance des plantes a été développé au moyen d'un traitement artificiel. On considère que la dormance est due principalement à l'accumulation d'inhibiteurs de germination comme l'acide abscissique. Pour sortir de la dormance, on considère qu'une baisse d'inhibiteur de germination ou une augmentation de gibbérelline qui présente une action antagoniste des inhibiteurs de germination est nécessaire. De ce fait, on prévoit des effets d'interruption de la dormance dans les traitements des plantes avec une gibbérelline.
En fait, la gibbérelline présente un effet inducteur de germination pour les graines en dormance de l'avoine, de la laitue, etc., et les bourgeons en dormance de la pomme de terre, du pêcher, du camélia, etc. (Tomokazu Koshiba et Yuji Kamiya, "Science of new plant 2866348 2 hormone", Kodansha Ltd., 2002). En outre, il a été confirmé qu'elle a un effet remarquable pour améliorer la germination des graines de riz, de la famille du blé, de la ramie, de l'arachide de Bromus catharticus, de Bromus inermis Leyss., du radis japonais, de Brassica, de la laitue, de l'aubergine, de la langue de boeuf, de la gloxinie, de kalanchoe, de Primula, de Nigella damascene, etc., et aussi de la fraise, de Aralia cordata Thunberg, etc. (Vegetable horticulture great dictionary, Yokendo, 1977). Bien que la corrélation entre la gibbérelline et la germination ne soit pas claire, l'oignon, la ciboule, l'épinard,. les bulbes à fleurs, etc., sont également considérés comme des plantes à dormance représentatives.
La pomme de terre est aussi une plante à dormance, et le bourgeonnement de la pomme de terre ne peut pas être observé pendant les trois mois environ qui suivent la récolte. Cependant, comme décrit ci-dessus, il a été indiqué que la période de dormance peut être raccourcie par un traitement avec une gibbérelline (Tokushima Test and Research Report of Agriculture, vol. 36, p. 7-17,, 2000) et la pomme de terre est considérée comme un matériel approprié pour examiner la corrélation entre les régulateurs de dormance et les teneurs endogènes en gibbérelline.
La pomme de terre est cultivée sur environ 20 millions de ha (hectares), et son rendement moyen est de 1,48 tonne pour 10 a (ares) et son rendement total est d'environ 300 millions de tonnes. La plus grande surface cultivée est en Russie, suivie par la Chine et la Pologne, et le rendement total de ces surfaces est également de cet ordre. La surface plantée destinée aux pommes de terre au Japon représente environ 130 000 ha et son rendement est d'environ 4 millions de tonnes. Sa consommation est répartie en 44 % pour les matières premières de type amidon, 21 % pour les aliments bruts et 13 % pour les aliments industriels. Cependant, comme la libération des importations entre en vigueur pour le maïs ou le blé, des importations d'amidon à faible coût deviennent possibles. De ce fait, pour gagner cette sévère compétition des prix, il est nécessaire de garantir un système de production ayant simultanément une grande qualité et une grande quantité en améliorant encore la culture des pommes de terre. Spécifiquement, on considère qu'il est nécessaire d'augmenter l'indice d'amidon moyen de 13 % à 18 % et d'augmenter le rendement de production moyen pour 10 a de 4 à 7 tonnes, et de réduire encore les coûts de production à la moitié de leur valeur.
L'indice d'amidon au stade initial du grossissement des tubercules après la formation des tubercules est d'approximativement 0,8 %, après quoi cette valeur augmente avec le grossissement des tubercules. Ainsi, pour augmenter l'indice d'amidon des tubercules, il est important de prévoir une durée suffisante pour le grossissement des tubercules. En outre, comme l'indice d'amidon diminue rapidement quand la température du sol augmente, une température du sol (profondeur de 10 cm) de 17 à 22 C est une température optimale pour une période de grossissement des tubercules. De ce fait, il est souhaitable d'ajuster l'époque de culture de manière que la température à l'époque de la floraison qui initie la formation des tubercules soit d'environ 18 C, et plus spécifiquement, il est recommandé que la plantation de printemps soit réalisée 7 à 10 jours avant que la température de l'air atteigne 10 C et que la plantation d'automne soit réalisée 10 jours avant que la température moyenne atteigne 23 C.
D'autre part, concernant le rendement des tubercules, il est préférable de prévoir une période de grossissement de tubercules suffisante, et le rendement des pommes de terre augmente d'environ 60 à 70 kg par jour pour 10 a pendant la période de grossissement, et il est souhaitable de planter dans les champs aussi tôt que possible compte tenu de la température optimale pour l'indice d'amidon.
De plus, généralement, la durée qui s'étend des tubercules aux bourgeons (période de bourgeonnement) varie, et des variations de 15 jours ne sont pas inhabituelles. En général, par rapport au rendement de bourgeons apparus plus précocement, le rendement des bourgeons apparus plus tardivement diminue, car il n'y a pas de durée suffisante pour le grossissement des tubercules. Si le bourgeonnement est retardé de 15 jours, on estime que le rendement par plante diminue d'une valeur pouvant atteindre 24 %. De cette manière, la variation de la période de bourgeonnement est considérée comme étant un facteur significatif pour la diminution du rendement. Ainsi, un bourgeonnement rapide et uniforme à partir des tubercules, c'est-à-dire de petites variations de croissance sont un facteur essentiel pour augmenter le rendement. (Potato encyclopedia, Minoru Yoshida, Rural Culture Association, 1988).
On considère que la gibbérelline est synthétisée par deux voies: l'une est une voie de l'acide mévalonique dans laquelle la gibbérelline est synthétisée à partir de l'acide mévalonique dérivé de l'acide acétique par le biais du diphosphate d'isopentényle, et l'autre est une voie différente de l'acide mévalonique dans laquelle la gibbérelline est synthétisée par le diphosphate d'isopentényle produit à partir de l'acide pyruvique dérivé du glucose et du glycéraldéhyde-3-phosphate. Le diphosphate d'isopentényle est converti en l'hydrocarbure tétracyclique ent-kaurène par le biais du diphosphate de géranyle, du diphosphate de géranylgéranyle et du diphosphate de ent-copalyle. Puis, lent-kaurène est soumis à trois oxydations successives pour produire de l'acide entkaurénoïque, et l'acide ent-kaurénoïque est soumis à trois oxydations successives pour synthétiser GAl2. La biosynthèse suivant la synthèse de GAl2 est catalysée par la dioxygénase qui utilise le 2-oxoglutarate comme cosubstrat. Actuellement, 100 ou plus de 100 variétés de gibbérellines libres sont répertoriées, mais les gibbérellines actives qui ont une activité physiologique n'en constituent seulement qu'une partie (GAI, GA3, GA4, etc.).
Dans le but d'étudier les effets physiologiques de la gibbérelline, on a tenté d'introduire des gènes impliqués dans la synthèse de la gibbérelline dans une plante. Huang et al., ont produit un transformant en introduisant le gène de la 20-oxydase isolé à partir d'Arabidopsis dans Arabidopsis dans la direction sens, où le gène était surexprimé. Il a été décrit que ce transformant présente des teneurs accrues en GAI, GA9 et GA20, une époque de floraison avancée et une période de dormance des graines réduite, par rapport aux non transformants, mais il a été décrit aussi qu'il existe une anomalie morphologique remarquable dans une plante où l'extension des hypocotyles et des tiges a été observée (Plant Physiology, 118:773-781, 1998). De plus, Carrera et al. ont isolé à partir de pommes de terre un gène codant la GA20-oxydase (StGA20oxl), et l'ont introduit dans des pommes de terre dans la direction sens et dans la direction antisens. Il a été décrit que, quand il a été introduit dans la direction sens et surexprimé, la longueur des entre-noeuds augmentait et que l'époque de bourgeonnement à partir des tubercules était avancée (Plant Journal, 22:247-256, 2000). Cependant, dans un transformant dans lequel un gène codant la GA20-oxydase était introduit dans la direction antisens, la période de dormance était réduite et le nombre et le poids des tubercules étaient largement réduits, de sorte qu'une amélioration du rendement n'a pas été obtenue. De plus, comme on n'a pas observé de différence entre l'époque de bourgeonnement à partir de tubercules de pomme de terre dans lesquels un gène codant la GA20-oxydase était introduit dans la direction antisens et l'époque de bourgeonnement à partir de tubercules du non transformant, les auteurs ont suggéré qu'il n'y avait pas de corrélation entre la GA20-oxydase et la dormance.
D'autre part, indépendamment de l'étude décrite ci-dessus, une plante transgénique dans laquelle un gène de glutamate déshydrogénase (GDH) avait été introduit a été produite, et un gène de GDH (gdhA) dépendant de NADP dérivé de E. coli a été introduit dans le tabac et le maïs dans le but de conférer une résistance à l'herbicide phosphonoglycine. Sur la base de ces études, il a été décrit que son poids sec, sa teneur totale en aminoacides et sa teneur en glucides hydrosolubles étaient sensiblement augmentés (Lightfoot et al., Canada, CA2180786, 1996). De manière similaire, Tian et al. (Chine, CN00109779.2) ont indiqué que le tabac présentait de bons résultats de croissance à la suite de l'introduction d'un gène de GDH dépendant de NADP dérivé de Neurospora par rapport à du tabac dans lequel le gène n'avait pas été introduit. En outre, il a été décrit qu'un gène de GDH dépendant de NADP dérivé de Aspergillus nidulans a été introduit dans des tomates pour augmenter la teneur en aminoacides libres du fruit (demande de brevet japonais publiée avant examen n 2001-238 556, Kisaka et al.) et que le même gène a été introduit dans des pommes de terre de sorte que le poids et le nornbre de tubercules ont augmenté (JP2000-404 322). Cependant, aucun de ces documents ne décrit une variation de la teneur en gibbérelline, et une étude de la dormance n'a pas été réalisée dans ces documents.
Claims (1)
- 2866348 30 A titre de résultat, il a été confirmé que, dans le cas du déversement de la solution test extraite à partir des tubercules de pommes de terre transgéniques, la longueur d'extension de la deuxième gaine foliaire était augmentée par rapport à celle extraite des tubercules de pommes de terre non transgéniques. Ceci suggérait que la teneur en gibberéline active était augmentée dans la solution test provenant des tubercules de pommes de terre transgéniques par rapport à celle provenant des tubercules de pommes de terre non transgéniques. De plus, comme l'effet de la promotion de l'extension sur la deuxième gaine foliaire était inhibé par l'addition de daminozide, l'extension de la deuxième gaine foliaire a été considérée comme étant un effet spécifique de la gibbérelline (figure 5). En outre, comme la promotion de l'extension sur la longueur de la deuxième gaine foliaire semblait être accrue quand la période de stockage des tubercules augmentait, il a été considéré que la dormance serait interrompue par une augmentation progressive de l'activité de la gibbérelline dans les tubercules pendant un stockage à long terme.[Exemple 8]Etude sur le bourgeonnement de pommes de terre transformées Le bourgeonnement de tubercules de pommes de terre transgéniques et de tubercules de pommes de terre non transgéniques de 3 mois après la récolte a été étudié. De nombreux tubercules en bourgeonnement ont été observés pour les pommes de terre transgéniques (40 tubercules parmi 42), mais aucun tubercule en bourgeonnement n'a été observé pour les pommes de terre non transgéniques (0 tubercule parmi 30). De plus, après le traitement à la lumière, un traitement de bourgeonnement a été réalisé pour 10 tubercules de pommes de terre transgéniques et 10 tubercules de pommes de terre non transgéniques à la température ambiante, 25 C, pendant 3 jours, un groupe a été transplanté dans un sol composé uniquement de vermiculite et l'autre groupe ayant le même nombre de tubercules a été maintenu en l'état. Puis, le nombre de bourgeons a été déterminé. Les tubercules transplantés ont été cultivés en serre dans un système clos maintenu à 24 C pendant le jour et à 18 C pendant la nuit, 2866348 31 et le nombre de tubercules ayant des bourgeons au-dessus du sol a été mesuré toutes les semaines.A titre de résultat, un bourgeonnement pour les tubercules de pommes de terre transgéniques a été observé 2 semaines après la transplantation, et tous les tubercules bourgeonnaient 3 semaines après la transplantation pour les tubercules de pommes de terre transgéniques. Au contraire, dans les pommes de terre non transgéniques, un certain bourgeonnement a été observé dans la quatrième semaine, mais un bourgeonnement de tous les tubercules n'a pas été observé même après la septième semaine (figure 6). D'après ces résultats, il a été confirmé que l'époque de bourgeonnement des tubercules de pommes de terre transgéniques était avancée et que le bourgeonnement apparaissait très uniformément.[Exemple 9]Etude sur le rendement de pommes de terre transformées Le rendement a été étudié au moyen des tubercules de pommes de terre transgéniques et de pommes de terre non transgéniques. 0,3 kg de Power Soli (Kureha Chemical Industry Co.) et 1 kg de vermiculite ont été ajoutés à un pot n 7 et un tubercule a été placé dans chaque pot. Dans l'étude, 8 tubercules de pommes de terre transgéniques et 8 tubercules de pommes de terre non transgéniques ont été cultivés, et le poids frais de la partie aérienne, le nombre de tubercules et le poids des tubercules ont été mesurés. Pendant la culture, le nombre de tiges a été normalisé à un par tubercule et de l'eau seulement a été ajoutée sans engrais supplémentaire.A titre de résultat, le poids de la partie aérienne, le poids des tubercules et le nombre de tubercules de pommes de terre transgéniques augmentaient de 1,13 fois, 1,35 fois et 1,24 fois, respectivement, par rapport à ceux des pommes de terre non transgéniques (tableau 2).Tableau 2. Etude sur le rendement cle pommes de terre transformées contenant un gène de GDH introduit Pomme de terre non transgénique Pomme de terre transgénique 2866348 32 Poids frais de la partie aérienne (g) 11, 9 2,1 (1,00) 13,5 2,4 (1,13) Poids des tubercules (g) 41,0 7,0 (1, 00) 55,4 6,5 (1,35) Nombre de tubercules 2,5 0,5 (1,00) 3,1 1,1 (1, 24) Références 1. Canada, CA2180786 2. Chine, CN00109779.2 3. demande de brevet japonais publiée avant examen n 2001-238556 4. Tomokazu Koshiba et Yuji Kamiya, "Science of new plant hormone", Kodansha Ltd., 2002 5. Vegetable horticulture great dictionary, Yokendo, 1977 10 6. Tokushima Test and Research Report of Agriculture, vol. 36, p. 7-17 (2000) 7. Minoru Yoshida, Potato encyclopedia, Rural Culture Association, 1988 8. Plant Physiology, vol. 118, p. 773-781 (1998) 9. Plant Journal, vol. 22, p. 247-256 (2000) 2866348 33REVENDICATIONS1. Procédé pour produire une plante ayant une période de dormance réduite par rapport à celle de plantes naturelles de la même espèce caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'augmentation de la teneur intracellulaire en 2-0G de la plante.2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il produit en outre une plante ayant une époque de bourgeonnement ou de germination uniforme.3. Procédé pour produire une plante ayant une période de dormance réduite par rapport à celle de plantes naturelles de la même espèce, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de surexpression d'un gène de GDH intracellulaire dans la plante.4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il 15 produit en outre une plante ayant une époque de bourgeonnement ou de germination uniforme.5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que l'étape de surexpression du gène de GDH intracellulaire dans la plante est réalisée par introduction dans la plante d'une construction d'acide nucléique capable de stimuler l'expression du gène de GDH.6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que l'étape de surexpression du gène de GDH intracellulaire dans la plante est réalisée par introduction dans la plante d'une construction d'acide nucléique capable d'exprimer le gène de GDH.7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la construction d'acide nucléique comprend une molécule d'acide nucléique codant le polypeptide ayant la séquence d'aminoacides décrite dans SEQ ID NO: 2 ou SEQ ID NO: 4.8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la construction d'acide nucléique s'hybride à une molécule d'acide nucléique ayant la séquence décrite dans SEQ ID NO: 1 ou SEQ ID NO: 3 dans des conditions stringentes, ladite molécule d'acide nucléique codant un polypeptide ayant une activité GDH.9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la plante est choisie dans le groupe consistant en 34 l'avoine, la laitue, la pomme de terre, le pêcher, le camélia, le riz, la famille du blé, le blé, l'orge, la ramie, l'arachide, Bromus catharticus, Bromus inermis Leyss., le radis, le radis japonais, Brassica, l'aubergine, la langue de boeuf, la gloxinie, kalanchoe, Primula, Nigella damascena, la fraise, Aralia cordata Thunberg, l'oignon, la ciboule, l'épinard et les bulbes à fleurs.10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plante est une pomme de terre.11. Plante caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être 10 obtenue par un procédé selon la revendication 1.12. Plante caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par un procédé selon la revendication 2.13. Plante caractérisée en ce qu'elle a une période de dormance réduite par rapport à celle de plantes naturelles de la même espèce, ladite plante surexprimant un gène de GDH intracellulaire.14. Plante caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par un procédé selon la revendication 4.15. Plante selon l'une quelconque des revendications 13 et 14 caractérisée en ce que le gène de GDH comprend une séquence nucléotidique codant le polypeptide ayant la séquence d'aminoacides décrite dans SEQ ID NO: 2 ou SEQ ID NO: 4.16. Plante selon l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisée en ce que le gène de GDH a une séquence capable de s'hybrider à la molécule d'acide nucléique ayant la séquence décrite dans SEQ ID NO: 1 ou SEQ ID NO: 3 dans des conditions stringentes, ledit gène codant un polypeptide ayant une activité GDH.17. Plante selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisée en ce qu'elle est choisie dans le groupe consistant en l'avoine, la laitue, la pomme de terre, le pêcher, le camélia, le riz, la famille du blé, le blé, l'orge, la ramie, l'arachide, Bromus catharticus, Bromus inermis Leyss., le radis, le radis japonais, Brassica, l'aubergine, la langue de boeuf, la gloxinie, kalanchoe, Primula, Nigella damascena, la fraise, Aralia cordata Thunberg, l'oignon, la ciboule, l'épinard et les bulbes à fleurs.18. Plante selon la revendication 17, caractérisée en ce qu'il s'agit 35 d'une pomme de terre.
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