ES2304455T3 - Promotor 7s alfa especifico de la semilla para expresion de los genes en las plantas. - Google Patents

Promotor 7s alfa especifico de la semilla para expresion de los genes en las plantas. Download PDF

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ES2304455T3 ES02775982T ES02775982T ES2304455T3 ES 2304455 T3 ES2304455 T3 ES 2304455T3 ES 02775982 T ES02775982 T ES 02775982T ES 02775982 T ES02775982 T ES 02775982T ES 2304455 T3 ES2304455 T3 ES 2304455T3
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Abstract

Una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5'' a 3'': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 superior al 90% y complementos de las mismas, y una secuencia estructural de ácido nucleico operativamente enlazada, en donde el promotor es heterólogo con respecto a la secuencia estructural de ácido nucleico, y en donde el promotor es específico de la semilla.

Description

Promotor 7S\alpha específico de la semilla para expresión de los genes en las plantas.
La presente invención se relaciona con el campo de la genética de las plantas. Más específicamente, la presente invención se relaciona con la expresión de genes específicos de la semilla.
Las semillas proveen una importante fuente de proteína de dieta para humanos y ganado. Sin embargo, el contenido de proteína de las semillas a menudo es incompleto. Por ejemplo, muchas proteínas de semilla son deficientes en uno o más aminoácidos esenciales. Esta deficiencia se puede superar modificando genéticamente las proteínas nativas o las no nativas para tener una composición nutricionalmente más completa de aminoácidos (o algunas otras características deseables) y para sobreexpresar las proteínas modificadas en las plantas transgénicas. Alternativamente, se podrían introducir uno o más genes en una planta de cultivo para manipular sus rutas metabólicas y modificar el contenido de aminoácidos libres. Estas propuestas son útiles en la producción de cultivos que exhiben importantes rasgos agronómicos, y propiedades nutricionales y farmacéuticas.
A pesar de la disponibilidad de muchas herramientas moleculares, la modificación genética de las semillas a menudo se ve restringida por una acumulación insuficiente de la proteína desarrollada por ingeniería genética. Muchos procesos intracelulares pueden impactar la acumulación total de proteína, incluyendo transcripción, traducción, ensamble de proteínas y plegado, metilación, fosforilación, transporte y proteólisis. La intervención en uno o más de estos procesos puede incrementar la cantidad de proteína producida en semillas modificadas por ingeniería
genética.
La introducción de un gen puede causar efectos nocivos sobre el crecimiento y desarrollo de la planta. Bajo tales circunstancias, la expresión del gen puede necesitar ser limitada al tejido objetivo deseado. Por ejemplo, puede ser necesario expresar un gen de desregulación de un aminoácido en una forma específica para la semilla para evitar un fenotipo indeseado que pueda afectar el rendimiento u otros rasgos agronómicos.
La porción promotora de un gen juega un papel central en el control de la expresión del gen. A lo largo de la región promotora, se ensambla la maquinaria de transcripción y se inicia la transcripción. La iniciación de la transcripción en el promotor puede ser regulada en varias formas. Por ejemplo, un promotor puede ser inducido por la presencia de un compuesto particular, expresar un gen únicamente en un tejido específico, o constitutivamente a través de la planta. Por lo tanto, se puede modificar la transcripción de una secuencia de codificación enlazando operativamente la secuencia de codificación a promotores con diferentes características reguladoras.
Resumen de la invención
La presente invención incluye promotores capaces de generar una transcripción específica en la semilla, y métodos de modificar, producir, y utilizar los mismos. La invención también provee composiciones, células huésped transformadas, plantas transgénicas, y semillas que contienen a los promotores de expresión alta, y métodos para preparar y utilizar los mismos.
La presente invención incluye y provee una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a una secuencia estructural de ácido nucleico, en donde el promotor es heterólogo con respecto a la secuencia estructural de ácido nucleico.
La presente invención incluye y provee un método de transformar una planta de soja que comprende: proveer una molécula de ácido nucleico que incluye en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a una secuencia nucleica estructural; y transforma a la planta con la molécula nucleica.
La presente invención provee un método de expresión de una molécula estructural de ácido nucleico en una semilla que comprende: el cultivo de una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a la molécula estructural de ácido nucleico, en donde la planta transformada produce la semilla y la molécula estructural de ácido nucleico se transcribe en la semilla; y aislamiento de la semilla.
La presente invención provee un método de obtener una semilla mejorada en un producto de un gen estructural que comprende: cultivar una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionado del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a la molécula estructural de ácido nucleico, en donde la planta transformada produce la semilla y la molécula estructural de ácido nucleico se transcribe en la semilla; y aislamiento de la semilla a partir de la planta transformada.
La presente invención provee un método de obtener harina mejorada en un producto de un gen estructural que comprende: cultivar una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a la molécula estructural de ácido nucleico, en donde la planta transformada produce la semilla y la molécula estructural de ácido nucleico se transcribe en la semilla; y preparar la harina que contiene a dicha planta transformada o parte de la misma.
La presente invención provee un método de obtener materia prima mejorada en un producto de un gen estructural que comprende: cultivar una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a la molécula estructural de ácido nucleico, en donde la planta transformada produce la semilla y la molécula estructural de ácido nucleico se transcribe en la semilla; y preparar la harina que contiene a dicha planta transformada o parte de la misma.
La presente invención provee un método de obtener aceite mejorado en un producto de un gen estructural que comprende: cultivar una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde el promotor es específico de la semilla, está operativamente enlazado a la molécula estructural de ácido nucleico, en donde la planta transformada produce la semilla y la molécula estructural de ácido nucleico se transcribe en la semilla; y aislar el aceite.
La presente invención incluye y provee una molécula de ácido nucleico sustancialmente purificada que contiene secuencias de ácido nucleico seleccionadas del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 aproximadamente superior al 90% y complementos de los mismos, en donde la molécula de ácido nucleico es un promotor específico de la semilla.
La presente invención incluye y provee un vector que contiene una secuencia de ácido nucleico, como se definió anteriormente.
La presente invención incluye y provee una célula que contiene un vector como se definió anteriormente.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 exhibe una alineación de secuencia de dos secuencias de ADNc 7S\alpha.
La Figura 2 exhibe la secuencia de p-GEM-T1T.
La Figura 2a es un mapa del plásmido para el vector pMON55548.
La Figura 3 es un mapa del plásmido para el vector pMON8677.
La Figura 3a es un mapa del plásmido para el vector pMON55546.
La Figura 4 es un mapa del plásmido para pMON55547.
La Figura 5 es un mapa del plásmido para el vector pMON55554.
La Figura 6 es un mapa del plásmido para el vector pMON55542.
La Figura 7 es una comparación entre el promotor 7S\alpha y el promotor tARC5.
La Figura 8 es un mapa del plásmido para el vector pMON55553.
La Figura 9 es un mapa del plásmido para el vector pMON55541.
\newpage
Breve descripción de las secuencias
SEQ ID NO: 1 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 2 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 3 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 4 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 5 es un iniciador adaptador (HindIII-P stI) para amplificar al gen GlcA de soja.
SEQ ID NO: 6 es un iniciador primario 7S\alpha para amplificar al gen GlcA de soja.
SEQ ID NO: 7 es un iniciador 7S\alpha anidado (BglII/NcoI) para amplificar al gen GlcA de soja.
SEQ ID NO: 8 es un iniciador 7S\alpha (NcoI/BglII) diseñado para amplificar la región del iniciador del gen GlcA de soja.
SEQ ID NO: 9 es un iniciador adaptador del gen 7S\alpha.
SEQ ID NO: 10 es un iniciador específico del gen 7S\alpha.
SEQ ID NO: 11 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 12 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 13 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
SEQ ID NO: 14 es una secuencia del promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.).
Definiciones
Se proveen las siguientes definiciones como una ayuda para entender la descripción detallada de la presente invención.
Las frases "secuencia codificadora", "secuencia estructural" y "secuencia estructural de ácido nucleico" se refieren a una estructura física que comprende una disposición ordenada de ácidos nucleicos. Los ácidos nucleicos están dispuestos en una serie de tripletes de ácido nucleico que forman cada uno un codón. Cada codón codifica para un aminoácido específico. Por lo tanto, la secuencia de codificación, la secuencia estructural, y la secuencia estructural de ácido nucleico codifican una serie de aminoácidos que forman una proteína, un polipéptido, o secuencia de péptidos. La secuencia de codificación, la secuencia estructural, y la secuencia estructural de ácido nucleico pueden estar contenidas dentro de una molécula mayor de ácido nucleico, vector, o similar. Además, la disposición ordenada de ácidos nucleicos en estas secuencias pueden ser descritas en la forma de un listado de secuencia, figura, tabla, medio electrónico, o similar.
Las frases "secuencia de ADN", "secuencia de ácido nucleico" y "molécula de ácido nucleico" se refieren a una estructura física que comprende una disposición ordenada de ácidos nucleicos. La secuencia de ADN o la secuencia de ácido nucleico pueden estar contenidas dentro de una molécula mayor de ácido nucleico, vector, o similar. Además, la disposición ordenada de ácidos nucleicos en estas secuencias pueden ser descritas en la forma de un listado de secuencia, figura, tabla, medio electrónico, o similar.
El término "expresión" se refiere a la transcripción de un gen para producir al ARNm correspondiente y la traducción de este ARNm para producir al correspondiente producto génico (esto es, un péptido, polipéptido, o proteína).
El término "expresión de ARN antisentido" se refiere a la transcripción de un ADN para producir una primera molécula de ARN capaz de hibridar hasta una segunda molécula de ARN. La formación del híbrido ARN-ARN inhibe la traducción de la segunda molécula de ARN para producir un producto génico.
"Homología" se refiere al nivel de similitud entre dos o más secuencias de ácido nucleico o de aminoácidos en términos del porcentaje de identidad posicional (esto es, similitud de secuencia o de identidad). Homología también se refiere al concepto de propiedades funcionales similares entre diferentes ácidos nucleicos o proteínas.
La frase "heterólogo" se refiere a la relación entre dos o más secuencias de ácido nucleico o de proteína que se derivan de diferentes fuentes. Por ejemplo, un promotor es heterólogo con respecto a una secuencia de codificación si tal combinación no se encuentra normalmente en la naturaleza. Además, una secuencia particular puede ser "heteróloga" con respecto a una célula u organismo dentro del cual se inserta (esto es, no se presenta en forma natural en ese organismo o célula particular).
"Hibridación" se refiere a la habilidad de una hebra de ácido nucleico para unirse con una hebra complementaria a través de un apareamiento de bases. La hibridación se presenta cuando las secuencias complementarias de ácido nucleico en las dos hebras de ácido nucleico hacen contacto entre sí bajo condiciones apropiadas.
La frase "operativamente enlazado" se refiere a la disposición espacial funcional de dos o más regiones de ácido nucleico o secuencias de ácido nucleico. Por ejemplo, una región promotora se puede posicionar con relación a una secuencia de ácido nucleico de tal manera que la transcripción de una secuencia de ácido nucleico está dirigida por medio de la región promotora. Por lo tanto, una región promotora está "operativamente enlazada" a la secuencia de ácido nucleico.
El término "promotor" o "región promotora" se refiere a una secuencia de ácido nucleico, usualmente encontrada secuencia arriba (5') a una secuencia de codificación, que es capaz de dirigir la transcripción de una secuencia de ácido nucleico en ARNm. El promotor o la región promotora proveen típicamente un sitio de reconocimiento para la ARN polimerasa y otros factores necesarios para una iniciación apropiada de la transcripción. Como se contempla aquí, un promotor o región promotora incluye variaciones de promotores derivadas por medio de la inserción o supresión de regiones reguladoras, sometiendo al promotor a mutagénesis aleatorias o dirigidas al sitio, etc. La actividad o fuerza de un promotor se puede medir en términos de las cantidades de ARN que él produce, o la cantidad de la acumulación de proteína en una célula o tejido, con relación a un promotor cuya actividad transcripcional ha sido previamente evaluada.
El término "vector recombinante" se refiere a cualquier agente tal como un plásmido, cósmido, virus, secuencia de replicación autónoma, fago, o secuencia de nucleótidos de ARN o de ADN monocatenario lineal, monocatenario circular, bicatenario lineal, o bicatenario circular. El vector recombinante se puede derivar de cualquier fuente; es capaz de integración genómica o de replicación autónoma.
"Secuencia reguladora" se refiere a una secuencia de nucleótidos localizada secuencia arriba (5'), en, o secuencia abajo (3') a una secuencia de codificación. La transcripción y expresión de la secuencia de codificación es típicamente impactada por la presencia o la ausencia de la secuencia reguladora.
El término "sustancialmente homólogo" se refiere a dos secuencias que son al menos aproximadamente 90% idénticas en secuencia, de acuerdo a lo medido por medio del programa Best Fit descrito aquí (Versión 10; Genetics Computer Group, Inc., University of Wisconsin Biotechnology Center, Madison, WI), utilizando parámetros por defecto.
El término "transformación" se refiere a la introducción de ácido nucleico en un huésped receptor. El término "huésped" se refiere a células bacterianas, hongos, animales o células animales, plantas o semillas, o a cualquiera de las partes de la planta o tejidos incluyendo células de plantas, protoplastos, callos, raíces, tubérculos, semillas, tallos, hojas, brotes, embriones, y polen.
Como se lo utiliza aquí, el término "planta transgénica" se refiere a una planta en donde se introduce en forma estable ácido nucleico en un genoma de una planta, por ejemplo, el genoma nuclear o el genoma del plástido.
Como se lo utiliza aquí, el término "sustancialmente purificado" se refiere a una molécula separada sustancialmente de todas las otras moléculas normalmente asociadas con ella en su estado nativo. Más preferiblemente, una molécula sustancialmente purificada es la especie predominante presente en una preparación. Una molécula sustancialmente purificada puede estar libre en más de un 60%, preferiblemente aproximadamente libre en un 75%, más preferiblemente aproximadamente libre en un 90%, y lo más preferible aproximadamente libre en un 95% de las otras moléculas (exclusivas o de solvente) presentes en la mezcla natural. El término "sustancialmente purificada" no pretende abarcar moléculas presentes en su estado nativo.
Descripción detallada de las modalidades preferidas
La presente invención provee promotores capaces de transcribir una secuencia heteróloga estructural de ácido nucleico en una semilla, y métodos de modificar, producir, y utilizar los mismos. La invención también provee composiciones, células huésped transformadas y plantas que contienen promotores específicos de la semilla, y métodos para preparar y utilizar los mismos.
Moléculas de Ácido Nucleico
La presente invención provee moléculas de ácido nucleico seleccionadas a partir del grupo que consiste de la SEQ ID NOs: 11, 12 y una secuencia de ácido nucleico que es en más de un 90% idéntica a las SEQ ID NOs: 11 y 12 y complementos de las mismas, en donde la molécula de ácido nucleico es un promotor específico de la semilla.
La hibridación de ácido nucleico es una técnica bien conocida por aquellos capacitados en el arte de la manipulación el ADN. La propiedad de hibridación de un par dado de ácidos nucleicos es una indicación de su similitud o identidad.
Se pueden utilizar condiciones restrictivas bajas para seleccionar secuencias de ácido nucleico con más bajas identidades de secuencia con una secuencia de ácido nucleico objetivo. Uno puede querer emplear condiciones tales como aproximadamente 0,15 M hasta aproximadamente 0,9 M de cloruro de sodio, en rangos de temperatura aproximadamente desde 20ºC hasta aproximadamente 55ºC.
Se pueden utilizar condiciones altamente restrictivas para seleccionar secuencias de ácido nucleico con grados de identidad superiores con las secuencias de ácido nucleico divulgadas (Sambrook y colaboradores, 1989). (Nota: Todas las citaciones de las referencias se suministran aquí más adelante).
Las condiciones altamente restrictivas involucran típicamente hibridación de ácido nucleico en aproximadamente 2X hasta aproximadamente 10X de SSC (diluido a partir de una solución patrón de SSC 20X que contiene cloruro de sodio 3 M y citrato de sodio 0,3 M, pH 7,0 en agua destilada), aproximadamente desde 2,5X hasta aproximadamente 5X de solución de Denhardt (diluida a partir de una solución patrón de SOX que contiene albúmina de suero bovino al 1% (p/v), Ficoll al 1% (p/v), y polivinilpirrolidona al 1% (p/v) en agua destilada), aproximadamente desde 10 mg/mL hasta aproximadamente 100 mg/mL de ADN de esperma de pescado, y SDS aproximadamente desde 0,02% (w/v) hasta aproximadamente 0,1% (p/v), con una incubación aproximadamente desde 50ºC hasta aproximadamente 70ºC durante varias horas hasta toda la noche. Las condicionas altamente restrictivas son preferiblemente proveidas por SSC 6X, solución de Denhardt 5X, 100 mg/mL de ADN de esperma de pescado, y SDS al 0,1% (p/v), con incubación a 55ºC durante varias horas.
La hibridación es generalmente seguida por varias etapas de lavado. Las composiciones de lavado generalmente contienen SSC desde 0,5X hasta aproximadamente 10X, y SDS desde el 0,01% (p/v) hasta aproximadamente el 0,5% (p/v) con una incubación de 15 minutos aproximadamente desde 20ºC hasta aproximadamente 70ºC. Preferiblemente, los segmentos de ácido nucleico permanecen hibridados después del lavado al menos una vez en SSC 0,1X a 65ºC.
En una modalidad alternativa, la molécula de ácido nucleico comprende una secuencia de ácido nucleico que es superior aproximadamente a 91, aproximadamente a 92, aproximadamente a 93, aproximadamente a 94, aproximadamente a 95, aproximadamente a 96, aproximadamente a 97, aproximadamente a 98, o aproximadamente a 99% de identidad con una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12 y complementos de las mismas.
El porcentaje de identidad de secuencia se determina preferiblemente utilizando el programa "Best Fit" o el programa "Gap" del Sequence Analysis Sftware Package^{TM} (Versión 10, Genetics Computer Group, Inc., University of Winsconsin Biotechnology Center, Madison, WI). "Gap" utiliza el algoritmo de Needleman y Wunsch (Needleman y Wunsch, 1970) para encontrar la alineación de dos secuencias que maximiza el número de concordancias y minimiza el número de vacios. "Best Fit" realiza una alineación óptima del mejor segmento de similitud entre dos secuencias e inserta vacios para maximizar el número de concordancias utilizando el algoritmo de homología local de Smith y Waterman, 1981; Smith y colaboradores, 1983). El porcentaje de identidad se determina más preferiblemente utilizando el programa "Best Fit" usando parámetros por defecto.
Promotores
Las moléculas divulgadas de ácido nucleico son promotoras 7S\alpha específicas de la semilla. En una modalidad particularmente preferida el promotor preferencialmente expresa genes estructurales asociados en el endospermo o el embrión.
En un aspecto, se considera un promotor a un tejido u órgano específico si el nivel de un ARNm en ese tejido u órgano se expresa en un nivel que es al menos 10 veces superior, preferiblemente al menos aproximadamente 100 veces superior o al menos aproximadamente 1.000 veces superior que otro tejido u órgano. El nivel de ARNm se puede medir ya sea en un solo momento o en múltiples momentos y como tal, el incremento en el número de veces puede ser un incremento promedio en el número de veces o un valor extrapolado derivado de valores medidos experimentalmente. Como es una comparación de niveles, se puede utilizar cualquier método que mida los niveles de ARNm. En un aspecto preferido, el tejido o los órganos comparados son una semilla o tejido de semilla con una hoja o tejido de hoja. En otro aspecto preferido, se comparan múltiples tejidos u órganos. Una comparación múltiple preferida es una semilla o tejido de semilla comparada con dos, tres, cuatro o más tejidos u órganos seleccionados del grupo que consiste de tejido floral, ápice floral, polen, hoja, embrión, ápice de vástago, raíz, extremo de la raíz, tejido vascular y cotiledón. Como se utiliza aquí, los ejemplos de órganos de la planta son semilla, hoja, raíz, etc., y ejemplos de tejidos son la primodia de la hoja, el ápice del vástago, el tejido vascular, etc.
La actividad o fuerza de un promotor puede ser medida en términos de la cantidad de ARNm o de acumulación de proteína que el produce específicamente, con relación a la cantidad total de ARNm o de proteína. El promotor expresa preferiblemente una secuencia de ácido nucleico operativamente enlazada en un nivel superior aproximadamente al 2,5%; más preferiblemente aproximadamente superior al 5, aproximadamente 6, aproximadamente 7, aproximadamente 8, o aproximadamente 9%; aún más preferiblemente aproximadamente superior al 10, aproximadamente 11, aproximadamente 12, aproximadamente 13, aproximadamente 14, aproximadamente 15, aproximadamente 16, aproximadamente 17, aproximadamente 18, o aproximadamente 19%; y lo más preferible aproximadamente superior al 20% del ARNm total.
Alternativamente, la actividad o fuerza de un promotor se puede expresar con relación a un promotor bien caracterizado (para el cual la actividad transcripcional fue previamente evaluada). Por ejemplo, un promotor de interés puede estar operativamente enlazado a una secuencia reportera (por ejemplo, GUS) e introducido en un tipo específico de célula. Un promotor conocido puede ser preparado en forma similar e introducido en el mismo contexto celular. La actividad transcripcional del promotor de interés es luego determinada por medio de la comparación de la cantidad de expresión del reportero, con relación al promotor conocido. El contexto celular es preferiblemente
soja.
Secuencias Estructurales de Ácido Nucleico
Los promotores de la presente invención pueden estar operativamente enlazados a una segunda secuencia de ácido nucleico que es heteróloga con respecto a la secuencia de ácido nucleico del promotor. La segunda secuencia de ácido nucleico puede ser generalmente cualquier secuencia de ácido nucleico para la cual se desea un nivel superior de transcripción. La segunda secuencia de ácido nucleico codifica preferiblemente a un polipéptido que es adecuado para incorporación en la dieta de un humano o de un animal, o provee algunas otras características importantes desde el punto de vista agrícola.
Las segundas secuencias adecuadas de ácido nucleico incluyen, sin limitación, a aquellas que codifican a las proteínas de almacenamiento de la semilla, a las enzimas de la ruta del ácido graso, a las enzimas biosintéticas del tocoferol, enzimas biosintéticas de aminoácido, y enzimas de ramificación del almidón.
Las proteínas preferidas de almacenamiento de la semilla incluyen zeinas (patentes estadounidenses Nos.
4.886.878, 4.885.357, 5.215.912, 5.589.616, 5.508.468, 5.939.599, 5.633.436 y 5.990.384;: WO 90/01869, WO 91/
13993, WO 92/14822, WO 93/08682, WO 94/20628, WO 97/28247, WO 98/26064 y WO 99/40209), a las proteínas 7S (patentes estadounidenses Nos. 5.003.045 y 5.576.203), la proteína de la nuez del Brasil (patente estadounidense No. 5.850.024), a las proteínas libres de fenilalanina (WO 96/17064), a la albúmina (WO 97/35023), a la \beta-conglicinina (WO 00/19839), 11S (patente estadounidense No. 6.107.051), a la alfa-hordotionina (patentes estadounidenses Nos. 5.885.802 y 5.885.801), a las proteínas arcelinas de almacenamiento de la semilla (patente estadounidense No. 5.270.200), a las lectinas (patente estadounidense No. 6.110.891) y a las gluteninas (patentes estadounidenses Nos. 5.990.389 y 5.914.450).
Las enzimas preferidas de la ruta del ácido graso incluyen tioesterasas (patentes estadounidenses Nos. 5.512.482, 5.530.186, 5.945.585, 5.639.790, 5.807.893, 5.955.650, 5.955.329, 5.759.829, 5.147.792, 5.304.481, 5.298.421,
5.344.771 y 5.760.206), y desaturasas (patentes estadounidenses Nos. 5.689.050, 5.663.068, 5.614.393, 5.856.157,
6.117.677, 6.043.411, 6.194.167, 5.705.391, 5.663.068, 5.552.306, 6.075.183, 6.051.754, 5.689.050, 5.789.220,
5.057.419, 5.654.402, 5.659.645, 6.100.091, 5.760.206, 6.172.106, 5.952.544, 5.866.789, 5.443.974 y 5.093.249). Las enzimas biosintéticas preferidas de tocoferol incluyen tyrA, slr173, ATPT2, dxs, dxr, GGPPS, HPPD, GMT, MT1, AANT1, slr1737, y una construcción antisentido para la dioxigenasa del ácido homogentísico (Kridl y colaboradores, Seed Sci. Res. 1:209:219 (1991); Keegstra, Cell 56(2):247-53 (1989); Nawrath, y colaboradores, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91:12760-12764 (1994); Xia y colaboradores, J. Gen. Microbiol. 138:1309-1316 (1992); Cyanobase http://www.kazusa.or.jp/cyanobase; Lois y colaboradores, Proc. Natl. Acad Sci. U.S.A. 95(5):2105-2110 (1998); Takahashi y colaboradores, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95(17), 9879-9884 (1998); Norris y colaboradores, Plant Physiol. 117:1317-1323 (1998); Bartley y Scolnik, Plant Physiol. 104:1469-1470 (1994), Smith y colaboradores, Plant J. 11:83-92 (1997); WO 00/32757; WO 00/10380; Saint Guily, y colaboradores, Plant Physiol., 100(2):1069-1071 (1992); Sato y colaboradores, J. DNA Res. 7(1):31-63 (2000)).
Las enzimas biosintéticas preferidas de aminoácido incluyen a la antanilato sintasa (patente estadounidense No. 5.965.727 y WO 97/26366, WO 99/11800, y WO 99/49058), a la triptófano descarboxilasa (WO 99/06581) y a la treonina descarboxilasa (patentes estadounidenses Nos. 5.534.421 y 5.942.660 y WO 95/19442), a la treonina desaminasa (WO 99/02656 y W O98/55601), a la dihidrodipicolinato sintasa (patente estadounidense No. 5.367.110), a la lisina ketoglutarato reductasa (WO 98/42831) y a la aspartato quinasa (patentes estadounidenses Nos. 5.367.110, 5.858.749 y 6.040.160).
Las enzimas preferidas de ramificación del almidón incluyen a aquellas expuestas en las patentes estadounidenses Nos. 6.232.122 y 6.147. 279, y WO 97/22703.
Alternativamente, se pueden diseñar un promotor y una segunda secuencia de ácido nucleico para reducir la expresión de una secuencia específica de ácido nucleico. Esto se logra típicamente enlazando al promotor a una segunda secuencia de ácido nucleico que está orientada en la dirección antisentido. Alguien ordinariamente entrenado en el arte está familiarizado con tal tecnología antisentido. Cualquier secuencia de ácido nucleico puede ser regulada en forma negativa en esta forma.
Alguien ordinariamente entrenado en el arte reconocerá también que se puede diseñar también un promotor de la presente invención para reducir la expresión de una secuencia específica de ácido nucleico utilizando el fenómeno de la cosupresión. Se ha descrito la cosupresión de un gen endógeno utilizando tanto secuencias de ADNc de longitud completa como parcial (Napoli y colaboradores. The Plant Cell 2:279-289 (1990)).
Adicionalmente, también se puede reducir la expresión de una secuencia específica de ácido nucleico por medio de regiones no codificadoras de dicha secuencia de ácido nucleico. Alguien capacitado en el arte puede aislar fácilmente ADN genómico que contiene secuencias que flanquean la región de codificación de dicha secuencia de ácido nucleico, o intrones de dicha región de codificación, y utilizar las regiones no codificadoras para inhibición antisentido o cosupresión.
Los objetivos de tal regulación pueden incluir polipéptidos que tienen un bajo contenido de aminoácidos esenciales, no obstante se expresan a un nivel relativamente alto en un tejido particular. Por ejemplo, la \beta-conglicinina y la glicinina se expresan abundantemente en semillas, pero son nutricionalmente deficientes con respecto a aminoácidos esenciales. Esta aproximación antisentido puede ser utilizada también para remover en forma efectiva otras proteínas indeseables, tales como rechazantes al alimento (por ejemplo, lectinas), albúmina, y alérgenos, a partir de harinas derivadas de la planta o para reducir la expresión de enzimas catabólicas involucradas en la degradación de compuestos deseados tales como aminoácidos esenciales.
Secuencias Estructurales Modificadas de Ácido Nucleico
Los promotores de la presente invención pueden también estar operativamente enlazados a una secuencia estructural modificada de ácido nucleico que sea heteróloga con respecto al promotor. La secuencia estructural de ácido nucleico puede ser modificada para proveer diferentes características deseables. Por ejemplo, una secuencia estructural de ácido nucleico puede ser modificada para incrementar el contenido de aminoácidos esenciales, mejorar la traducción de la secuencia de aminoácidos, alterar las modificaciones postraduccionales (por ejemplo, sitios de fosforilación), transportar un producto traducido a un compartimiento dentro o fuera de la célula, mejorar la estabilidad de la proteína, insertar o suprimir motivos de señalización celular, etc.
En una modalidad preferida, se mejora la secuencia estructural de ácido nucleico para codificar un polipéptido que tiene un contenido incrementado de al menos uno, y más preferiblemente aproximadamente 2, aproximadamente 3, o aproximadamente 4 de los aminoácidos esenciales seleccionados a partir del grupo que consiste de histidina, lisina, metionina, y fenilalanina. Los aminoácidos no esenciales pueden ser también añadidos, según se requiera, para mejoramiento estructural y nutritivo del polipéptido. Las secuencias estructurales de ácido nucleico particularmente adecuadas para tales mejoras incluyen a aquellas que codifican a polipéptidos nativos que se expresan en niveles relativamente altos, tienen un contenido particularmente bajo de aminoácidos esenciales, o ambos. Un ejemplo de estas son las proteínas de almacenamiento de la semilla, tal como la glicinina y la \beta-conglicinina. Otros objetivos adecuados incluyen arcelina, faseolina, lectina, zeinas, y albúmina.
Utilización de un Codón en Secuencias Estructurales de Ácido Nucleico
Debido a la degeneración del código genético, se pueden utilizar diferente codones de nucleótidos para codificar por un aminoácido particular. Una célula huésped a menudo muestra un patrón preferido de utilización de un codón. Las secuencias estructurales de ácido nucleico se construyen preferiblemente para usar el patrón de utilización del codón de la célula huésped particular. Esto generalmente mejora la expresión de la secuencia estructural de ácido nucleico en una célula huésped transformada. Cualquiera de los ácidos nucleicos y de las secuencias de aminoácidos anteriormente descritas puede se modificada para reflejar la utilización preferida del codón de una célula huésped u organismo en el cual están contenidos. La modificación de una secuencia estructural de ácido nucleico para utilización óptima del codón en plantas en plantas, es descrita en la patente estadounidense No. 5.689.052.
Otras Modificaciones de Secuencias Estructurales de Ácido Nucleico
Las variaciones adicionales en las secuencias estructurales de ácido nucleico descritas anteriormente, pueden codificar proteínas que tienen características equivalentes o superiores cuando se las compara con las proteínas a partir de las cuales ellas son modificadas por ingeniería genética. Las mutaciones pueden incluir supresiones, inserciones, truncamientos, sustituciones, fusiones, mezcla de secuencias de motivos, y similares.
Las mutaciones a una secuencia estructural de ácido nucleico se pueden introducir ya sea en una forma específica o aleatoria, siendo ambas bien conocidas por aquellos capacitados en el arte de la biología molecular. Existen innumerables técnicas de mutagénesis dirigida al sitio, típicamente utilizando oligonucleótidos para introducir mutaciones en ubicaciones específicas en una secuencia estructural de ácido nucleico. Los ejemplos incluyen rescate de una única hebra (Kunkel y colaboradores, 1985), eliminación de un sitio único (Deng y Nickloff, 1992), protección de punto crítico (Vandeyar y colaboradores, 1988), y PCR (Costa y colaboradores, 1996). Se pueden generar mutaciones aleatorias o no específicas por medio de agentes químicos (para una revisión general, ver Singer y Kusmierek, 1982) tales como nitrosoguanidina (Cerda-Olmedo y colaboradores, 1968; Guerola y colaboradores, 1971) y 2-aminopurina (Rogan y Bessman, 1970); o por medio de métodos biológicos tales como el paso a través de cepas mutadoras (Greener y colaboradores, 1997). Los métodos adicionales de hacer las alteraciones descritas anteriormente son descritos por Ausubel y colaboradores (1995); Bauer y colaboradores (1985); Craik (1985); Frits Eckstein y colaboradores (1982); Sambrook y colaboradores (1989); Smith y colaboradores (1981); y Osuna y colaboradores (1994).
Las modificaciones pueden resultar ya sea en cambios conservadores o no conservadores en la secuencia de aminoácidos. Los cambios conservadores son cambios que no alteran la secuencia final de aminoácidos de la proteína. En una modalidad preferida, la proteína tiene aproximadamente entre 5 y aproximadamente 500 cambios conservadores, más preferiblemente aproximadamente entre 10 y aproximadamente 300 cambios conservadores, aún más preferiblemente aproximadamente entre 25 y aproximadamente 150 cambios conservadores, y lo más preferible aproximadamente entre 5 y aproximadamente 25 cambios conservadores o aproximadamente entre 1 y aproximadamente 5 cambios conservadores.
Los cambios no conservadores incluyen adiciones, supresiones, y sustituciones que resultan en una secuencia alterada de aminoácidos. En una modalidad preferida, la proteína tiene aproximadamente entre 5 y aproximadamente 500 cambios no conservadores de aminoácidos, más preferiblemente aproximadamente entre 10 y aproximadamente 300 cambios no conservadores de aminoácidos, aún más preferiblemente aproximadamente entre 25 y aproximadamente 150 cambios no conservadores de aminoácidos, y lo más preferiblemente aproximadamente entre 5 y aproximadamente 25 cambios no conservadores de aminoácidos o aproximadamente entre 1 y aproximadamente 5 cambios no conservadores.
Pueden hacerse modificaciones a las secuencias de proteína descritas aquí y a las secuencias de ácido nucleico que las codifican, que mantienen las propiedades deseadas de la molécula. La siguiente es una discusión con base en el cambio de la secuencia de aminoácidos de una proteína para crear una molécula equivalente de segunda generación, o posiblemente mejorada. Los cambios de aminoácidos se pueden lograr cambiando los codones de la secuencia estructural de ácido nucleico, de acuerdo con los codones dados en la Tabla 1.
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TABLA 1 Degeneración del codón de aminoácidos
1
Ciertos aminoácidos pueden ser sustituidos por otros aminoácidos en una secuencia de proteína sin una pérdida apreciable de la actividad deseada. Se contempla entonces que se puedan hacer varios cambios en secuencias de péptidos o secuencias de proteínas, o en sus correspondientes secuencias de ácido nucleico sin una pérdida apreciable de la actividad biológica.
En la realización de tales cambios, se puede considerar el índice hidropático de los aminoácidos. La importancia del índice hidropático del aminoácido en conferir una función biológica interactiva sobre una proteína es generalmente comprendida en el arte (Kyte y Doolittle, 1982). Se acepta que el carácter hidropático relativo del aminoácido contribuye a la estructura secundaria de la proteína resultante, que a su vez define la interacción de la proteína con otras moléculas, por ejemplo, enzimas, sustratos, receptores, ADN, anticuerpos, antígenos, y similares.
A cada aminoácido se le ha asignado un índice hidropático sobre la base de sus características de carga y de hidrofobicidad. Estos son: isoleucina (+4,5); valina (+4,2); leucina (+3,8); fenilalanina (+2,8); cisteína/cisteína (+2,5); metionina (+1,9); alanina (+1,8); glicina (-0,4); treonina (-0,7); serina (-0,8); triptófano (-0,9); tirosina (-1,3); prolina (-1,6); histidina (-3,2); glutamato/glutamina/aspartato/asparagina (-3,5); lisina (-3,9); y arginina (-4,5).
Se conoce en el arte que ciertos aminoácidos pueden ser sustituidos por otros aminoácidos que tienen un índice hidropático similar o puntaje y aún resultan en una proteína con actividad biológica similar, esto es, aún se obtiene una proteína biológicamente funcional. En la realización de tales cambios, se prefiere la sustitución de aminoácidos cuyos índices hidropáticos están entre \pm2, se prefieren aún más aquellos que están entre \pm1, y los más preferidos son aquellos que están entre \pm0,5.
También se entiende en el arte que la sustitución de aminoácidos parecidos puede hacerse efectivamente con base en la hidrofilicidad. La patente estadounidense No. 4.554.101 establece que la hidrofilicidad local promedio más grande de una proteína, que es gobernada por la hidrofilicidad de sus aminoácidos adyacentes, se correlaciona con una propiedad biológica de la proteína. Se han asignado los siguientes valores de hidrofilicidad a los aminoácidos: arginina/lisina (+3,0); aspartato/glutamato (+3,01); serina (+0,3); asparagina/glutamina (+0,2); glicina (0); treonina (-0,4); prolina (-0,51); alanina/histidina (-0,5); cisteína (-1,0); metionina (-1,3); valina (-1,5); leucina/isoleucina (-1,8); tirosina (-2,3); fenilalanina (-2,5); y triptófano (-3,4).
Se entiende que un aminoácido puede ser sustituido por otro aminoácido que tenga una hidrofilicidad similar o puntaje y aún resultar en una proteína con actividad biológica similar, esto es, aún se obtiene una proteína biológicamente funcional. En la realización de tales cambios, se prefiere la sustitución de aminoácidos cuyos índices hidropáticos están entre \pm2, se prefieren aún más aquellos que están entre \pm1, y los más preferidos son aquellos que están
entre \pm0,5.
Como se reseñó anteriormente, las sustituciones de aminoácidos se basan por lo tanto en la similitud relativa de los sustituyentes de la cadena lateral de aminoácidos, por ejemplo, su hidrofobicidad, hidrofilicidad, carga, tamaño, y similares. Los ejemplos de sustituciones que toman varias de las características anteriores en consideración son conocidos por aquellos capacitados en el arte e incluyen: arginina y lisina; glutamato y aspartato; serina y treonina; glutamina y asparagina; y valina, leucina, e isoleucina. También se pueden utilizar cambios que no se espera que sean convenientes si estas proteínas resultantes han mejorado su resistencia al rumen, si han incrementado la resistencia a la degradación proteolítica, o han mejorado tanto su resistencia al rumen como incrementado la resistencia a la degradación proteolítica, con relación al polipéptido no modificado a partir del cual ellos son modificados por ingeniería genética. Alternativamente, podrían hacerse cambios para mejorar las cinéticas de las enzimas metabólicas.
En un aspecto preferido, la proteína modificada se selecciona de las proteínas de almacenamiento de la semilla, de enzimas de la ruta del ácido graso, de enzimas biosintéticas del tocoferol, de enzimas biosintéticas de aminoácido y de enzimas de ramificación del almidón.
Vectores Recombinantes
Cualquiera de los promotores y secuencias estructurales de ácido nucleico descritas anteriormente pueden ser proveídos en un vector recombinante. Un vector recombinante típicamente comprende, en una orientación 5' a 3': un promotor para dirigir la transcripción de una secuencia estructural de ácido nucleico y una secuencia estructural de ácido nucleico. Los promotores adecuados y las secuencias estructurales de ácido nucleico incluyen a aquellos descritos aquí. El vector recombinante puede comprender además un terminador transcripcional 3', una señal de poliadenilación 3', otras secuencias no traducidas de ácido nucleico, secuencias de ácido nucleico objetivo y de tránsito, marcadores seleccionables, potenciadores, y operadores, según se desee.
Los medios para preparar vectores recombinantes son bien conocidos en el arte. Los métodos para elaborar vectores recombinantes particularmente adecuados para transformación de una planta son descritos en las patentes estadounidenses Nos. 4.971.908, 4.940.835, 4.769.061 y 4.757.011. Estos tipos de vectores también han sido revisados (Rodríguez y colaboradores, 1988; Glick y colaboradores, 1993).
Los vectores típicos útiles para expresión de ácidos nucleicos en plantas superiores son bien conocidos en el arte e incluyen a los vectores derivados del plásmido que induce al tumor (Ti) del Agrobacterium tumefaciens (Rogers y colaboradores, 1987). Otros vectores recombinantes útiles para transformación de la planta, incluido el vector de control de transferencia pCaMVCN, también han sido descritos (Fromm y colaboradores, 1985).
En una modalidad, múltiples promotores 7S\alpha son operativamente enlazados en una construcción única a cualquier combinación de genes estructurales. En una modalidad preferida, cualquier combinación de una, dos, tres, cuatro, cinco o seis o más de las SEQ ID NOs: 11, 12, 13 y 14 puede ser operativamente enlazada en una construcción única a cualquier combinación de genes estructurales.
Promotores Adicionales en el Vector Recombinante
Uno o más promotores adicionales pueden también ser proveídos en el vector recombinante. Estos promotores pueden estar operativamente enlazados, por ejemplo, sin limitación, a cualquiera de las secuencias estructurales de ácido nucleico descritas anteriormente. Alternativamente, los promotores pueden estar operativamente enlazados a otras secuencias de ácido nucleico, tal como aquellas que codifican a péptidos de tránsito, proteínas marcadoras seleccionables, o secuencias antisentido.
Estos promotores adicionales se pueden seleccionar con base en el tipo de célula dentro de la cual se insertará el vector. También, los promotores que funcionan en bacterias, levaduras y plantas son todos enseñados en el arte. Los promotores adicionales también se pueden seleccionar con base en sus características reguladoras. Los ejemplos de tales características incluyen la mejora de la actividad transcripcional, la inducibilidad, la especificidad del tejido, y la especificidad de la etapa de desarrollo. En las plantas, los promotores que son inducibles, de origen viral o sintético, constitutivamente activos, regulados temporalmente, y regulados espacialmente han sido descritos (Poszkowski y colaboradores, 1989; Odell y colaboradores, 1985; Chau y colaboradores, 1989).
Los promotores constitutivos a menudo utilizados incluyen al promotor CaMV 35S (Odell y colaboradores, 1985), al promotor mejorado CaMV 35S, al promotor del Virus del Mosaico de la Escrofularia (FMV) (Richins y colaboradores, 1987), al promotor de la manopina sintasa (mas), al promotor de la nopalina sintasa (nos), y al promotor de la octopina sintasa (ocs).
Los promotores inducibles útiles incluyen a los promotores inducidos por medio del ácido salicílico o los ácidos poliacrílicos (PR-1; Williams y colaboradores, 1992), inducidos por medio de la aplicación de aseguradores (herbicidas sustituidos de bencenosulfonamida; Hershey y Stoner, 1991), promotores de choque térmico (Ou-Lee y colaboradores, 1986; Ainley y colaboradores, 1990), un promotor inducible por nitrato derivado de la secuencia estructural de ácido nucleico de la nitrito reductasa de la espinaca (Back y colaboradores, 1991), promotores inducibles por hormonas (Yamaguchi-Shinozaki y colaboradores, 1990; Kares y colaboradores, 1990), y promotores inducibles por luz asociados con la pequeña subunidad de RuBP carboxilasa y familias de LHCP (Kuhlemeier y colaboradores, 1989; Feinbaum y colaboradores, 1991; Weisshaar y colaboradores, 1991; Lam y Chua, 1990; Castresana y colaboradores, 1988; Schulze-Lefert y colaboradores, 1989).
Los ejemplos de promotores específicos útiles de tejido o de órgano incluyen \beta-conglicinina, (Doyle y colaboradores, 1986; Slighton y Beachy, 1987), y otros promotores específicos de la semilla (Knutzon y colaboradores, 1992; Bustos y colaboradores, 1991; Lam y Chua, 1991). Los promotores funcionales de la planta útiles para expresión preferencial en plástidos de semilla incluyen a aquellas de las proteínas de almacenamiento de la planta y de las proteínas involucradas en la biosíntesis de ácido graso en semillas oleaginosas. Los ejemplos de tales promotores incluyen a las regiones reguladoras 5' de tales secuencias estructurales de ácido nucleico como napina (Kridl y colaboradores, 1991), faseolina, zeina, inhibidor de la tripsina de la soja, ACP, ACP desaturasa de estearoilo, y oleosina. La regulación específica de la semilla es discutida adicionalmente en EP 0 255 378.
Otro ejemplo de un promotor específico de la semilla es un promotor de lectina. La proteína lectina en semillas de soja es codificada por una secuencia única estructural de ácido nucleico (Le1) que se expresa únicamente durante la maduración de la semilla. Se han caracterizado una secuencia estructural de ácido nucleico para la lectina y un promotor específico de la semilla, y utilizado para dirigir la expresión específica de la semilla en plantas de tabaco transgénico (Vodkin y colaboradores, 1983; Lindstrom y colaboradores, 1990).
Los promotores adicionales particularmente preferidos en el vector recombinante incluyen a los promotores de la nopalina sintasa (nos), de la manopina sintasa (mas), y de la octopina sintasa (ocs), que son portados sobre los plásmidos que inducen el tumor de Agrobacterium tumefaciens; los promotores 19S y 35S del virus del mosaico de la coliflor (CaMV); el promotor mejorado CaMV 35S, el promotor 35S del Virus del Mosaico de la Escrofularia (FMV); el promotor inducible por luz de la pequeña subunidad de la ribulosa-1,5-bisfosfato carboxilasa (ssRUBISCO); el promotor EIF-4A del tabaco (Mandel y colaboradores, 1995); sucrosa sintetasa 1 del maíz (Yang y Russell, 1990); alcohol deshidrogenasa 1 del maíz (Vogel y colaboradores, 1989); complejo liviano de cosecha de maíz (Simpson, 1986); proteína de choque térmico del maíz (Odell y colaboradores, 1985); la promotora de quitinasa de Arabidopsis (Samac y colaboradores, 1991); los promotores de LTP (Proteína de Transferencia de Lípidos) del brócoli (Pyee y colaboradores, 1995); chalcona isomerasa de petunia (Van Tunen y colaboradores, 1988); glicina de la alubia rica en proteína 1 (Keller y colaboradores, 1989); patatina de la patata (Wenzler y colaboradores, 1989); el promotor de la ubiquitina del maíz (Christensen y colaboradores, 1992); y el promotor de la actina del arroz (McElroy y colaboradores, 1990).
Un promotor adicional es preferiblemente selectivo de la semilla, selectivo del tejido, constitutivo, o inducible. El promotor es más preferiblemente la nopalina sintasa (nos), octopina sintasa (ocs), manopina sintasa (mas), los virus del mosaico de la coliflor 19S y 35S (CaMV19S, CaMV35S), CaMV mejorado (eCaMV), ribulosa 1,5-bisfosfato carboxilasa (ssRUBISCO), el virus del mosaico de la escrofularia (FMV), CaMV derivado de AS4, RB7 de tabaco, POX1 de trigo, EIF-4 de tabaco, proteína lectina (Le1), o el promotor RC2 del arroz.
Vectores Recombinantes que tienen Secuencias Estructurales Adicionales de Ácido Nucleico
El vector recombinante puede contener también una o más secuencias estructurales adicionales de ácido nucleico. Estas secuencias estructurales adicionales de ácido nucleico puede ser generalmente cualquier secuencia adecuada para uso en un vector recombinante. Tales secuencias estructurales adicionales de ácido nucleico incluyen, sin limitación, a cualquiera de las secuencias estructurales de ácido nucleico, y formas modificadas de las mismas, descritas anteriormente. Las secuencias estructurales adicionales de ácido nucleico pueden también estar operativamente enlazadas a cualquiera de los promotores anteriormente descritos. Una o más de las secuencias estructurales de ácido nucleico pueden estar cada una operativamente enlazadas a promotores separados. Alternativamente, las secuencias estructurales de ácido nucleico pueden estar operativamente enlazadas a un promotor único (esto es, un operón único).
Las secuencias estructurales adicionales de ácido nucleico incluyen, sin limitación, a aquellas que codifican a las proteínas de almacenamiento de la semilla, a las enzimas de la ruta del ácido graso, a las enzimas biosintéticas del tocoferol, enzimas biosintéticas de aminoácido, y enzimas de ramificación del almidón.
Las proteínas preferidas de almacenamiento de la semilla incluyen zeinas (patentes estadounidenses Nos.
4.886.878, 4.885.357, 5.215.912, 5.589.616, 5.508.468, 5.939.599, 5.633.436 y 5.990.384;: WO 90/01869, WO 91/
13993, WO 92/14822, WO 93/08682, WO 94/20628, WO 97/28247, WO 98/26064 y WO 99/40209), a las proteínas 7S (patentes estadounidenses Nos. 5.003.045 y 5.576.203), la proteína de la nuez del Brasil (patente estadounidense No. 5.850.024), a las proteínas libres de fenilalanina (WO 96/17064), a la albúmina (WO 97/35023), a la \beta-conglicinina (WO 00/19839), 11S (patente estadounidense No. 6.107.051), a la alfa-hordotionina (patentes estadounidenses Nos. 5.885.802 y 5.885.801), a las proteínas arcelinas de almacenamiento de la semilla (patente estadounidense No. 5.270.200), a las lectinas (patente estadounidense No. 6.110.891) y a las gluteninas (patentes estadounidenses Nos. 5.990.389 y 5.914.450).
Las enzimas preferidas de la ruta del ácido graso incluyen tioesterasas (patentes estadounidenses Nos. 5.512.482, 5.530.186, 5.945.585, 5.639.790, 5.807.893, 5.955.650, 5.955.329, 5.759.829, 5.147.792, 5.304.481, 5.298.421,
5.344.771 y 5.760.206), y desaturasas (patentes estadounidenses Nos. 5.689.050, 5.663.068, 5.614.393, 5.856.157,
6.117.677, 6.043.411, 6.194.167, 5.705.391, 5.663.068, 5.552.306, 6.075.183, 6.051.754, 5.689.050, 5.789.220,
5.057.419, 5.654.402, 5.659.645, 6.100.091, 5.760.206, 6.172.106, 5.952.544, 5.866.789, 5.443.974 y 5.093.249).
Las enzimas preferidas biosintéticas de tocoferol incluyen tyrA, slr1736, ATPT2, dxs, dxr, GGPPS, HPPD, GMT, MT1, AANT1, slr 1737, y una construcción antisentido para la dioxigenasa del ácido homogentísico (Kridl y colaboradores, Seed Sci. Res. 1:209:219 (1991); Keegstra, Cell 56(2):247-53 (1989); Nawrath, y colaboradores, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 91:12760-12764 (1994); Xia y colaboradores, J. Gen. Microbiol. 138:1309-1316 (1992); Cyanobase http://www.kazusa.or.jp/cyanobase; Lois y colaboradores, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95(5):2105-2110 (1998); Takahashi y colaboradores, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 95(17), 9879-9884 (1998); Norris y colaboradores, Plant Physiol. 117:1317-1323 (1998); Bartley y Scolnik, Plant Physiol. 104:1469-1470 (1994), Smith y colaboradores, Plant J. 11:83-92 (1997); WO 00/32757; WO 00/10380; Saint Guily, y colaboradores, Plant Physiol., 100(2):1069-1071 (1992); Sato y colaboradores, J. DNA Res. 7(1):31-63 (2000)).
Las enzimas biosintéticas preferidas de aminoácido incluyen antranilato sintasa (patente estadounidense No.
5.965.727, y WO 97/26366, WO 99/11800 y WO 99/49058) triptófano descarboxilasa (WO 99/06581) y treonina descarboxilasa (patentes estadounidenses Nos. 5.534.421 y 5.942.660, y WO 95/19442), treonina desaminasa (WO 99/02656 y WO 98/55601) y aspartato quinasa (patentes estadounidenses Nos. 5.367.110, 5.858.749 y 6.040.160).
Las enzimas preferidas de ramificación del almidón incluyen a aquellas expuestas en las patentes estadounidenses Nos. 6.232.122 y 6.147. 279, y WO 97/22703.
Alternativamente, la segunda secuencia estructural de ácido nucleico puede ser diseñada para reducir la expresión de una secuencia específica de ácido nucleico. Esto se logra típicamente enlazando operativamente al segundo aminoácido estructural, en una orientación antisentido, con un promotor. Alguien normalmente capacitado en el arte está familiarizado con tal tecnología antisentido. Cualquier secuencia de ácido nucleico puede ser regulada negativamente en esta forma. Las secuencias preferibles de ácido nucleico objetivo contienen un bajo contenido de aminoácidos esenciales, no obstante ser expresadas a niveles relativamente altos en tejidos particulares. Por ejemplo, la \beta-conglicinina y la glicinina se expresan abundantemente en semillas, pero son nutricionalmente deficientes con respecto a aminoácidos esenciales. Esta aproximación antisentido puede ser usada también para remover efectivamente otras proteínas indeseables, tales como rechazantes al alimento (por ejemplo, lectinas), albúmina, y alérgenos, a partir de harinas derivadas de la planta, o para reducir la expresión de enzimas catabólicas involucradas en la degradación de compuestos deseados tales como aminoácidos esenciales.
Marcadores Seleccionables
Un vector o construcción puede incluir también un marcador seleccionable. Los marcadores seleccionables pueden ser utilizados también para seleccionar plantas o células de plantas que contienen al material genético exógeno. Los ejemplos de los mismos incluyen, pero no se limitan a: un gen neo (Potrykus y colaboradores, 1985), que codifica para resistencia a la kanamicina y puede ser seleccionado para utilizar kanamicina, RptII, G418, hpt etc.; un gen bar que codifica para resistencia a bialafos; un gen mutante para la EPSP sintasa (Hinchee y colaboradores, 1988; Reynaerts y colaboradores, 1988), aadA (Jones y colaboradores, 1987) que codifica para resistencia al glifosato; un gen para la nitrilasa que confiere resistencia a bromoxinilo (Stalker y colaboradores, 1988); un gen mutante para la acetolactato sintasa (ALS) que confiere resistencia a la imidazolinona o la sulfonilurea (Solicitud de Patente Europea 154.204, 1985), ALS (D'Halluin y colaboradores, 1992), y un gen DHFR de resistencia al metotrexato (Thillet y colaboradores, 1988). El marcador seleccionable es preferiblemente GUS, proteína fluorescente verde (GFP), neomicina fosfotransferasa II (nptII), luciferasa (LUX), una secuencia que codifica para resistencia a un antibiótico, o una secuencia que codifica para resistencia a un herbicida (por ejemplo, glifosato). El marcador seleccionable es más preferiblemente un marcador de resistencia a la kanamicina, higromicina, o un herbicida.
Un vector o construcción puede incluir también un marcador seleccionable. Los marcadores seleccionables pueden ser utilizados para monitorear la expresión. Los ejemplos de marcadores seleccionables incluyen: un gen para la \beta-glucuronidasa o un gen uidA (GUS) que codifica a una enzima para la cual se conocen diferentes sustratos cromogénicos (Jefferson, 1987); un gen locus R, que codifica a un producto que regula la producción de pigmentos de antocianina (color rojo) en tejidos de planta (Dellaporta y colaboradores, 1988); un gen \beta-lactamasa (Sutcliffe y colaboradores, 1978), un gen que codifica a una enzima para la cual se conocen diferentes sustratos cromogénicos (por ejemplo, PADAC, una cefalosporina cromogénica); un gen para luciferasa (Ow y colaboradores, 1986); un gen xylE (Zukowsky y colaboradores, 1983) que codifica una catecol dioxigenasa que puede convertir catecoles cromogénicos; un gen para \alpha-amilasa (Ikatu y colaboradores, 1990); un gen para tirosinasa (Katz y colaboradores, 1983) que codifica a una enzima capaz de oxidar tirosina hasta DOPA y dopaquinona que a su vez condensa a melanina; una \alpha-galactosidasa, que se convertirá en un sustrato cromogénico de \alpha-galactosa.
Incluido dentro de los términos "genes marcadores seleccionables o cribables" se encuentran también genes que codifican a un marcador que puede ser secretado cuya secreción puede ser detectada como un medio para identificar o seleccionar células transformadas. Los ejemplos incluyen marcadores que codifican a un antígeno que puede ser secretado que puede ser identificado por medio de interacción con un anticuerpo, o incluso enzimas que pueden ser secretadas que pueden ser detectadas catalíticamente. Las proteínas que pueden ser secretadas caen dentro de una variedad de clases, incluidas las proteínas pequeñas que pueden difundirse que son detectables, (por ejemplo, por medio de ELISA), enzimas activas pequeñas que pueden ser detectadas en solución extracelular (por ejemplo, \alpha-amilasa, \beta-lactamasa, fosfinotricín transferasa), o proteínas que están insertadas o atrapadas en la pared de la célula (tal como proteínas que incluyen una secuencia líder tal como aquella encontrada en la unidad de expresión de extensión o PR-S del tabaco).
Otros genes marcadores seleccionables y/o cribables posibles serán evidentes para aquellos capacitados en el arte.
Otros Elementos en el Vector Recombinante
Se pueden incluir diferentes secuencias reguladoras 5' y 3' no traducidas que actúan sobre cis, en el vector recombinante de ácido nucleico. Cualquiera de tales secuencias reguladoras puede ser suministrada en un vector recombinante con otras secuencias reguladoras. Tales combinaciones pueden ser diseñadas o modificadas para producir características reguladoras deseables.
Una región no traducida 3' provee típicamente una señal de terminación transcripcional, y una señal de poliadenilación que funciona en plantas para provocar la adición de nucleótidos adenilato al extremo 3' del ARNm. Estos pueden ser obtenidos de las regiones 3' de la secuencia de codificación de la nopalina sintasa (nos), una secuencia de codificación de la proteína de almacenamiento 7S\alpha' de soja, la secuencia de codificación de arcelina-5, la secuencia de codificación de albúmina, y la secuencia de codificación para ssRUBISCO E9 de guisante. Típicamente, las secuencias de ácido nucleico localizadas unos pocos cientos pares de bases secuencia abajo del sitio de poliadenilación sirven para terminar la transcripción. Se requiere de estas regiones para una poliadenilación eficiente del ARNm transcrito.
También se pueden incorporar potenciadores de traducción como parte del vector recombinante. De este modo, el vector recombinante puede contener preferiblemente una o más secuencias líder 5' no traducidas que sirven para potenciar la expresión de la secuencia de ácido nucleico. Tales secuencias potenciadoras pueden ser deseables para incrementar o alterar la eficiencia de la traducción del ARNm resultante. Las secuencias preferidas de ácido nucleico 5' incluyen dSSU 5', PetHSP70 5', y GmHSP17.9 5' (patente estadounidense No. 5.362.865).
El vector recombinante puede comprender además una secuencia de ácido nucleico que codifica a un péptido de tránsito. Este péptido puede ser útil para dirigir una proteína al espacio extracelular, a un plástido, o a algún otro compartimiento dentro o fuera de la célula (ver, por ejemplo, EP 0 218 571, las patentes estadounidenses Nos. 4.940.835, 5.88.624, 5.610.041, 5.618.988 y 6.107.060).
La secuencia estructural de ácido nucleico en el vector recombinante puede comprender intrones. Los intrones pueden ser heterólogos con respecto a la secuencia estructural de ácido nucleico. Los intrones preferidos incluyen al intrón de la actina del arroz y al intrón HSP70 del maíz.
Proteínas de Fusión
Cualquiera de las secuencias estructurales de ácido nucleico anteriormente descritas, y las formas modificadas de las mismas, pueden estar enlazadas con secuencias adicionales de ácido nucleico para codificar proteínas de fusión. Las secuencias adicionales de ácido nucleico codifican preferiblemente al menos 1 aminoácido, péptido, o proteína. Existen muchas combinaciones de fusión posibles.
Por ejemplo, la proteína de fusión puede proveer un epítopo "etiquetado" para facilitar la detección de la proteína de fusión, tal como GST, GFP, FLAG, o poliHIS. Tales fusiones preferiblemente codifican aproximadamente entre 1 y aproximadamente 50 aminoácidos, más preferiblemente aproximadamente entre 5 y aproximadamente 30 aminoácidos adicionales, y aún más preferiblemente aproximadamente entre 5 y aproximadamente 20 aminoácidos.
Alternativamente, la fusión puede proveer funciones reguladoras, enzimáticas, de señalización celular, o de transporte entre células. Por ejemplo, se puede añadir una secuencia que codifica a un péptido de tránsito del plástido para dirigir una proteína de fusión a los cloroplastos dentro de las semillas. Tales socios de fusión preferiblemente codifican aproximadamente entre 1 y aproximadamente 1000 aminoácidos adicionales, más preferiblemente aproximadamente entre 5 y aproximadamente 500 aminoácidos adicionales, y aún más preferiblemente aproximadamente entre 10 y aproximadamente 250 aminoácidos.
Análisis de Secuencia
En la presente invención, la similitud o identidad de secuencia se determina preferiblemente utilizando los programas "Best Fit" o "Gap" del Sequence Analysis Software Package^{TM} (Versión 10, Genetics Computer Group, Inc., University of Winsconsin Biotechnology Center, Madison, WI). "Gap" utiliza el algoritmo de Needleman y Wunsch (Needleman y Wunsch, 1970) para encontrar la alineación de dos secuencias que maximiza el número de concordancias y minimiza el número de vacios. "Best Fit" realiza una alineación óptima del mejor segmento de similitud entre dos secuencias. Las alineaciones óptimas se encuentran por medio de la inserción de vacios para maximizar el número de concordancias utilizando el algoritmo de homología local de Smith y Waterman (Smith y Waterman, 1981; Smith y colaboradores, 1983).
El Sequence Analysis Software Package descrito anteriormente contiene una cantidad de otras herramientas útiles de análisis de secuencia para identificar homólogos del nucleótido ya divulgado y secuencias de aminoácido. Por ejemplo, el programa "BLAST" busca las secuencias similares para una secuencia en duda (ya sea de un péptido o de ácido nucleico) en una base de datos especificada (por ejemplo, bases de datos de secuencia mantenidas en el National Center for Biotechnology Information (NCBI) en Bethesda, Maryland, Estados Unidos de América); "FastA" (Lipman y Pearson, 1985; ver también Pearson y Lipman, 1988; Pearson, 1990) lleva a cabo una búsqueda de Pearson y Lipman para encontrar la similitud entre una secuencia en duda y un grupo de secuencias del mismo tipo (ácido nucleico o proteína); "TfastA" lleva a cabo una búsqueda de Pearson y Lipman para encontrar la similitud entre una secuencia en duda y cualquier grupo de secuencias de nucleótidos (traduce las secuencias de nucleótidos en todos los seis marcos de lectura antes de llevar a cabo la comparación); "FastX" realiza una búsqueda de Pearson y Lipman para encontrar la similitud entre una secuencia de nucleótidos en duda y un grupo de secuencias de proteína, tomado en cuenta los marcos de lectura. "TfastX" realiza una búsqueda de Pearson y Lipman para encontrar la similitud entre una secuencia de proteína en duda y cualquier grupo de secuencias de nucleótidos, tomando en cuenta los marcos de lectura (traduce ambas hebras de la secuencia de ácido nucleico antes de llevar a cabo la comparación).
Sondas e Iniciadores
Se pueden producir secuencias cortas de ácido nucleico que tienen la habilidad de hibridar específicamente a secuencias complementarias de ácido nucleico y utilizarlas en la presente invención. Tales moléculas cortas de ácido nucleico pueden ser utilizadas como sondas para identificar la presencia de una secuencia complementaria de ácido nucleico en una muestra dada. De esta forma, por medio de la construcción de una sonda de ácido nucleico que es complementaria con una porción pequeña de una secuencia particular de ácido nucleico, la presencia de esa secuencia de ácido nucleico puede ser detectada y evaluada.
Alternativamente, se pueden utilizar las secuencias cortas de ácido nucleico como iniciadoras de oligonucleótidos para amplificar o mutar una secuencia complementaria de ácido nucleico utilizando tecnología PCR. Estos iniciadores pueden facilitar también la amplificación de secuencias complementarias de ácido nucleico relacionadas (por ejemplo, secuencias relacionadas de ácido nucleico de otras especies).
Las secuencias cortas de ácido nucleico pueden ser utilizadas como iniciadores y específicamente como iniciadores para PCR. Una sonda PCR es una molécula de ácido nucleico capaz de iniciar la actividad de la polimerasa mientras está en una estructura bicatenaria con otro ácido nucleico. Existen diferentes métodos en el estado del arte para determinar la estructura de iniciadores para PCR y de técnicas de PCR. Se pueden utilizar las búsquedas generadas por computador utilizando programas tales como Primer3 (www.genome.wi.mit.edu/cgi-bih/primer/primer3.cgi), STSPipeline (www-genome.wi.mit.edu/cgi-bin/www.STS_Pipeline), o GeneUp (Pesole y colaboradores, 1998), por ejemplo, para identificar iniciadores potenciales para PCR.
Cualquiera de las secuencias de ácido nucleico divulgadas aquí puede ser utilizada como iniciador o como sonda. El uso de estas sondas o iniciadores puede facilitar mucho la identificación de plantas transgénicas que contienen a los promotores ya divulgados y secuencias estructurales de ácido nucleico. Tales sondas o iniciadores pueden ser utilizados también para seleccionar ADNc o bibliotecas genómicas para secuencias adicionales de ácido nucleico relacionados con, o que comparten homología con los promotores ya divulgados y con secuencias estructurales de ácido nucleico.
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Un iniciador o una sonda son generalmente complementarios con una porción de una secuencia de ácido nucleico que va a ser identificada, amplificada, o mutada, y con suficiente longitud para formar una molécula dúplex estable específica para la secuencia con su complemento. El iniciador o la sonda son preferiblemente aproximadamente de 10 hasta aproximadamente 200 nucleótidos de largo, más preferiblemente aproximadamente desde 10 hasta aproximadamente 100 nucleótidos de largo, aún más preferiblemente aproximadamente desde 10 hasta aproximadamente 50 nucleótidos de largo, y lo más preferible aproximadamente desde 14 hasta aproximadamente 30 nucleótidos de largo.
El iniciador o la sonda pueden, por ejemplo, sin limitación, ser preparados por medio de síntesis química directa, por medio de PCR (patentes estadounidenses Nos. 4.683.195 y 4.683.202), o cortando al fragmento específico de ácido nucleico a partir de una molécula mayor de ácido nucleico.
Plantas Transgénicas y Células Huésped de una Planta Transformada
La invención está también dirigida a plantas transgénicas y a células huésped transformadas que comprenden, en una orientación 5' a 3', a un promotor operativamente enlazado a una secuencia estructural heteróloga de ácido nucleico. Otras secuencias de ácido nucleico también pueden ser introducidas en la planta o en la célula huésped junto con el promotor y la secuencia estructural de ácido nucleico. Estas otras secuencias pueden incluir terminadores transcripcionales 3', señales de poliadenilación 3', otras secuencias no traducidas de ácido nucleico, secuencias de tránsito u objetivo, marcadores seleccionables, potenciadores, y operadores. Las secuencias preferidas de ácido nucleico de la presente invención, incluyendo vectores recombinantes, secuencias estructurales de ácido nucleico, promotores, y otros elementos reguladores, son descritos más arriba.
Los medios para preparar tales vectores recombinantes son conocidos en el estado del arte. Por ejemplo, se describen métodos para elaborar vectores recombinantes particularmente adecuados para transformación de la planta en las patentes estadounidenses Nos. 4.971.908, 4.940.835, 4.769.061 y 4.757.011. Estos vectores también han sido revisados (Rodríguez y colaboradores, 1988; Glick y colaboradores, 1993).
Los vectores típicos útiles para expresión de ácidos nucleicos en células y plantas superiores son conocidos en el estado del arte e incluyen a vectores derivados del plásmido inductor del tumor (Ti) de Agrobacterium tumefaciens (Rogers y colaboradores, 1987). Otros vectores recombinantes útiles para la transformación de la planta, también han sido descritos (Fromm y colaboradores, 1985). Los elementos de tales vectores recombinantes incluyen, sin limitación, lo discutido anteriormente.
Una célula huésped transformada puede ser generalmente cualquier célula que sea compatible con la presente invención. Una planta huésped o célula transformada pueden ser o derivadas de una planta monocotiledonea o de una planta dicotiledónea incluyendo, pero sin limitarse a canola, crambe, maíz, mostaza, semilla de ricino, sésamo, semilla de algodón, linaza, soja, Arabidopsis, Phaseolus, cacahuete, alfalfa, trigo, arroz, avena, sorgo, colza, centeno, tritordeum, mijo, cañuela, ballico perenne, caña de azúcar, arándano, papaya, plátano, cártamo, palmas de aceite, lino, melón, manzana, pepino, dendrobium, gladiolo, crisantemo, liliácea, algodón, eucalipto, girasol, Brassica campestris, Brassica napus, césped, remolacha, café y ñame (Christou, En: Particle Bombardment for Genetic Engineering of Plants, Biotechnology Intelligence Unit, Academic Press, San Diego, California (1996)), con canola, maíz, Brassica campestris, Brassica napus, colza, soja, cártamo, trigo, arroz y girasol como preferidos, y canola, colza, maíz, Brassica campestris, Brassica napus, soja, girasol, cártamo, palmas de aceite y cacahuete como más preferidos. En una modalidad particularmente preferida, la planta o célula es, o se deriva de canola. En otra modalidad particularmente preferida, la planta o la célula es, o se deriva de Brassica napus. En otra modalidad particularmente preferida, la planta o célula es, o se deriva de soja.
La célula o planta de soja es preferiblemente una línea celular seleccionada de soja. Una "línea seleccionada" es cualquier línea que haya resultado de la cría y selección para un desempeño agronómico superior. Los ejemplos de líneas seleccionadas son líneas que están comercialmente disponibles para agricultores o cultivadores de soja tal como HARTZ^{TM} variedad H4994, HARTZ^{TM} variedad H5218, HARTL^{TM} variedad H5350, HARTZ^{TM} variedad H5545, HARTZ^{TM} variedad H5050, HARTZ^{TM} variedad H5454, HARTZ^{TM} variedad H5233, HARTZ^{TM} variedad H5488, HARTZ^{TM} variedad HLA572, HARTZ^{TM} variedad H6200, HARTZ^{TM} variedad H6104, HARTZ^{TM} variedad H6255, HARTZ^{TM} variedad H6586, HARTZ^{TM} variedad H6191, HARTZ^{TM} variedad H7440, HARTZ^{TM} variedad H4452 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H4994 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H4988 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5000 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5147 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5247 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5350 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5545 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5855 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5088 Roundup Ready^{TM},
HARTZ^{TM} variedad H5164 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5361 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5566 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5181 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5889 Roundup
Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H5999 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H6013 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H6255 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H6454 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H6686 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H7152 Roundup Ready^{TM}, HARTZ^{TM} variedad H7550 Roundup Ready^{TM},
HARTZ^{TM} variedad H8001 Roundup Ready^{TM} (HARTZ SEED, Stuttgart, Arkansas, Estados Unidos de América); A0868, AG0901, A1553, A1900, AG1901, A1923, A2069, AG2101, AG2201, A2247, AG2301, A2304, A2396, AG2401, AG2501, A2506, A2553, AG2701, AG2702, A2704, A2833, A2869, AG2901, AG2902, AG3001, AG3002, A3204, A3237, A3244, AG3301, AG3302, A3404, A3469, AG3502, A3559, AG3601, AG3701, AG3704, AG3750, A3834, A03901, A3904, A4045, AG4301, A4341, AG4401, AG4501, AG4b01, AG4602, A4604, AG4702, AG4901, A4922, AG5401, A5547, AG5602, A5704, AG5801, AG5901, A5944, A5959, AG6101, QR4459 y QP4544 (Asgrow Seeds, Des Moines, Iowa, Estados Unidos de América); DeKalb variedad CX445 (DeKalb, Illinois).
La invención está también dirigida a un método para producir plantas transformadas que comprende, en una orientación 5' a 3', a un promotor operativamente enlazado a una secuencia estructural heteróloga de ácido nucleico. También pueden ser introducidas otras secuencias en las plantas junto con el promotor y la secuencia estructural de ácido nucleico. Estas otras secuencias pueden incluir terminadores transcripcionales 3', señales de poliadenilación 3', otras secuencias no traducidas, secuencias objetivo o de tránsito, marcadores seleccionables, potenciadores, y operadores. Los vectores recombinantes preferidos, las secuencias estructurales de ácido nucleico, los promotores, y otros elementos reguladores incluyen, sin limitación, a todos aquellos descritos aquí.
El método generalmente comprende las etapas de seleccionar una planta adecuada, transformar la planta con un vector recombinante, y obtener la célula huésped transformada.
Existen muchos métodos para introducir ácidos nucleicos en las plantas. Los métodos adecuados incluyen infección bacteriana (por ejemplo, Agrobacterium), vectores del tipo de cromosoma bacteriano artificial binario, suministro directo de ácidos nucleicos (por ejemplo, a través de transformación mediada por PEG, incorporación de ácido nucleico mediada por desecación/inhibición, electroporación, agitación con fibras de carburo de silicio, y aceleración de partículas recubiertas de ácido nucleico, etc. (revisadas en Potrykus y colaboradores, 1991)).
La tecnología para introducción de ácidos nucleicos en las células es bien conocida por aquellos capacitados en el arte. Los métodos se pueden clasificar generalmente en cuatro categorías: (1) métodos químicos (Graham y van der Eb, 1973; Zatloukal y colaboradores, 1992); (2) métodos físicos tales como microinyección (Capecchi, 1980), electroporación (Wong y Neumann, 1982; Fromm y colaboradores, 1985; patente estadounidense No. 5.384.253), y aceleración de partículas (Johnston y Tang, 1994; Fynan y colaboradores, 1993); (3) vectores virales (Clapp, 1993; Lu y colaboradores, 1993; Eglitis y Anderson, 1988); y (4) mecanismos mediados por un receptor (Curiel y colaboradores, 1992; Wagner y colaboradores, 1992). Alternativamente, los ácidos nucleicos pueden ser introducidos directamente en el polen por medio de inyección directa en los órganos reproductores de la planta (Zhou y colaboradores, 1983; Hess, 1987; Luo y colaboradores, 1988; Pena y colaboradores, 1987). En otro aspecto, también se pueden inyectar los ácidos nucleicos en embriones inmaduros (Neuhaus y colaboradores, 1987).
La regeneración, el desarrollo, y cultivo de plantas a partir de protoplastos o de explantes de plantas transformadas son enseñados en el estado del arte (Weissbach y Weissbach, 1988; Horsch y colaboradores, 1985). Los transformantes se cultivan generalmente en presencia de un medio selectivo que selecciona a las células transformadas exitosamente e induce la regeneración de vástagos de la planta (Fraley y colaboradores, 1983). Tales vástagos se obtienen típicamente en dos o cuatro meses.
Se transfieren luego los vástagos a un medio de inducción de raíces apropiado que contiene el agente selectivo y un antibiótico para prevenir el crecimiento bacteriano. Muchos de los vástagos desarrollarán raíces. Éstos son luego trasplantados al suelo o a otro medio para permitir el desarrollo continuado de raíces. El método, como se reseñó, variará generalmente dependiendo de la planta particular empleada.
Preferiblemente, las plantas transgénicas regeneradas se autopolinizan para proveer plantas transgénicas homocigotas. Alternativamente, el polen obtenido de las plantas transgénicas regeneradas se puede cruzar con plantas no transgénicas, preferiblemente líneas endogámicas de especies agronómicamente importantes. Contrariamente, el polen de plantas no transgénicas puede ser utilizado para polinizar a las plantas transgénicas regeneradas.
Una planta transgénica puede pasar junto con la secuencia de ácido nucleico que codifica la expresión potenciada del gen a su progenie. La planta transgénica es preferiblemente homocigota para el ácido nucleico que codifica la expresión potenciada del gen y trasmite aquella secuencia a toda su progenie como resultado de reproducción sexual. La progenie puede desarrollarse a partir de semillas producidas por la planta transgénica. Estas plantas adicionales pueden ser entonces autopolinizadas para generar una verdadera línea de crianza de plantas.
Se evalúa la progenie de estas plantas, entre otras cosas, por expresión génica. La expresión génica se puede detectar por medio de diferentes métodos comunes tales como transferencias hacia el occidente, transferencias hacia el norte, inmunoprecipitación, y ELISA.
Las plantas o los agentes de la presente invención se pueden utilizar en métodos, por ejemplo sin limitación, para obtener una semilla que exprese a una molécula estructural de ácido nucleico en esa semilla, para obtener una semilla mejorada en un producto de un gen estructural, para obtener harina mejorada en un producto de un gen estructural, para obtener materia prima mejorada en un producto de un gen estructural, y para obtener aceite mejorado en un producto de un gen estructural.
Las plantas utilizadas en tales métodos se pueden procesar. Una planta o parte de una planta se pueden separar o aislar a partir de otras partes de la planta. Una parte preferida de la planta para este propósito es una semilla. Se entiende que aún después de la separación o el aislamiento de otras partes de la planta, la parte aislada o separada de la planta se puede contaminar con otras partes de la planta. En un aspecto preferido, la parte separada de la planta es aproximadamente superior al 50% (p/p) del material separado, más preferiblemente, aproximadamente superior al 75% (p/p) del material separado, y aún más preferiblemente aproximadamente superior al 90% (p/p) del material separado. Las plantas o partes de la planta de la presente invención generadas por medio de tales métodos se pueden procesar en productos utilizando técnicas conocidas. Los productos preferidos son harina, materia prima y aceite.
Preparaciones de Pienso, Harina, Proteína y Aceite
Cualquiera de las plantas o partes de la misma de la presente invención se pueden procesar para producir una preparación de pienso, harina, proteína o aceite. Una parte particularmente preferida de la planta para este propósito es una semilla. En una modalidad preferida, se diseña la preparación de pienso, harina, proteína o aceite para animales rumiantes. Los métodos para producir preparaciones de pienso, harina, proteína o aceite son conocidos en el arte. Ver, por ejemplo, las patentes estadounidenses Nos. 4.957.748, 5.100.679, 5.219.596, 5.936.069, 6.005.076, 6.146.669 y 6.156.227. En una modalidad preferida, la preparación de proteína es una preparación de alto contenido de proteína. Tal preparación con alto contenido de proteína tiene preferiblemente un contenido de proteína aproximadamente superior al 5% p/v, más preferiblemente aproximadamente del 10% p/v, y aún más preferiblemente aproximadamente del 15% p/v. En una preparación preferida de aceite, la preparación de aceite es una preparación con alto contenido de aceite con un contenido de aceite derivado de una planta o de parte de la misma de la presente invención aproximadamente superior al 5% p/v, más preferiblemente aproximadamente del 10% p/v, y aún más preferiblemente aproximadamente del 15% p/v. En una modalidad preferida la preparación de aceite es un líquido y de un volumen aproximadamente superior a 1, aproximadamente 5, aproximadamente 10 o aproximadamente 50 litros. La presente invención provee un aceite producido a partir de plantas de la presente invención o generado por medio de un método de la presente invención. Tal aceite puede ser un componente menor o mayor de cualquier producto resultante. Además, tal aceite puede estar mezclado con otros aceites. En una modalidad preferida, el aceite producido a partir de plantas de la presente invención o generado por medio de un método de la presente invención constituye un componente de aceite de cualquier producto aproximadamente superior al 0,5, aproximadamente 1, aproximadamente 5, aproximadamente 10, aproximadamente 25, aproximadamente 50, aproximadamente 75 o aproximadamente 90% en volumen o en peso. En otra modalidad, la preparación de aceite puede ser mezclada y puede constituir una cantidad aproximadamente superior al 10, aproximadamente 25, aproximadamente 35, aproximadamente 50 o aproximadamente 75% de la mezcla en volumen. El aceite producido a partir de una planta de la presente invención puede ser mezclado con uno o más solventes orgánicos o destilados de petróleo.
Contenedores de Semilla
Las semillas de las plantas se pueden colocar en un contenedor. Como se lo utiliza aquí, un contenedor es cualquier objeto capaz de contener a tales semillas. Un contenedor contiene preferiblemente una cantidad aproximadamente superior a 500, aproximadamente 1.000, aproximadamente 5.000, o aproximadamente 25.000 semillas donde al menos aproximadamente 10, aproximadamente 25, aproximadamente 50, aproximadamente 75 o aproximadamente 100% de las semillas se derivan de una planta de la presente invención.
Programas de Crianza
Las plantas de la presente invención pueden ser parte de, o generadas a partir de un programa de crianza. La escogencia de un método de crianza depende de la forma de reproducción de la planta, de la capacidad de heredar el(los)
rasgo(s) que está(n) siendo mejorado(s), y del tipo de variedad cultivada utilizada comercialmente (por ejemplo, variedad cultivada híbrida, variedad cultivada de línea pura, etc.). Las aproximaciones no limitantes, seleccionadas, para la crianza de las plantas de la presente invención se exponen más abajo. Un programa de crianza se puede mejorar utilizando una selección asistida de marcadores de la progenie de cualquier cruzamiento. Se entiende además que cualquier variedad cultivada comercial y no comercial puede ser utilizada en un programa de crianza. Factores tales como, por ejemplo, el vigor de surgimiento, el vigor vegetativo, la tolerancia al estrés, la resistencia a las enfermedades, las ramificaciones, la floración, la aparición de semillas, el tamaño de las semillas, la densidad de las semillas, la capacidad de erguirse, y la capacidad de desgranado, etc., generalmente dictarán la escogencia.
Para los rasgos altamente heredables, será efectiva una escogencia de plantas individuales superiores evaluadas en una sola ubicación, mientras que para los rasgos poco heredables, la selección debe hacerse con base en los valores medios obtenidos a partir de las evaluaciones replicadas de familias de plantas relacionadas. Los métodos populares de selección comúnmente incluyen la selección de linaje, la selección de masa, y la selección recurrente. En una modalidad preferida, se emprende un programa de retrocruzamiento o de reproducción recurrente.
La complejidad de la herencia influencia la escogencia del método de reproducción. La reproducción por retrocruzamiento se puede utilizar para transferir uno, o unos pocos genes favorables para un rasgo altamente heredable en una variedad cultivada deseable. Esta aproximación ha sido utilizada extensivamente para la reproducción de variedades de cultivo resistentes a enfermedades. Se utilizan diferentes técnicas recurrentes de selección para mejorar los rasgos heredados cuantitativamente controlados por numerosos genes. El uso de una selección recurrente en cultivos de autopolinización depende de la facilidad de la polinización, de la frecuencia de híbridos exitosos de cada polinización, y del número de vástagos híbridos de cada cruzamiento exitoso.
Las líneas de reproducción pueden ser analizadas y comparadas para estándares apropiados en ambientes representativos del(de las) área(s) comercial(es) objetivo para dos o más generaciones. Las mejores líneas son candidatas para nuevas variedades de cultivo comerciales; aquellas aún deficientes en rasgos pueden ser utilizadas como padres para producir nuevas poblaciones para selección adicional.
Un método de identificar una planta superior es observar su desempeño con relación a otras plantas experimentales y a una amplia variedad cultivada de crecimiento estándar. Si una sola observación no es concluyente, las observaciones replicadas pueden proveer una mejor estimación de su valor genético. Un cultivador puede seleccionar y cruzar dos o más líneas parentales, seguido por autofertilización y selección, produciendo muchas nuevas combinaciones genéticas.
El desarrollo de nuevas variedades de cultivo requiere del desarrollo y selección de variedades, del cruzamiento de estas variedades y de la selección de cruces híbridos superiores. La semilla híbrida se puede producir por medio de cruces manuales entre padres fértiles machos o por medio del uso de sistemas de esterilización de machos. Los híbridos se seleccionan por ciertos rasgos genéticos únicos tales como el color de la vaina, el color de la flor, la producción de semilla, el color de la pubescencia, o la resistencia al herbicida, que indica que la semilla es verdaderamente un híbrido. Datos adicionales sobre las líneas parentales, así como el fenotipo del híbrido, influyen sobre la decisión del cultivador de si continuar con el cruzamiento de híbridos específicos.
Se pueden utilizar métodos de reproducción de linajes y de crianza de selección recurrente para desarrollar variedades de cultivo de poblaciones para reproducción. Los programas de crianza combinan rasgos deseables de dos o más variedades de cultivo o diferentes fuentes de base amplia en reservas de crianza a partir de las cuales se desarrollan las variedades de cultivo por autofertilización y selección de fenotipos deseados. Se pueden evaluar nuevas variedades de cultivo para determinar cuales tienen potencial comercial.
Se utiliza comúnmente la reproducción de linajes para la mejora de cultivos de autopolinización. Dos padres que poseen rasgos favorables complementarios se cruzan para producir una población F_{1}. Se produce una población F_{2} por autofertilización de una o varias de las poblaciones F_{1}. Se lleva a cabo la selección de los mejores individuos de las mejores familias. El análisis replicado de familias puede comenzar en la generación de F_{4} para mejorar la efectividad de la selección por rasgos que se heredan poco. En una etapa avanzada de endogamia (esto es, F_{6} y F_{7}), se analizan las mejores líneas o mezclas de líneas fenotípicamente similares para la liberación potencial como nuevas variedades de cultivo.
Se ha utilizado reproducción por retrocruzamiento para transferir genes por un rasgo altamente heredable, heredado en forma simple en una variedad de cultivo homocigoto deseable o línea endógama, que es el padre recurrente. La fuente del rasgo que va a ser transferido es llamado el padre donante. Se espera que la planta resultante tenga los atributos del padre recurrente (por ejemplo, variedad de cultivo) y el rasgo deseable transferido del padre donante. Después del cruzamiento inicial, se seleccionan los individuos que poseen el fenotipo del padre donante y se cruzan repetidamente (retrocruzamiento) con el padre recurrente. Se espera que el padre resultante tenga los atributos del padre recurrente (por ejemplo, variedad de cultivo) y el rasgo deseable transferido del padre donante.
El procedimiento de descendencia única de la semilla en estricto sentido se refiere a la plantación de una población segregadora, cosechando una muestra de una semilla por planta, y utilizando la muestra de una semilla para plantar la siguiente generación. Cuando la población se ha desarrollado a partir de F_{2} hasta el nivel deseado de endogamia, las plantas a partir de las cuales se derivan las líneas, cada una reconstruirá diferentes individuos F_{2}. El número de plantas en una población declina cada generación, debido a la falla de algunas semillas para germinar o de algunas plantas para producir al menos una semilla. Como resultado, no todas las plantas F_{2} originalmente muestreadas en la población estará representada por una progenie cuando se complete la generación en desarrollo.
En un procedimiento de semillas múltiples, los criadores comúnmente cosecharán una o más vainas de cada planta en una población y las desgranarán para formar un cierto volumen. Parte de este volumen es utilizado para plantar la siguiente generación y parte es colocado en reserva. El procedimiento ha ido denominado como de descendencia de una semilla única o la técnica de volumen de vainas.
El procedimiento de semillas múltiples ha sido utilizado para ahorrar trabajo en la cosecha. Es considerablemente más rápido desgranar vainas con una máquina que remover una semilla de cada una a mano para el procedimiento de una semilla única. El procedimiento de semillas múltiples también hace posible plantar el mismo número de semillas de una población cada generación de endogamia.
Las descripciones de otros métodos de crianza que son comúnmente utilizados para diferentes rasgos y cultivos se pueden encontrar en uno de los muchos libros de referencia (por ejemplo, Fehr, Principles of Cultivar Development Vol. 1, páginas 2-3 (1987)).
Una planta transgénica de la presente invención puede ser reproducida utilizando también la apomixis. La apomixis es un método controlado genéticamente de reproducción en plantas donde el embrión se forma sin la unión de un óvulo y el esperma. Existen tres tipos básicos de reproducción apomíctica: (1) la aposporia donde el embrión se desarrolla a partir de un óvulo no reducido cromosómicamente en un saco embrionario derivado del núcleo, (2) la diplosporia donde el embrión se desarrolla a partir de un óvulo no reducido en un saco embrionario derivado a partir de la célula madre megaspora, y (3) el adventicio embrionario donde el embrión se desarrolla directamente a partir de una célula somática. En la mayoría de las formas de apomixis, es necesaria la pseudogamia o fertilización del núcleo polar para producir endospermo para la viabilidad de la semilla. En la aposporia, se puede utilizar una variedad de cultivo nodriza como fuente de polen para la formación del endospermo en las semillas. La variedad de cultivo nodriza no afecta la genética de la variedad de cultivo apomíctica apospórica ya que el óvulo no reducido de la variedad de cultivo se desarrolla partenogenéticamente, pero hace posible la producción de endospermo. La apomixis es económicamente importante, especialmente en plantas transgénicas, debido a que causa que cualquier genotipo, no importa cuán heterocigoto, se engendre verdaderamente. Por lo tanto, con la reproducción apomíctica, las plantas transgénicas heterocigotos pueden mantener su fidelidad genética a todo lo largo de los ciclos repetidos de vida. Los métodos para la producción de plantas apomícticas son conocidos en el estado del arte. Ver, la patente estadounidense No. 5.811.636.
Otros Organismos
Se puede introducir un ácido nucleico de la presente invención en cualquier célula u organismo tal como en una célula de mamífero, en un mamífero, en una célula de pez, en un pez, en una célula de ave, en un ave, en células de alga, en algas, en células de hongo, en hongos, o en células bacterianas. El huésped preferido y los transformantes incluyen: células de hongo tales como Aspergillus, levaduras, mamíferos, particularmente bovinos y porcinos, insectos, bacterias, y algas. Las bacterias preferidas son E. coli y Agrobacterium tumefaciens.
Los métodos para trasformar tales células u organismos son conocidos en el estado del arte (EP 0 238 023; Yelton y colaboradores, 1984; Malardier y colaboradores, 1989; Becker y Guarente; Ito y colaboradores, 1983; Hinnen y colaboradores, 1978; y Bennett y LaSure, 1991). Los métodos para producir proteínas a partir de tales organismos son también conocidos (Kudla y colaboradores, 1990; Jarai and Buxton, 1994; Verdier, 1990; MacKenzie y colaboradores, 1993; Hartl y colaboradores, 1994; Bergeron y colaboradores, 1994; Demolder y colaboradores, 1994; Craig, 1993; Gething y Sambrook, 1992; Puig y Gilbert, 1994; Wang y Tsou, 1993; Robinson y colaboradores, 1994; Enderlin y Ogrydziak, 1994; Fuller y colaboradores, 1989; Julius y colaboradores, 1984; y Julius y colaboradores, 1983).
Ejemplos
Se suministran los siguientes ejemplos y no deben ser interpretados de ninguna manera como limitantes para el alcance de la presente invención.
Ejemplo 1 Generación de clones de un promotor 7S\alpha de soja (Glicina max L.)
Se obtiene un promotor 7S\alpha a partir de ADN genómico de soja (Asgrow A3244) utilizando un Universal Genome Walker Kit (Clontech Laboratories, Inc., Palo Alto, California) y siguiendo las instrucciones del fabricante. El procedimiento consiste de dos amplificaciones por PCR, utilizando un iniciador adaptador y un iniciador específico para el gen para cada reacción de amplificación. Para identificar una reacción de homología mínima que sería adecuada como AND molde, se alinean las secuencias de las regiones de codificación de los genes 7S\alpha y 7S\alpha' (GlcX (7S\alpha') y GlcA (7S\alpha)) y se identifican dos regiones de no homología (Figura 1). Con base en las regiones identificadas de no homología, se preparan los siguientes iniciadores específicos del gen:
Para la amplificación primaria por PCR, GlcA-GW-primaria: extremo 3' (complementario con la secuencia subrayada en la Figura 1)
5'-CTTCTGATGAGGTGGGGGTGGGAATGGGAA-3'
[SEQ ID NO: 6]
\vskip1.000000\baselineskip
Para la amplificación secundaria por PCR, GlcA-GW-anidada (con los sitios de clonación BglII y NcoI añadidos al extremo 5' del iniciador): extremo 3' (complementario con la secuencia en negrilla en la Figura 1)
5'-CCATGGAGATCTATCTTGTTCTCATCCTCATCCTCATC-3'
[SEQ ID NO: 7]
\vskip1.000000\baselineskip
Se utiliza el siguiente iniciador adaptador en esta metodología:
Extremo 5' Primario: AP 1 seq:
5'-GTATACGACTCACTATAGGGC-3'
[SEQ ID NO: 9]
\vskip1.000000\baselineskip
AP5 (con los sitios de clonación HindIII y PstI añadidos al extremo 5' del iniciador)
Extremo 5' anidado
5'-AAGCTTCTGCAGGGTCGACGGCCCGGGCTGGT-3'
[SEQ ID NO: 5]
\newpage
A partir de este procedimiento, se aislaron y secuenciaron tres clones. Una alineación de secuencia ilustra que los tres clones representan al mismo gen 7S\alpha con el clon 8A mientras que los clones más largos se identifican como 8A (2,3Kb de longitud), 7C (1,5Kb de longitud) y 9C (1,3 Kb de longitud). Estos clones iniciales contienen la secuencia asociada tanto con el promotor como con una porción de la región de codificación de un gen 7S\alpha (una de las subunidades de \beta-conglicinina). Para confirmar que el clon es un gen 7S\alpha, se alinea la secuencia 3' del clon 8A con una secuencia publicada de ADNc (Número de Acceso X17698 en el GenBank). Tal alineación confirma que el producto PCR es homólogo a la región secuencia arriba del gen 7S\alpha y no al gen 7S\alpha'.
Se subclona entonces a los clones 7C, 8A, y 9C para proveer fragmentos más pequeños que contienen únicamente al promotor y a las regiones 5' UTR del gen 7S\alpha. Las regiones de amplificación por PCR como se las describió anteriormente se llevan a cabo utilizando a los clones 7C, 8A, y 9C como moldes. El iniciador AP5 es el iniciador adaptador, y el iniciador específico del gen es:
5'-CGATGGAGATCTAAGGAGGTTGCAACGAGCGTGGCAT-3'
[SEQ ID NO: 10]
Este iniciador específico del gen está diseñado para introducir un sitio de restricción BglII y NcoI en el extremo 3' para facilitar la clonación posterior. Los clones resultantes se secuencian utilizando metodología estándar y se subclona en un nuevo vector acondicionado pGEM-T (Promega, Madison, WI, Estados Unidos; Patente estadounidense No. 4.766.072) generando lo siguiente:
p-GEM-T 1A. Inserto de 1,7 Kb derivado del clon original 8A,
p-GEM-T 2A. Inserto de 1,3 Kb derivado del clon original 7C, y
p-GEM-T 3A. Inserto de 1,1 Kb derivado del clon original 9C.
Las secuencias de nucleótidos de p-GEM-T 1A, p-GEM-T 2A, y p-GEM-T 3A se utilizan para predecir las secuencias correspondientes de aminoácidos. Luego se alinean las secuencias predichas de aminoácidos con la secuencia de traducción de la proteína del producto del gen 7S\alpha (GlcA) (Número de Acceso X17698 en el GenBank y Número de Acceso P13916 en el SWISS-PROT) para identificar un codón de inicio. Se alinean las secuencias utilizando la función de alineación de secuencia del software GCG (Genetics Computer Group, Oxford Molecular Group, Inc.). Se utilizan entonces los clones 1A, 2A, y 3A como moldes para otra reacción PCR utilizando al AP5 como el iniciador adaptador y la siguiente secuencia como el iniciador específico del gen:
5'-C CATGGAGATCTAGTATCTTAATTATTTATTAAGGTAT- 3'
[SEQ ID NO: 8]
Adicionalmente, se añaden los sitios NcoI y BglII en el extremo 5' del iniciador (mostrados en caracteres itálicos). Los productos PCR de esta reacción se purifican y se clonan nuevamente dentro del vector acondicionado pGEM-T resultando en: p-GEM-T 1T, inserto de 1.724 pares de bases derivado del clon 1A; p-GEM-T "nuevo" 2A, inserto de 1.135 pares de bases derivado del clon 2A; y p-GEM-T "nuevo" 3A, inserto de 918 pares de bases derivado del clon 3A. La secuencia de p-GEM-T 1T se observa en la Figura 2.
Ejemplo 2
Este ejemplo demuestra que las actividades del promotor de las nuevas variantes 7S\alpha clonadas se confirman en cotiledones de soja transformados en forma transitoria.
Los tres clones del ejemplo 1 (1T, nuevo 2A, y nuevo 3A) se purifican por medio de electroforesis en gel (kit QIAquick, Cat. No. 28704, Qiagen Company, Valencia, California) y se subclona dentro de pMON8677 (Figura 3), en la posición originalmente ocupada por el promotor e35S, secuencia arriba del gen reportero GUS. Los mapas del plásmido resultante se observan en la Figura 2a como pMON55548 (1T), Figura 3a como pMON55546 (nuevo 2A) y Figura 4 como pMON55547 (nuevo 3A). Dos de estos plásmidos, pMON55546 y pMON55548, se utilizan en los ensayos transitorios de cotiledones de soja.
Las semillas de las plantas de soja (Asgrow A3244) se cosechan 25-28 días después de la floración y se las trata osmóticamente durante la noche a 25ºC en la oscuridad sobre medio de GAMBORG (G5893, Sigma Company, St. Louis, Missouri) suplementado con glutamina 50 mM, maltosa 111 mM, rafinosa 125 mM, manitol 125 mM y 3 g/l de agar purificado, pH 5,6. Los 125 cotiledones resultantes se cortan por la mitad y se bombardean con ADN purificado superenrrollado de las construcciones del promotor 7S\alpha de pMON55546 y pMON55548 utilizando tecnología de pistola de partículas (Maliga y colaboradores, 1995, "Methods in Plant Molecular Biology, A Laboratory Course Manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, página 47). Una construcción separada de luciferasa dirigida e35S está incluida en una proporción molar 1:1 con cada una de las construcciones del promotor como control de baja expresión. Se incuban luego los tejidos durante 48 horas a 25ºC.
Las proteínas se extraen de seis cotiledones bombardeados de soja utilizando 1 ml de amortiguador de extracción que contiene fosfato de potasio 0,1 M (pH 7,8), DTT 10 mM, EDTA 1 mM, glicerol al 5%, e inhibidor de proteinasa (1 tableta/50 ml, Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, IN). Se utiliza una alícuota de 100 \mul del extracto de proteína para el ensayo de la Luciferasa siguiendo un procedimiento "Steady-Glo" de Promega (Cat. No. E2510, Promega Corporation Madison, WI). Se utiliza una alícuota de 50 \mul del extracto de proteína para un protocolo estándar del ensayo GUS con modificaciones menores (Maliga y colaboradores, 1995, "Methods in Plant Molecular Biology, A Laboratory Course Manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, página 29). Se analiza cada muestra dos veces y se utiliza el valor promedio para el análisis de datos. Se normaliza la actividad de GUS utilizando la actividad de la luciferasa y los resultados indican que todas las variantes de los promotores 7S\alpha son funcionales en tejidos de cotiledones de soja.
Ejemplo 3 Producción de plantas transgénicas de soja que contienen al promotor 7S\alpha
Se subclona el casete de expresión en pMON55548 (7S\alpha-1T-GUS-NOS-3') para generar al vector pMON55554, un vector de transformación de Agrobacterium capaz de demostrar la efectividad de un promotor 7S\alpha en plantas de soja (Figura 5). Se incluye también un marcador de selección resistente a glifosato (CP4) en pMON55554. Se introduce el vector en una cepa bacteriana de Agrobacterium tumefaciens ABI y se utilizan las células transformadas resultantes para infectar cotiledones de soja (Asgrow A3244). Como control, se utiliza un promotor truncado de Arcelina 5 en lugar de 7S\alpha-1T para generar pMON55542 (Figura 6). Se introduce el vector en una cepa bacteriana de Agrobacterium tumefaciens ABI y se utilizan las células trasformadas resultantes para infectar cotiledones de soja (Asgrow A3244).
Se seleccionan las plantas resistentes a glifosato después de la regeneración de las plantas de los tejidos infectados por A. tumefaciens. Se analizan las semillas maduras de las plantas seleccionadas por la actividad GUS. Para analizar la actividad GUS, se muelen individualmente ocho semillas de cada evento (línea) transgénico. Se extraen aproximadamente 20 mg de tejido molido de semilla utilizando 200 \mul de amortiguador de extracción que contiene fosfato de potasio 0,1 M (pH 7,8), DTT 10 mM, EDTA 1 mM, glicerol al 5%, e inhibidor de proteinasa (1 tableta/50 ml, Roche Molecular Biochemicals, Indianapolis, IN). El contenido de proteína del extracto se determina utilizando Bio-Rad Protein Assay (Bio-Rad, #61234A) y la actividad GUS se mide utilizando un protocolo estándar del ensayo GUS con modificaciones menores (Maliga y colaboradores, 1995, "Methods in Plant Molecular Biology, A Laboratory Course Manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, página 29). La actividad GUS se normaliza contra la concentración de proteína. Se analizó cada muestra dos veces y se utilizó el valor promedio para el análisis de datos.
Se rechaza un evento (línea) si ninguna de las ocho semillas tenía actividad GUS detectable. Entre cada uno de los eventos que muestran actividad GUS, se selecciona la semilla que tiene la actividad más alta. Se repite el ensayo de actividad GUS para las semillas seleccionadas y se resumen los resultados en la Figura 7. La comparación entre 28 eventos positivos de pMON55554 y 11 eventos positivos de pMON55542 muestra que el promotor 7S\alpha es, como mínimo, tan fuerte como el promotor truncado de Arcelina 5 (Figura 7).
Ejemplo 4 Producción de Arabidopsis transgénico que contiene al promotor 7S\alpha o al promotor de Arcelina 5
La expresión de GUS dirigida ya sea por el promotor 7S\alpha1T en pMON55553 (Figura 8) o de tArc5 en pMON55541 (Figura 9) se examina en Arabidopsis thaliana. La expresión de GUS pMON55553 (7S\alpha1T-GUS-NOS) y de GUS pMON55541 (tArc5-GUS-NOS) se examina en un brote de una semana y en una planta madura. Las plantas y los brotes que expresan al plásmido pMON55553 muestran que GUS está ausente en raíces o en hojas maduras cuando se utiliza el promotor 7S\alpha1T. La actividad se observa en hipocotiledones y en cotiledones, que es causada por la proteína GUS residual sintetizada durante la embriogénesis. Las plantas y los brotes que expresan pMON55541 muestran que GUS está presente en raíces y en hojas maduras además de las señales detectadas en hipocotiledones y cotiledones cuando se utiliza el promotor tArc5. Los datos ilustran que el promotor 7S\alpha ha mejorado la especificidad de la semilla comparada con el promotor tArc5.
\vskip1.000000\baselineskip
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\hskip1cm wang, Qi
\hskip1cm Dubois, Patrice
\vskip0.400000\baselineskip
<120> Promotor alfa 75 Específico de la semilla para Expresar implantes de Genes
\vskip0.400000\baselineskip
<130> 60/316.975
\vskip0.400000\baselineskip
<150> 60/316.975
\vskip0.400000\baselineskip
<151> 2001-09-05
\vskip0.400000\baselineskip
<160> 14
\vskip0.400000\baselineskip
<170> PatentIn versión 3.1
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 1
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 1318
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Glicina max
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 1
\vskip1.000000\baselineskip
2
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 2
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 1724
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Glicina max
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\vskip0.400000\baselineskip
<400> 2
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3
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 3
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<211> 1135
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
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<213> Glicina max
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 3
4
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 5
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 32
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> construcción sintética
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 5
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
aagcttctgc agggtcgacg gcccgggctg gt
\hfill
32
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 6
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 30
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> construcción sintética
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 6
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cttctgatga ggtgggcgtg ggaatgggaa
\hfill
30
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<210> 7
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<211> 38
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> construcción sintética
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 7
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ccatggagat ctatcttgtt ctcatcctca tcctcatc
\hfill
38
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 8
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 38
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> construcción sintética
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 8
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ccatggagat ctagtatctt aattatttat taaggtat
\hfill
38
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 9
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 21
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<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> construcción sintética
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 9
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
gtatacgact cactataggg c
\hfill
21
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 10
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 37
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> construcción sintética
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 10
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
\hskip-.1em\dddseqskip
ccatggagat ctaaggaggt tgcaacgagc gtggcat
\hfill
37
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 11
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 1318
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Glicina max
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 11
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5
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<211> 1724
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<212> ADN
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<213> Glicina max
\newpage
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 12
\vskip1.000000\baselineskip
6
7
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<210> 13
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<211> 1135
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<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Glicina max
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 13
\vskip1.000000\baselineskip
8
9
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<210> 14
\vskip0.400000\baselineskip
<211> 918
\vskip0.400000\baselineskip
<212> ADN
\vskip0.400000\baselineskip
<213> Glicina max
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip0.400000\baselineskip
<400> 14
\vskip1.000000\baselineskip
10

Claims (18)

1. Una planta transformada que contiene una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 superior al 90% y complementos de las mismas, y una secuencia estructural de ácido nucleico operativamente enlazada, en donde el promotor es heterólogo con respecto a la secuencia estructural de ácido nucleico, y en donde el promotor es específico de la semilla.
2. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde dicha segunda secuencia de ácido nucleico codifica a una proteína seleccionada del grupo que consiste de zeinas, proteína 7S, proteína de la nuez del Brasil, proteína libre de fenilalanina, \beta-conglicinina, proteína 11S, alfa-hordotionina, proteína arcelina de almacenamiento de la semilla, lectina y glutenina.
3. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde dicha segunda secuencia de ácido nucleico codifica a una proteína seleccionada del grupo que consiste de tyrA, slr173, ATPT2, dxs, dxr, GGPPS, HPPD, GMT, MT1, AANT1, slr1737, y una dioxigenasa del ácido homogentísico.
4. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde dicha segunda secuencia de ácido nucleico codifica a una proteína seleccionada del grupo que consiste de antranilato sintasa, triptófano descarboxilasa, treonina descarboxilasa, treonina desaminasa, dihidrodipicolinato sintasa, lisina ketoglutarato reductasa y aspartato quinasa.
5. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde al menos un fragmento de dicha segunda secuencia de ácido nucleico se expresa en una forma tal que suprime la expresión de dicho segundo ácido nucleico.
6. La planta transformada de la reivindicación 5, en donde dicha segunda secuencia de ácido nucleico se orienta para expresar una molécula de ARN antisentido.
7. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde la planta transformada se selecciona del grupo que consiste de canola, crambe, maíz, mostaza, semilla de ricino, sésamo, semilla de algodón, linaza, soja, Arabidopsis, Phaseolus, cacahuete, alfalfa, trigo, arroz, avena, sorgo, colza, centeno, tritordeum, mijo, cañuela, ballico perenne, caña de azúcar, arándano, papaya, plátano, cártamo, palmas de aceite, lino, melón, manzana, pepino, dendrobium, gladiolo, crisantemo, liliácea, algodón, eucalipto, girasol, Brassica campestris, Brassica napus, césped, remolacha, café y ñame.
8. La planta transformada de la reivindicación 7, en donde la planta transformada es soja.
9. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde la concentración de ARNm o de proteína codificada por la secuencia estructural de ácido nucleico es aproximadamente del 2% (p/p) en una semilla de dicha planta transformada.
10. La planta transformada de la reivindicación 1, en donde dicha secuencia estructural de ácido nucleico se expresa en una semilla.
11. Un método para transformar una planta que comprende: proveer una molécula de ácido nucleico que comprende en la dirección 5' a 3': un promotor que tiene una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que exhibe una identidad con las SEQ ID NOs: 11 y 12 superior al 90%, y complementos de las mismas, operativamente enlazada a una secuencia estructural de ácido nucleico, en donde el promotor es heterólogo con respecto a la secuencia estructural de ácido nucleico en donde el promotor es específico de la semilla; y transformar una planta con la molécula de ácido nucleico.
12. El método de la reivindicación 11, en donde dicha planta transformada produce una semilla y dicha secuencia de ácido nucleico se transcribe en dicha semilla; y dicha semilla se aísla de dicha planta transformada.
13. Una molécula sustancialmente purificada de ácido nucleico que comprende una secuencia de ácido nucleico seleccionada del grupo que consiste de las SEQ ID NOs: 11 y 12, una secuencia de ácido nucleico que es idéntica en más de un 90% a las SEQ ID NOs: 11 y 12, y complementos de las mismas, en donde la molécula de ácido nucleico es un promotor específico de la semilla.
14. Un vector que comprende al ácido nucleico sustancialmente purificado de la reivindicación 13.
15. Una célula que comprende al vector de la reivindicación 14.
16. La célula de acuerdo a la reivindicación 15, en donde dicha célula se selecciona del grupo que consiste de una célula bacteriana, una célula de mamífero, una célula de insecto, una célula de planta y una célula de hongo.
\newpage
17. La célula de acuerdo a la reivindicación 16, en donde dicha célula bacteriana es Agrobacterium tumefaciens o E. coli.
18. La célula de acuerdo a la reivindicación 16, en donde dicha célula de planta es una célula de soja.
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