ES2984736T3

ES2984736T3 - Producción de grano

Info

Publication number: ES2984736T3
Application number: ES16738296T
Authority: ES
Inventors: Jason Cope; Todd Krone; George Singletary
Original assignee: PowerPollen Inc
Current assignee: PowerPollen Inc
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2024-10-30
Anticipated expiration: 2036-06-24
Also published as: US20180317412A2; CA2990424A1; JP2018519854A; BR112017028054A2; EP3313169A1; US11166421B2; EP4169375A1; EP4378304A2; BR112017028054A8; UA126273C2; HUE068099T2; EP3313169C0; MX2017017162A; ES2933487T3; AU2016283114A1; PL4169375T3; US11844321B2; US20160374279A1; US20240040981A1; EP3313170B1

Abstract

Esta invención describe un nuevo método para aumentar los rendimientos de grano en cualquier planta de cultivo modificando la polinización para producir un aumento en el rendimiento de grano, un cambio en el contenido o las características del grano, una disminución en la contaminación o una combinación de estos atributos. El proceso implica la entrega intencional de polen de la planta macho a voluntad, según esté disponible en un banco de polen preservado o la recolección en tiempo real de las plantas macho a medida que estén disponibles, en una cámara de crecimiento, por ejemplo. El polen deseado se entrega a las hembras fértiles. El polen entregado se encuentra en tales cantidades y en un momento fortuito que poliniza preferentemente a las hembras y, opcionalmente, evita o mejora la autopolinización o la polinización de plantas vecinas. La entrega intencional de polen genéticamente diferente dará como resultado una mayor heterosis y aumentos acompañantes en el rendimiento de grano resultantes del mayor tamaño del grano y el potencial de influir en el contenido y los componentes del grano. La invención también permite la toma de decisiones agronómicas en tiempo real para maximizar el rendimiento de grano superando los desafíos bióticos y abióticos en la temporada de crecimiento que pueden o no haberse previsto. La entrega intencional de polen propio o de hermanos da como resultado una disminución de la contaminación por cruzamiento externo no deseado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Producción de grano

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere en general a procedimientos novedosos de producción de grano, específicamente destinados a aumentar el rendimiento del grano. Más concretamente, esta invención se refiere a la tecnología de polinización a la carta aplicable a las plantas con grano que no depende de la liberación activa de polen, plantas vecinas o mezclas de semillas.

ANTECEDENTES

La presente invención tiene aplicación en el campo de la producción de cereales y las prácticas de polinización de plantas, en cultivos de cereales tales como el maíz (también llamado maíz), la soja, el trigo, el arroz, el girasol, la colza, el sorgo, la cebada y el mijo perla. El término "producción de grano" utilizado en la presente divulgación se refiere a la producción de grano a escala comercial, utilizando un terreno mínimo de 0,8 hectáreas (2 acres) para la producción de dicho grano. En un campo de cereales de cultivo convencional suelen predominar las plantas F 1 que comparten genes comunes de 2 progenitores consanguíneos (aunque los cereales convencionales también tendrán un pequeño porcentaje de semillas contaminantes (no F 1) en una bolsa de semillas estándar). En otras situaciones, se utiliza el procedimiento "cruzamiento superior" para la producción de grano. En contraste con el campo convencional de plantas F1, el grano cruzamiento superior utiliza un campo que es una mezcla de un híbrido estéril masculino (~93%) y un germoplasma fértil masculino polinizador de alto contenido en aceite (7%). La producción comercial de cereales depende a menudo de la producción en campo de plantas híbridas. Las plantas híbridas son el resultado de la fecundación de una fuente de polen masculino de un origen genético que se cruza con los órganos reproductores femeninos de una planta con un origen genético diferente. La hibridación entre plantas de cultivo suele proporcionar una ventaja de rendimiento en la producción comercial. Actualmente, el maíz, el arroz, el sorgo, el girasol y la colza son los principales cultivos que aprovechan las semillas híbridas. Otros cereales se cultivan menos comúnmente como híbridos, como es el caso de la soja, el trigo, la cebada, el mijo perla y otros.

Para los cultivos en los que la producción de grano es habitual, los procedimientos actuales de producción de grano varían ligeramente según la especie, pero normalmente implican plantar campos de la misma variedad de semilla para producir plantas cuyas semillas maduras darán lugar al grano deseado. Las plantas de estos campos suelen autopolinizarse o ser polinizadas por las plantas vecinas del campo. Puede haber polinización cruzada procedente de campos cercanos de especies similares.

A los efectos de esta divulgación y su aplicabilidad a la producción de grano, el término "autopolen", que es el polen propio de una sola planta, incluye el "polen de hermanos", que es el polen de plantas hermanas que comparten la misma genética. Asimismo, el término "autopolinización" incluye la "sib-polinización", que es la polinización que se produce con polen de una planta hermana, y que tiene el mismo efecto en el grano resultante que la autopolinización. En un campo de producción de grano híbrido, toda autopolinización y sibpolinización es efectivamente autopolinización en términos del efecto sobre el grano, que es una disminución del rendimiento (en comparación con el outcrossing) y un aumento de la pureza en el caso del maíz alimentario. La "polinización cruzada", a efectos de la presente divulgación, se refiere al intercambio genético entre endogamias o híbridos en campos adyacentes y circundantes, no de plantas dentro del mismo campo. Así pues, la polinización cruzada es la introducción de polen derivado o procedente de lugares separados que es genéticamente distinto del polen que se desprenderá de las plantas dentro del campo de producción de grano.

La ventaja de utilizar semillas híbridas para la producción de grano es que se sabe que los híbridos presentan heterosis, que se expresa como vigor híbrido, es decir, una planta más fuerte y resistente. La heterosis también se traduce en un mayor rendimiento del grano. Este efecto se denomina a veces xenia. (Stamp et al. (2002) Crop Sci.

42:1848-1856; Stamp et al. (2002) Maydica 47:127-134). La heterosis también se produce cuando una planta híbrida existente (creada a partir de 2 plantas progenitoras diferentes) se fertiliza con polen de otra planta, lo que aumenta su rendimiento. Los cultivos de cereales híbridos superan con creces a los no híbridos y responden mejor a los fertilizantes. Sin embargo, las condiciones durante el periodo vegetativo varían de un año a otro y las presiones causadas por los problemas medioambientales, los brotes de enfermedades y las plagas de insectos pueden afectar significativamente al rendimiento del grano.

Teóricamente, los híbridos de polinización cruzada pueden proporcionar un beneficio en el rendimiento al evitar la depresión por endogamia asociada a la autopolinización o a la polinización por hermanos, o al crear nuevas combinaciones de genes que generan una respuesta heterótica en los granos. Esta respuesta se ha denominado "efecto xenia" "La xenia puede definirse como el efecto de los genes del polen en el desarrollo del fruto o de las semillas" (Bulant et al. ((2000) Crop Sci. 40: 182-188)

Numerosos estudios han demostrado la influencia de la fuente de polen en el desarrollo del grano. Entre las primeras demostraciones (Kiesselbach, T.A. (1926) Neb. Agrie. Exp. Stn. Bull. 33:1-69; Kiesselbach, T.A. & W.H. Leonard (1932) J. Am. Soc. Agron. 24:517-523), Kiesselbach informó de que, en comparación con la autofecundación, la fecundación cruzada aumentaba el peso de los granos en un 10,1% de media (11,8% para los embriones, 10,4% para el endospermo y 3,2% para el pericarpio). Tsai y Tsai (Tsai, C.L. & C.Y. Tsai (1990) Crop Sci. 30: 804-808) mostraron un incremento en el rendimiento de grano de alrededor del 30% y en el contenido de proteína en grano de alrededor del 44% en un híbrido temprano cuando fue polinizado por un híbrido tardío. Utilización de líneas endocriadas de maíz con endospermo normal, Bulant et al. ((2000) Crop Sci. 40: 182-188) informaron de una ventaja relativa en el peso de los granos de fecundación cruzada con respecto a los de fecundación propia de hasta el 13%. Los estudios de selección realizados en la Universidad Estatal de Dakota del Sur confirman que la polinización cruzada de híbridos específicos puede aumentar el tamaño del grano y el contenido en proteínas, y que la polinización cruzada entre híbridos de madurez similar representa entre el 40 y el 60% de los granos formados en rodales mixtos (Wicks III, Z., (1994) Proc. Annual Corn and Sorghum Res. Conf.

4.

El desarrollo de los granos puede verse alterado por la polinización cruzada (Tsai, C.L. & C.Y. Tsai (1990) Crop Sci. 30: 804-808; Poneliet, C.G. y D.B. Egli, (1983) Crop Sci. 23:872-875). Poneliet y Egli (1983) demostraron que la duración del período de llenado efectivo de la fecundación cruzada era a menudo mayor que la de la autofecundación. La fuente de polen también afecta al desarrollo del endospermo en términos de contenido proteínico, perfil de aminoácidos y translucidez. (Pixley, K.V. y M.S. Bjarnason (1994) Crop Sci. 34:404-408; Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188). A los 14 DAP, la ventaja de la fertilización cruzada en promedio fue de 28,8% para el contenido de almidón, 24,8% para la actividad ADP-glucosa-pirofosforilasa (EC 2.7.7.27), y 24,1% para la actividad invertasa neutra (EC 3.2.1.26) (Bulant et al. (2000) Crop Sci. 40: 182-188). Tsai et al. ((1991) J. Sci. Food Agric. 57: 163-174) modificó el endospermo de P3732 mediante polinización cruzada, lo que incrementó significativamente el peso del grano, el contenido de proteína del grano y el rendimiento en grano en una serie de tratamientos con N fertilizante. Los nutrientes adicionales translocados a los granos en desarrollo de las plantas de polinización cruzada P3732 procedían principalmente del aumento de la duración de la producción de materia seca y de la absorción de N por los tejidos vegetativos (Tsai et al. (1991) J. Sci. Food Agric. 57: 163-174). Estos efectos bien establecidos sobre la composición del grano son la base del procedimiento cruzamiento superior de producción de maíz con alto contenido en aceite. El sistema de cruzamiento superior para la producción de granos de maíz con alto contenido de aceite fue un procedimiento utilizado en la década de 1990 y principios de la década de 2000 en el que el alto contenido de aceite se inducía plantando una mezcla de un híbrido estéril masculino (~93%) y un germoplasma polinizador fértil masculino con alto contenido de aceite (7%). El resultado fue un aumento del aceite de aproximadamente 3-4% para el grano básico normal, a aproximadamente 6% para el grano de cruzamiento superior de alto contenido en aceite. El grano con alto contenido en aceite obtuvo un precio superior por fanega en el elevador de grano. (Thomison, P. R. et al. (2002) Agron. J. 94: 290-299.)

El alcance del efecto xenia varía en función del genotipo masculino y femenino. Cuanto mayor sea la diferencia genética entre la fuente de polen masculina y la femenina, mayor será la respuesta esperada a la polinización cruzada. (Leng, E.R., (1949) Agron. J. 41:555-558; Bulant, C. y A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525). La ventaja de la fecundación cruzada fue menor en los híbridos simples que en sus progenitores consanguíneos, y la ventaja varía con el macho. Para los cruces entre consanguíneos, la ventaja de la fertilización cruzada fue del 13,8 y 14,5%, pero sólo del 2,5% para los cruces realizados con su híbrido (Bulant, C. y A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525). Tanto el polen como los efectos maternos influyen en la respuesta a la polinización cruzada (Seka, D y H.Z. Cross (1995) Crop Sci. 35: 80-85; Seka, D. et al. (1995) Crop Sci. 35: 74-79).

Resultados de las polinizaciones cruzadas entre híbridos observadas por Bulant y Gallais (Bulant, C. y A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525) ilustran que la fertilización cruzada puede aumentar la resistencia al hundimiento de toda la mazorca y que el beneficio de la masa del grano puede observarse en condiciones desfavorables. Los efectos positivos de la xenia se han interpretado en términos de relaciones fuente-sumidero. Si los recursos son limitantes, el aumento de la resistencia al hundimiento conduce a un mayor peso medio del grano con la fertilización mixta que con la autofecundación pura. No hubo relación entre la ventaja de la fecundación cruzada y el peso medio de la semilla de la fuente de polen femenino o masculino autofecundado. La ventaja de la fertilización cruzada fue beneficiosa tanto para los granos pequeños como para los granos grandes (Bulant, C. y A. Gallais, (1998) Crop Sci. 38: 1517-1525).

El éxito de la polinización es crítico para el rendimiento del grano. El rendimiento en grano se mide como el peso del grano por superficie de tierra medido con un contenido de humedad determinado (por ejemplo, 15,5% de humedad para el maíz). Un bajo índice de polinización se traduce en una escasa producción de grano. Por este motivo, los productores de cereales suelen confiar en la autopolinización y en la polinización por parte de plantas vecinas en el campo, ya que saben que la polinización se producirá durante la ventana de tiempo correcta porque los componentes femeninos de la planta estarán listos para recibir el polen. Desgraciadamente, la autopolinización no maximiza necesariamente la producción de grano y es incapaz de tener en cuenta las condiciones cambiantes y el estrés que pueden afectar a la planta durante el periodo vegetativo.

En consecuencia, existe la necesidad en la industria de una invención que permita mejorar el rendimiento del grano, el contenido de grano, la pureza del grano, las características del grano, la disminución de la contaminación, o una combinación de estos atributos. La invención instantánea proporciona un procedimiento de selección de uno o más tiempos durante los cuales las plantas femeninas designadas están listas para recibir polen masculino designado aplicado intencionalmente un enfoque, como se define además en la Reivindicación 1. La invención instantánea también proporciona un procedimiento para permitir la producción de grano para consumo humano, o consumo animal, como se define además en la reivindicación 2, y un procedimiento de producción de grano para consumo humano, o consumo animal, como se define además en la reivindicación 3, dichos procedimientos comprenden usar el grano para consumo humano o animal. Estos procedimientos pueden mejorar el rendimiento en grano de las plantas de polinización cruzada intencionada. Además, estos procedimientos pueden prever el aumento del tamaño del grano y la modificación de los constituyentes del grano mediante una polinización cruzada específica con polen de un fondo genético diferente, y también pueden permitir tomar decisiones de producción en tiempo real para hacer frente a las condiciones en el momento de la polinización o a los retos de producción. Estos procedimientos también pueden reducir la contaminación indeseable en el grano cosechado en el campo. Estos procedimientos también permiten maximizar la polinización sincrónica con polen propio o de hermanos, lo que reduce la contaminación causada por la polinización cruzada indeseable, especialmente aplicable a la agricultura ecológica. Estos dos procedimientos también pueden combinarse para aumentar el rendimiento y modificar el tamaño y los componentes del grano en el mismo campo de cereales, reduciendo al mismo tiempo la contaminación.

La invención descrita en el presente documento permitiría un aumento del 5% en el rendimiento del grano de maíz (una estimación conservadora), el valor anual de esta invención con un 33% de adopción, principalmente en tierras de mayor productividad, sería de 1.100 millones de dólares para toda la cadena de valor sólo en Estados Unidos. Esta cifra se basa en la producción estadounidense de maíz de 2015, de 345 toneladas métricas (U.S. Corn Growers Association (2016) World of Corn [en línea, recuperado el 2016-06-13], Recuperado de internet: < URL: http://www.worldofcorn.com/#us-corn-production>) y un precio básico del maíz de 185,04 dólares por tonelada métrica (13 de junio de 2016 precio del maíz [en línea, recuperado el 2016-06-13] Recuperado de internet: < URL: https://www.ams.usda.gov/market-news/livestock-grain-market-news-publications>) (Cálculo: 185,04 $/MT x 345MM MT x 5% de aumento del rendimiento x 33% de adopción). Del mismo modo, la invención descrita en el presente documento podría permitir un aumento del 5% en el rendimiento del grano de arroz, lo que tendría un valor anual, con una adopción del 10%, principalmente por parte de los grandes agricultores en tierras altamente productivas, de 1.500 millones de dólares a nivel mundial. Esta cifra se basa en la producción mundial de arroz de 2013, de 746MM de toneladas métricas (GeoHive (2016) [en línea] World: Rice Production in Metric Tonnes, retrieved on 2016-06-20. Obtenido de Internet: <http://www.geohive.com/charts/ag_rice.aspx>) y un precio de la mercancía arroz de 408,91 dólares por tonelada métrica (May 2016 rough rice commodity price [en línea], recuperado de internet el 2016-06-23. Obtenido de Internet: < http://www.indexmundi.com/commodities/?commodity=rice&months=60>) (Cálculo: 408,91 $/MT x 746MM MT x 5% de aumento del rendimiento x 10% de adopción).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1: Esta figura es una fotografía de una mazorca de maíz cosechada del híbrido H2 y polinizada con polen del donante de polen P2 como se describe en el Ejemplo 2. La fotografía aparece en blanco y negro. La versión en color de la fotografía muestra los granos de color claro en amarillo y los de color más oscuro en morado. Esta mazorca muestra las polinizaciones cruzadas exitosas que se produjeron en toda la mazorca. Las autopolinizaciones son los granos claros y las polinizaciones cruzadas son los granos oscuros. Esta mazorca fue útil para determinar las diferencias de rendimiento entre los dos tipos de polinización.

Figura 2: Esta figura es una fotografía de una mazorca de maíz cosechada del híbrido H2 y polinizada con polen del donante de polen P2 como se describe en el Ejemplo 2. La fotografía aparece en blanco y negro. La versión en color de la fotografía muestra los granos de color claro en amarillo y los de color más oscuro en morado. Esta mazorca muestra las polinizaciones cruzadas exitosas que se produjeron en toda la mazorca, y muestra más polinización cruzada que la mazorca de la Figura 1. Las autopolinizaciones son los granos claros y las polinizaciones cruzadas son los granos oscuros. Esta mazorca fue útil para determinar las diferencias de rendimiento entre los dos tipos de polinización.

Figura 3: Esta figura es una fotografía de una mazorca de maíz cosechada del híbrido H2 y polinizada con polen del donante de polen P2 como se describe en el Ejemplo 2. La fotografía aparece en blanco y negro. La versión en color de la fotografía muestra los granos de color claro en amarillo y los de color más oscuro en morado. Esta mazorca presenta niveles de polinización cruzada muy elevados (superiores al 85%). Las autopolinizaciones son los granos claros y las polinizaciones cruzadas son los granos oscuros.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La invención se define en las reivindicaciones del presente documento.

Más particularmente, la presente invención proporciona un procedimiento de selección de uno o más tiempos durante los cuales plantas femeninas designadas están listas para recibir polen masculino designado (polenM) aplicado intencionalmente, de una manera que no incluye polinización natural por viento, actividad de insectos u otras condiciones que ocurren naturalmente, con el fin de producir grano de interés, en donde la planta femenina designada es una o más de: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada, o una planta de mijo perla, en donde las plantas femeninas designadas incluyen componentes femeninos que se cultivan en un tamaño de campo mínimo de 8.000 m2 (0,8 hectáreas) en condiciones que pueden exponer los componentes femeninos a polen indeseable (polenu), siendo dicho polenu: a. autopolen producido por los componentes masculinos de las plantas femeninas designadas; y/o b. polen producido por plantas vecinas, que es capaz de polinizar las plantas femeninas designadas; comprendiendo el procedimiento : establecer que los componentes femeninos de las plantas femeninas designadas son receptivos para recibir polen; y seleccionar uno o más momentos con respecto a las plantas femeninas designadas, en donde el uno o más momentos es o son: i. un primer momento que es el momento en que las plantas femeninas designadas se vuelven receptivas al polen por primera vez; y/o ii. un segundo momento que es un período de tiempo que se encuentra en un momento del día en el que el polenU no se libera y/o el polenU liberado ya no es viable, de manera que cuando el polenM se aplica intencionadamente, en una o más ocasiones, por medios que no incluyen la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones naturales, a los componentes femeninos de las plantas femeninas designadas durante el período del segundo momento, las plantas femeninas designadas seleccionadas ya están polinizadas por el polenM en el momento en que el polenU comienza a liberarse.

La presente invención también proporciona un procedimiento para permitir la producción de grano para consumo humano o animal, comprendiendo el procedimiento: a. cultivar plantas femeninas designadas que incluyan componentes femeninos en un campo de un tamaño mínimo de 8.000 m2 (0,8 hectáreas) en condiciones que puedan exponer los componentes femeninos a polen indeseable (polenU), siendo dicho polenU : autopolen producido por los componentes masculinos de las plantas femeninas designadas; y/o polen producido por plantas vecinas, cuyo polen es capaz de polinizar las plantas femeninas designadas; b. seleccionar plantas femeninas designadas como listas para recibir polen masculino designado (polenM) aplicado intencionalmente, de una manera que no incluya la polinización natural por el viento, la actividad de insectos u otras condiciones naturales, a fin de producir el grano de interés, en uno o más momentos determinados por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1; c. aplicar intencionadamente polenM, utilizando medios mecánicos, a las plantas madre femeninas designadas en el uno o más momentos seleccionados en el paso b, en una o más ocasiones durante uno o más de los tiempos primero y/o segundo de acuerdo con la reivindicación 1, de forma que no se incluya la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones que se den de forma natural; y d. producir el grano y utilizarlo para consumo humano o animal; en el que la planta hembra designada es una o más de las siguientes: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada o una planta de mijo perla.

La presente invención también proporciona un procedimiento de producción de grano para consumo humano o animal, comprendiendo el procedimiento: a. cultivar plantas femeninas designadas que incluyan componentes femeninos en un campo de un tamaño mínimo de 8.000 m2 (0,8 hectáreas) en condiciones que puedan exponer los componentes femeninos a polen indeseable (polenU), siendo dicho polenU: autopolen producido por los componentes masculinos de las plantas femeninas designadas; y/o polen producido por plantas vecinas, cuyo polen es capaz de polinizar las plantas femeninas designadas; b. seleccionar plantas femeninas designadas como listas para recibir polen masculino designado (polenM) aplicado intencionalmente, de una manera que no incluya la polinización natural por el viento, la actividad de insectos u otras condiciones que ocurren naturalmente, a fin de producir el grano de interés, en uno o más momentos determinados por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1; y c. polinizar intencionadamente las plantas madre femeninas designadas en el uno o más momentos seleccionados en el paso b, en una o más ocasiones durante uno o más de los tiempos primero y/o segundo de acuerdo con la reivindicación 1, con polenM, utilizando medios mecánicos, de un modo que no incluya la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones que se produzcan de forma natural; d. cultivar las plantas femeninas designadas obtenidas en el paso c hasta la madurez; e. cosechar el grano producido por dicha planta femenina designada; y f. utilizar el grano cosechado para el consumo humano o animal; en donde la planta femenina designada es una o más de las siguientes: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada o una planta de mijo perla.

Los procedimientos de la presente invención pueden proporcionar una mejora en la producción comercial de grano mediante la polinización cruzada intencionada de plantas de grano con polen de un fondo genético diferente. Este procedimiento proporciona un aumento del rendimiento como resultado de la heterosis, o efecto xenia. Este procedimiento tiene la ventaja adicional de permitir la modificación de las características de los granos, incluidos su contenido y sus componentes.

Los procedimientos de la presente invención también pueden proporcionar la mejora de los niveles de autopolinización y/o polinización por hermanos en la producción comercial de grano, incluyendo el procedimiento la aplicación intencional de polen masculino designado (con el mismo fondo genético que la planta femenina designada) a una planta femenina designada en una o más ocasiones. En el momento de la aplicación intencionada, la planta hembra designada se encuentra en un estado en el que los componentes femeninos están listos para recibir polen. Los componentes masculinos de la planta femenina designada pueden o no estar liberando polen en el momento de la aplicación intencional del polen masculino designado. En el caso de que los componentes masculinos liberen polen, algunos componentes femeninos recibirán el polen masculino designado aplicado intencionadamente, mientras que otros componentes pueden recibir autopolen o polen de hermanos de plantas vecinas, lo que resulta en un aumento general de los eventos de polinización con éxito y, por lo tanto, reduce la contaminación causada por cruzamientos indeseados.

Los procedimientos de la presente invención pueden proporcionar un aumento del tamaño del grano y una modificación de las características del grano, incluyendo el contenido de grano y los constituyentes, mediante polinización cruzada específica. Por ejemplo, puede modificarse el contenido de aceite, proteínas o almidón del grano, así como los componentes específicos de aceite, proteínas o almidón del grano. Esto permite tomar decisiones de producción en tiempo real para hacer frente a condiciones específicas en el momento de la polinización, y permite al agricultor hacer frente a retos de producción específicos en el campo. En el momento de la aplicación intencionada, la planta hembra designada se encuentra en un estado en el que los componentes femeninos están listos para recibir polen. Los componentes masculinos de la planta femenina designada pueden o no estar liberando polen en el momento de la aplicación intencional del polen masculino designado. En caso de que los componentes masculinos liberen polen, algunos componentes femeninos recibirán el polen masculino designado aplicado intencionadamente, mientras que otros componentes pueden recibir polen propio o polen de hermanos de plantas vecinas. En caso de que los componentes masculinos no liberen polen, la mayoría de los componentes femeninos recibirán el polen masculino designado aplicado intencionadamente de un fondo genético diferente, lo que dará lugar a heterosis, o efecto xenia, y a un aumento simultáneo del tamaño de los granos o granos, así como a cambios intencionados en el contenido o los constituyentes de los granos.

Ambos procedimientos también pueden ayudar a reducir la contaminación en el grano causada por eventos de polinización indeseables. Los procedimientos también pueden combinarse para lograr tanto un aumento del rendimiento del grano como un aumento del tamaño del grano, junto con la modificación de las características del grano.

Los procedimientos son aplicables a una amplia gama de plantas, en particular, maíz, soja, trigo, arroz, girasol, canola, sorgo, algodón, cebada y mijo perla. La aplicación del polen masculino designado puede realizarse por medios automatizados, medios mecánicos, medios de presión positiva, medios de presión negativa, medios manuales, medios semiautomatizados o combinaciones de los mismos. Además, la fuente de polen masculino designada puede proceder de polen previamente conservado o recién cosechado de material fuente masculino. El polen puede haber sido recolectado en uno o más de los siguientes lugares: un campo, una cámara de crecimiento, un invernadero, un invernadero de cristal, un invernadero de sombra, un invernadero de aro, una instalación de cultivo vertical o una instalación hidropónica. El polen conservado puede haberse conservado por cualquier medio que permita que el polen conserve su viabilidad, incluyendo, entre otras, diversas formas de refrigeración o congelación, como el enfriamiento, la crioconservación, la liofilización o el almacenamiento en nitrógeno líquido. Además, el polen, ya sea fresco o conservado, puede haberse recogido de una fuente con ritmo circadiano alterado o de una fuente con floración circadiana normal, pero en la que dichos componentes masculinos de dichas plantas parentales femeninas designadas se retrasan, o se deja que se desprendan sin retraso. El polen, ya sea fresco o conservado, puede haberse recogido de una o más fuentes y haberse combinado con polen de otras fuentes antes de su aplicación.

Los procedimientos de la presente invención pueden mejorar aún más la productividad de los cultivos. La aplicación intencionada de polen específicamente seleccionado de una fuente genéticamente no relacionada permite tomar decisiones agronómicas específicas en tiempo real a la hora de seleccionar las fuentes de polen no relacionadas. Esto permite maximizar las características de las semillas para cualquier condición ambiental o necesidad del mercado para cualquier planta de interés. Por ejemplo, en una realización, el polen específicamente seleccionado se obtiene de fuentes óptimas para su aplicación con base en las condiciones ambientales, incluyendo las condiciones abióticas y bióticas. En otra realización, el polen específicamente seleccionado se obtiene de una fuente óptima para su aplicación con base en los datos de rendimiento de la planta (tal como los datos obtenidos de ensayos de rendimiento, por ejemplo), o de información sobre materias primas y precios de mercado. En otra realización, el polen específicamente seleccionado influye en las características del grano cosechado de la planta hembra, afectando a características tales como el contenido y los constituyentes del grano, que incluyen, entre otros, el contenido y la composición de aceite del grano, el contenido y la composición de almidón del grano, y el contenido y la composición de proteína del grano.

En una realización, las plantas femeninas designadas pueden ser masculinas estériles o masculinas fértiles, y la fuente de polen puede aplicarse antes de la exposición del polen de una planta femenina designada, incluyendo el autopolen, o puede aplicarse simultáneamente mientras la planta es receptiva al autopolen y/o al polen de hermanos. Además, el procedimiento puede incluir fuentes de polen específicas para el macho que sean óptimas para la aplicación del polen con base en las condiciones medioambientales o de las tendencias del mercado que harían más valiosas las semillas con una composición específica (es decir, almidón, aceite, resistencia a la sequía, tolerancia a las inundaciones, etc.). Además, el polen puede seleccionarse de una sola fuente o de una combinación de fuentes para permitir una combinación de rasgos de semilla a semilla.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

A continuación, se describe detalladamente una realización de la tecnología y los procedimientos que permiten mejorar el rendimiento del grano y modificar su tamaño, contenido y constituyentes. Dicha tecnología y procedimientos pueden utilizarse en asociación con cualquier planta para la que se desee producir grano, aunque a los efectos de la invención que se reivindica actualmente la planta se selecciona entre una o más de las siguientes: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada o una planta de mijo perla. Para facilitar el debate y la comprensión, la siguiente descripción detallada se refiere a menudo a la invención para su uso con maíz (también denominado maíz). Debe apreciarse que la tecnología y los procedimientos pueden utilizarse con cualquier planta, y el maíz u otras plantas específicamente nombradas se discuten sólo con fines ilustrativos y no pretenden ser limitantes, aunque a los efectos de la invención que se reivindica actualmente la planta se selecciona de una o más de: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada, o una planta de mijo perla. La tecnología puede utilizarse en combinación con cualquier planta de grano, incluyendo las híbridas, las no híbridas, los machos fértiles y los machos estériles.

El grano se produce para diversos fines, como el consumo humano, el consumo animal, el uso industrial, la replantación y la investigación. A los efectos de la invención objeto de la presente reivindicación, tal como se define en las reivindicaciones 2 y/o 3, el grano se produce y utiliza para el consumo humano y/o animal. El objetivo principal de la producción de cereales es la cosecha de un grano de alto rendimiento y gran calidad. Las empresas de semillas dedican miles de millones de dólares a la investigación con el fin de desarrollar una mejor genética vegetal para mejorar el rendimiento de los cereales. Independientemente del uso final del grano, la producción de grano depende de que el polen masculino adecuado fecunde a la planta femenina adecuada en el momento oportuno.

La sincronización entre el polen masculino y la receptividad femenina se denomina en el presente documento sincronía reproductiva. La sincronía reproductiva se consigue fácilmente mediante autopolinización o polinización por plantas vecinas de la misma variedad. Sin embargo, la sincronía reproductiva es más difícil entre distintas variedades que pueden madurar en momentos diferentes o como consecuencia de temperaturas distintas, así como de otros factores ambientales. Un productor de cereales puede estar interesado en polinizar un cultivo con polen de una variedad que pueda conferir características específicas al grano resultante. Normalmente, esto no puede lograrse a menos que se den las siguientes circunstancias: (1) el productor sabe al principio de la temporada de cultivo con qué variedad desea polinizar; (2) las variedades liberarán polen y serán receptivas al polen al mismo tiempo; y (3) las variedades se cultivan en estrecha proximidad física entre sí. Así, por ejemplo, si un productor atraviesa un periodo de sequía y desea polinizar con una variedad que muestra un fuerte rendimiento de grano incluso en periodos de sequía, no podrá hacerlo a menos que esa sea la variedad que ya ha elegido plantar y cultivar y que ya se encuentre en su campo, además de liberar polen en el momento adecuado. Por lo general, este productor no puede polinizar un cultivo con polen de una variedad que podría ayudarle a superar un posible bajo rendimiento de grano debido a la sequía si la variedad se cultiva en otro lugar y tiene un período de madurez diferente en comparación con su variedad ya plantada. La presente invención es capaz de superar estas tres barreras potenciales a la sincronía reproductiva, permitiendo así una elección más amplia de polen para el productor, así como la capacidad de tomar decisiones de producción en tiempo real.

La polinización sincrónica dentro y entre las mazorcas de maíz es particularmente importante en el maíz porque se ha demostrado que mejora el cuajado de los granos, que es un factor crítico en el rendimiento del grano. Carcova (Carcova et al. (2000) Crop Sci. 40: 1056-1061) demostraron que la polinización sincrónica de sedas expuestas en mazorcas apicales y subapicales 5 días después del ensilado mostraba una mejora en el número de granos por planta.

Una estrecha sincronía entre la antesis de las flores masculinas y femeninas, y una densidad mínima de polen por seda expuesta son requisitos fundamentales para obtener altos niveles de producción de semillas y pureza genética. El polen previamente recogido y conservado, o el polen fresco, puede aplicarse a las sedas receptivas durante un período de siete a diez días, garantizando el cuajado de las semillas en condiciones de menor viabilidad del polen, de retraso en la sedimentación en relación con el desprendimiento de polen, o de escaso "nick" entre las razas endogámicas masculinas y femeninas. En la industria agronómica, "nick" es un término utilizado en la producción de semillas híbridas que se refiere a la sincronía de los tipos de flores masculinas y femeninas (es decir, el pico de emisión de polen por parte del macho alineado con el pico de emergencia de la seda en la hembra) desarrollándose en el momento ideal para que los granos de polen polinicen con éxito, dando lugar a la fecundación. Para los productores de cereales, el "nick" perfecto se produce cuando el 50% de la población masculina empieza a soltar polen el mismo día en que el 50% de la población femenina empieza a desplegar sedas.

Una decisión de producción en tiempo real es una decisión que se toma durante la pendencia del crecimiento y maduración del cultivo, en lugar de una decisión que se toma durante la fase de planificación previa a la plantación del cultivo. Los productores de cereales eligen qué variedad de grano plantar en cada temporada de producción en función de las características óptimas para su clima, terreno, condiciones de cultivo y otros factores. Una vez tomada esa decisión y plantado el cultivo, los agricultores toman decisiones en tiempo real durante el crecimiento del cultivo, tal como cuándo fumigar para controlar las malas hierbas o tratar problemas de enfermedades o insectos. Estas decisiones se toman a medida que el cultivo crece en respuesta a las condiciones específicas y al estrés al que se enfrenta en un momento dado. Sin embargo, antes de esta invención, los productores de grano no han podido elegir el polen como una decisión de producción en tiempo real porque el polen utilizado en la producción de grano procede de las plantas que ya crecen en el campo. Así pues, la elección del polen suele hacerse en el momento en que se elige la variedad de grano, antes de cualquier plantación, y sin ningún conocimiento de las condiciones específicas que pueden darse más adelante en la temporada de cultivo y que afectan al rendimiento y la viabilidad del grano.

Los procedimientos de la presente invención pueden proporcionar una producción de grano mejorada, utilizando un procedimiento que incluye la recolección, el almacenamiento y la entrega de polen de las plantas masculinas a las plantas femeninas. Algunos procedimientos de recogida de polen son conocidos en la técnica. Por ejemplo, la patente estadounidense 4,922,651 divulga un aparato para efectuar o mejorar la polinización de las plantas.

Además, algunos procedimientos de suministro de polen, tales como la patente estadounidense 4,922,651son conocidos en la técnica. Además, se conocen diversos procedimientos de almacenamiento del polen. Por ejemplo, la patente estadounidense 5,596,838que cubre un procedimiento e instrumento para la preparación de polen para su almacenamiento criogénico, enseña que el polen puede almacenarse durante periodos de meses y seguir siendo viable. Aunque se conocen algunos procedimientos de entrega de polen, estos procedimientos no enseñan, sugieren ni motivan al usuario a entregar intencionadamente el polen de tal forma que permita al cultivador aprovechar la heterosis y, al mismo tiempo, posibilite la toma de decisiones en tiempo real para mejorar los rendimientos en función de las condiciones actuales. Los procedimientos de la presente invención pueden permitir o resultar en polinizaciones que ocurren antes del periodo activo en el que la planta podría estar sujeta a autopolinización y/o estar expuesta a otra polinización indeseable, o durante el periodo activo en el que la planta está sujeta a autopolinización y/o expuesta a otra polinización, aumentando así la eficiencia de la polinización. Los procedimientos de la presente invención pueden aumentar el efecto de heterosis y permitir tomar decisiones de producción en tiempo real. La invención no requiere el uso de esterilidad masculina o aislamiento, aunque uno o ambos pueden emplearse sin apartarse del alcance de la invención.

Como se discutió anteriormente, la invención actual es aplicable a la práctica común de plantar semillas que germinarán y se convertirán en plantas portadoras de semillas que producirán el grano que eventualmente se venderá a los elevadores de granos u otros clientes, o se utilizará como alimento para animales. Sin embargo, en lugar de depender exclusivamente de la autopolinización o de la polinización de plantas vecinas, como es el caso de las prácticas actuales, esta invención proporciona una alternativa mejorada al aumentar la autopolinización y/o la polinización por hermanos, y/o al modificar el nivel de polinización cruzada mediante la aplicación intencionada de polen masculino a las plantas femeninas en un momento específico. El uso del término "intencionado" con respecto a la aplicación de polen significa la aplicación específica de polen de una forma que no incluye la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones que se dan de forma natural. El polen aplicado intencionadamente es el que se ha aplicado a una planta como resultado de una actividad o decisión humana deliberada, y puede aplicarse a mano o por otros medios. Un ejemplo de polinización intencional es la aplicación "prescriptiva" de polen, que consiste en utilizar el polen para resolver un problema con el fin de abordar una necesidad o condición específica en el campo. El polen específico que se utilice y el momento de la aplicación intencionada dependerán de la necesidad o afección que se esté tratando.

La adquisición del polen masculino [a veces "polenM"] necesario para producir semillas que madurarán en grano puede realizarse a través de un banco de polen. Un banco de polen es una fuente de polen almacenado que se ha recogido de una o más fuentes de polen y almacenado de tal manera que el polen conserva su viabilidad. Las plantas que se han utilizado como fuente de polen para dicho banco de polen pueden haber sido cultivadas y cosechadas en cualquier condición, incluyendo, pero no limitándose a, un campo, una cámara de crecimiento, un invernadero, un invernadero de cristal, una casa de sombra, una casa de aro, una instalación de cultivo vertical o una instalación hidropónica. El polen de un banco de polen puede proceder de diferentes fuentes. Por ejemplo, en una realización, se puede cosechar polen fresco de machos cultivados en un entorno controlado en el que el ritmo circadiano se adelanta entre 2 y 8 horas al de las plantas hembra que crecen de forma natural en el campo. Este procedimiento se detalla más adelante. En otra realización, el polen que se almacena en el banco puede ser polen conservado que se recogió días, semanas, meses o años antes de su eventual retirada del banco con fines polinizadores. El polen conservado puede haberse conservado por cualquier medio que permita que el polen conserve su viabilidad, incluyendo, entre otras, diversas formas de refrigeración o congelación, como el enfriamiento, la crioconservación, la liofilización o el almacenamiento en nitrógeno líquido.

En una o más realizaciones, el polen puede cosecharse de un estudio de anteras. El estudio de las anteras permite unas condiciones de crecimiento óptimas para los tejidos reproductores masculinos de cualquier especie o variedad de planta. Los tejidos (borlas de maíz, por ejemplo) se cortan de plantas que crecen en condiciones estándar al aire libre, tal como en el campo, o de las que crecen en condiciones controladas, tal como el invernadero o una cámara de crecimiento. Los tejidos se cortan preferentemente antes de que la planta comience a desprender polen y se colocan en el estudio de anteras. A continuación, el tejido puede cultivarse en un medio nutritivo que permita un mayor crecimiento. En el estudio de anteras se pueden alternar cíclicamente al menos una iluminación especializada, la temperatura y/o la humedad, lo que permite el crecimiento continuo del tejido. El crecimiento puede modularse para aumentar o disminuir el ritmo de crecimiento y modular así la duración de la disponibilidad de polen. Esto permite disponer de polen a demanda para polinizaciones que pueden realizarse en cualquier momento del día o de la noche. Esto tiene utilidad para la polinización que permite varios procedimientos beneficiosos y valiosos relacionados con la producción de semillas y granos. También proporciona fuentes concentradas de polen para su conservación. El polen recogido del estudio de las anteras y conservado podría utilizarse de la misma manera que el polen recién recogido, pero con una duración muy posterior a la muerte del polen fresco, que no se ha conservado. (R.I. Greyson (1994) Maize inflorescence culture. p. 712-714. En: M. Freeling, V. Walbot (eds), The Maize Handbook; Springer-Verlag, Nueva York; J.B. Schoper, R.J. Lamber, B.L. Vasilas, y M.E. Westgate (1987) Plant factors controlling seed set in maize. The influence of silk, pollen, and earlearf water status and tassel heat treatment at polination, Plant Phyiol. 83: 121-125)

La entrega mecánica del polenM puede ocurrir tan pronto como las hembras sean receptivas, lo cual es siempre antes de que el polen femenino designado [a vecespolenF] sea viable en un día dado, permitiendo así una polinización cruzada exitosa con todas las hembras receptivas. En otras palabras, el componente femenino de la planta está abierto a recibir polen de un macho antes de que el componente masculino de la misma planta esté realmente preparado para producir polen. En el maíz, las hembras son receptivas al polen cuando las sedas están expuestas para recibirlo. Las sedas son receptivas al polen antes de la emergencia y permanecen receptivas durante muchos días después de emerger de las cáscaras. Además, en el maíz existen dos posibilidades: que el polen se desprenda antes de la aparición de la seda (protandria), o que la aparición de la seda sea anterior a la del polen (protoginia). En ambos casos, las sedas serán receptivas al polen antes de que éste se desprenda en un día determinado. Esta invención es aplicable a ambas situaciones. Además, en algunos ejemplos, las sedas son receptivas al polen todo el día durante aproximadamente siete días. En consecuencia, el polen puede aplicarse intencionadamente cualquier número de veces, incluyendo, pero no limitándose a, una vez al día, dos veces al día, o en una aplicación continua. Alternativamente, la entrega mecánica del polenM puede ocurrir mientras las hembras son viables y también durante el periodo en el que el polen femenino designado [a vecespolenF] se vuelve viable en un día determinado, permitiendo así tanto la autopolinización con polenF simultáneamente con la polinización intencional por polenM. Sin el uso de la esterilidad masculina, en el maíz, por ejemplo, el polenF típicamente comenzará a desprenderse a media mañana, y continuará hasta el final de la mañana o el principio de la tarde, después de lo cual todo el polenF encuentra una hembra viable y germina, permitiendo una autopolinización exitosa, o muere en cuatro horas o menos si no aterriza en una hembra viable (Luna V. et al. (2001) Crop Sci.

41(5): 1551-1557). Por lo tanto, la planta de maíz hembra tiene una ventana diaria de tiempo durante la cual el polen masculino puede ser entregado y durante la cual el polenF no se está desprendiendo. Esta ventana se repetirá durante varios días. El cruce de la invención actual permite la polinización de casi todas las hembras viables durante una ventana de tiempo durante la cual el polenF no se desprende o no es viable, o una combinación de polinización cruzada y autopolinización. La invención actual tiene la capacidad de polinizar cruzadamente casi todas las hembras viables antes de que el polenF se haga viable o después de que el polenF se haga viable, dependiendo de la preferencia del productor de grano y de la situación en el campo.

En consecuencia, un aspecto de la invención es el momento de la entrega de polen a las plantas femeninas. En todos los cultivos, existe un ciclo diario durante la ventana de polinización (el tiempo durante el cual la hembra es receptiva al polen y durante el cual puede producirse una polinización con éxito) en el que las hembras maduran y crecen de forma relativamente continua, mientras que los machos tienen un ciclo distinto en el que el polen se hace viable y se desprende o se dehesa de las anteras que comienza a media mañana y termina a última hora de la mañana o a primera hora de la tarde. En algunos casos, el polenF puede volverse viable antes de que las hembras sean fértiles, pero siempre habrá una primera mañana en la que las hembras viables se vuelvan fértiles antes de que el polenF viable comience a desprenderse ese día. Por lo tanto, el polenF que haya podido desprenderse el día anterior hace tiempo que ha muerto y se ha vuelto inviable antes de que las hembras sean viables a la mañana siguiente. Las primeras horas de la mañana son, por tanto, ideales para la aplicación de polenM con el fin de polinizar fortuitamente a todas las hembras viables justo antes de que el polenF comience a desprenderse, aunque se puede optar por aplicar polen varios días antes de que el polenF comience a desprenderse o en varios momentos del día o de forma continua incluso durante el desprendimiento de polen para aumentar la probabilidad de incrementar con éxito los efectos de la heterosis y maximizar el rendimiento de grano. En un ejemplo, el polen puede entregarse a las 6:00 a.m. Sin embargo, la entrega de polen puede ocurrir a cualquier hora del día, lo que proporciona una gran ventaja sobre los procedimientos tradicionales.

Mediante la entrega de polen en el momento adecuado y durante la duración apropiada de la ventana de fertilidad de una planta, se puede lograr una polinización adecuada. Esta invención permite por primera vez la producción efectiva de grano sin depender únicamente de la autopolinización o de la polinización por plantas vecinas que, en el momento de la polinización, puede ser una opción de polinización indeseable debido a cualquier número de tensiones bióticas o abióticas sobre el cultivo. Las fuentes indeseables biológicamente compatibles pueden denominarse polenu. La presente invención permite una polinización designada de tal manera que cuando el polenU comienza a desprenderse, todas las hembras objetivo viables ya han sido polinizadas por la fuente de polen seleccionada y el polenU muere después de un corto período de tiempo dependiendo de la especie y de las condiciones ambientales (Luna V. et al. (2001) Crop Sci. 41(5): 1551-1557; Stanley, R.G. & Linskens, H.F. (1974) Polen: Biology, Biochemistry, Management. Springer-Verlag, Heidelberg.; Shivanna, K.R. (2003) Pollen Biology and Biotechnology. Science Publishers, Inc.) sin encontrar ninguna hembra objetivo viable, evitando así la polinización de las hembras por una fuente de polen indeseable. Esto sería aplicable a situaciones en las que el autopolen o el polen de plantas vecinas se consideraría polenu Las distintas especies de polen tienen una duración de vida diferente, que puede verse afectada además por las condiciones ambientales (Dafni, A. & D. Firmage (2000) Plant Systemics and Evolution 222(1): 113-132). Una mayor humedad y temperaturas más bajas pueden prolongar la longevidad del polen. Por ejemplo, en elarroz(Oryza sativa),se ha observado que la longevidad del polen es de tan sólo 4 minutos (Koga et al. (1971) Cytologia 36: 104-110) o hasta 20 minutos para que muera el 50% del polen (Khatum, S. y T.J. Flowers (1995) J. Exp. Bot. 46: 151-154). En cambio, se ha demostrado que el polen de rábano(Raphanus sativas)cultivado en el campo tiene una vida útil de 5 días (Siddiqui, B.A. (1983) Acta Bot. Ind. 11: 150-154).

La capacidad de suministrar polen viable a demanda para efectuar polinizaciones oportunas de sedas receptivas aborda una serie de limitaciones comunes a la producción de grano a escala de campo. En concreto, el uso prescriptivo de la invención supera los bajos niveles de producción de polen y elimina los problemas causados por la escasa sincronía reproductiva entre las flores masculinas y femeninas.

El polenM puede suministrarse de varias maneras, incluyendo, pero sin limitarse a, el suministro manual, el suministro manual con un pequeño dispositivo mecánico manual para la dispersión semiautomática, mediante maquinaria impulsada por el campo que contenga maquinaria de dispersión de polen o mediante dispersión totalmente automatizada por un aparato autopropulsado y/o guiado por humanos, tal como un dron que tenga un dispositivo de dispersión de polen montado en él, en el que la dispersión de polen se realice por medios automáticos o semiautomáticos, incluyendo, pero sin limitarse a, presión positiva, presión negativa, medios mecánicos o neumáticos. El uso de un dron sería especialmente novedoso y práctico en este procedimiento. En el procedimiento pueden utilizarse pequeños drones, que no necesitan estar regulados, y que pueden guiarse mediante coordenadas GPS para centrar la dispersión del polen directamente sobre las plantas femeninas. Utilizando cualquiera de estos procedimientos, se ha estimado que unos 140 gramos (5 onzas) de polenM entregado fortuitamente durante 3-4 días consecutivos es suficiente para polinizar cruzadamente con éxito una hectárea (2,47 acres) de hembras de maíz. Esta estimación se basa en la literatura que proporciona el número de granos de polen de maíz por mg, y estimando aproximadamente 4-5 granos o polen por seda, o menos, para una polinización exitosa (3-4 granos de polen por seda es comúnmente aceptado por los expertos en la técnica de la polinización como la cantidad necesaria para asegurar una polinización exitosa (Westgate, M.E. et al. (2003) Crop Sci. 43: 934-942)). Véase, por ejemplo, Porter (1981) Environ. Health Perspectives 37: 53-59; Miller (1982) In Maize for Biological Research. W.F. Sheridan (ed.), pp. 279-293). El momento de la entrega de polen, la cantidad de polen necesaria y el número de días de entrega de polen pueden ajustarse según sea necesario para circunstancias tales como el tipo de cultivo y los patrones climáticos (es decir, la altura del cultivo, la densidad del cultivo, la frecuencia o cantidad de lluvia, la velocidad y dirección del viento, etc.). Por ejemplo, el procedimiento puede ajustarse para la soja, que tiene un periodo de polinización más largo que el maíz. Además, se prevé que la eficacia de estos procedimientos de suministro reducirá la cantidad de polen necesaria para que la polinización tenga éxito. Los inventores estiman que estos procedimientos más eficaces pueden utilizar 1/1000 de la cantidad de polen que se produce actualmente para la producción de grano. Las investigaciones de los inventores indican que el cuajado perfecto de los granos de maíz requiere aproximadamente 3.000 granos de polen por seda, tal y como se desprenden normalmente en el campo de las borlas del maíz. Los estudios de polinización manual y los estudios en campo abierto indicaron que aproximadamente 3 a 4 granos de polen por seda aseguran el cuajado de los granos (M.E. Westgate et al. (2003) Crop Sci. 43: 934-942; M. Uribelarrea et al. (2002) Crop Sci. 42: 1910 1918). El resultado es una proporción de aproximadamente 1/1000 de la cantidad de polen necesaria actualmente para la producción de grano.

Un experto en la técnica puede variar fácilmente los ejemplos anteriores según sea necesario. Por ejemplo, en algunas situaciones, puede ser ventajoso polinizar por la noche. En otros, puede ser ventajoso polinizar durante todo el día. En el maíz, la eficacia de la polinización mejora cuando la salud de la seda es óptima y la viabilidad de la seda es máxima, lo que suele coincidir con condiciones en las que la temperatura no es tan cálida y hay un alto contenido de humedad en el aire, lo que significa que es menos probable que las sedas se sequen rápidamente. Así, un productor de maíz puede elegir el momento de la polinización para que se produzca en el momento en que la salud y la viabilidad de la seda sean óptimas.

Los procedimientos descritos en el presente documento pueden operar en cualquier planta de cultivo para mejorar o permitir la producción de grano, aunque para los propósitos de la invención actualmente reivindicada, la planta se selecciona de una o más de: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada, o una planta de mijo perla. Puede funcionar en cualquier entorno, incluyendo, entre otros, los entornos de cultivo ideales u objetivo, los entornos fuera de temporada o los entornos controlados (por ejemplo, invernaderos de sombra/vidrio/verde/casas hoop, cámaras de crecimiento, instalaciones de cultivo vertical, instalaciones hidropónicas, instalaciones aeropónicas, etc.). El polenM puede aplicarse tan pronto como las hembras sean viables e independientemente del polenF u otra viabilidad de polen no deseada. Esta invención también puede utilizarse para mejorar las prácticas actuales de producción de grano incluso cuando todos los componentes convencionales están presentes, mejorando así el rendimiento del grano en situaciones de producción difíciles.

En una realización, la invención puede utilizarse para resolver o reducir las pérdidas causadas por la sequía. Esto es ventajoso para todo el sector, incluyendo los productores y las aseguradoras de cultivos. Concretamente, en una sequía, las plantas se estresan. Cuando una planta está estresada, a menudo sólo produce componentes masculinos. En consecuencia, el polen está ahí, pero no hay hembras que lo reciban. A veces, la planta produce los componentes femeninos más tarde, pero en ese momento el polen ya no está disponible para la polinización. Al emplear el procedimiento de la presente invención, el polen puede suministrarse desde un banco de almacenamiento de polen o un entorno controlado a las plantas estresadas después de que las hembras estén disponibles para la polinización, rescatando así las plantas al menos hasta cierto punto para producir cosechas de grano.

Además, en otra realización de la invención, pueden tomarse decisiones de investigación o producción en tiempo real con respecto al polen destinado a ser utilizado para la polinización, tal como el deseo de producir grano con características específicas deseadas por el productor, incluyendo, pero sin limitarse a, una mayor producción de aceite, una menor producción de aceite, una mayor producción de almidón, una menor producción de almidón, mejora de la resistencia a la sequía, mejora de la resistencia a las inundaciones u otras fuentes de humedad excesiva, mejora del rendimiento en condiciones de mucho calor, mejora del rendimiento en condiciones de poco calor, mejora de la resistencia a los hongos, mejora de la resistencia a los insectos, aumento del rendimiento y mejora de la polinización cuando la polinización inicial prevista no está sincronizada debido a que los ciclos reproductivos masculino y femenino no están sincronizados. Todas estas situaciones pueden abordarse mediante la selección de fuentes de polen optimizadas específicamente para maximizar los rendimientos en cualquier condición para cualquier cultivo productor de grano de interés. Disponer de una variedad de fuentes de polen almacenadas en un banco de almacenamiento de polen permite tomar este tipo de decisiones de investigación o producción justo antes de la aplicación del polen. Concretamente, el polen masculino designado puede aplicarse antes o durante la autopolinización o la exposición del polen viable de plantas vecinas. El banco de almacenamiento de polen del que se abastece el cultivador puede incluir fuentes de polen específicas de macho óptimas para la aplicación de polen en función de las condiciones medioambientales. Además, cualquier polen utilizado en la presente invención, incluyendo esta realización, puede incluir polen de una única fuente o de múltiples fuentes agrupadas.

Un ejemplo de decisión de producción en tiempo real incluye el uso de datos de rendimiento para decidir qué macho utilizar en un cruce híbrido determinado o en la producción de grano. Por ejemplo, la producción de granos de invierno se practica a menudo en el hemisferio sur fuera de las temporadas de cultivo del hemisferio norte. A menudo, los campos de granos se siembran en el hemisferio sur antes de que se hayan recogido todos los datos de rendimiento en el hemisferio norte. A menudo se toman decisiones de plantación incompletas y/o con retraso, lo que se traduce en malas decisiones sobre la elección o el volumen de plantas que se plantarán en las limitadas tierras disponibles en el hemisferio sur. La invención actual permite al productor plantar la hembra y luego esperar aproximadamente de 45 a 75 días adicionales para tomar una decisión más informada sobre qué macho utilizar para polinizar las plantas hembra. Este tipo de decisión de producción también se aplicaría a la producción de grano en la que un productor de grano del norte está esperando datos más completos del hemisferio sur para decidir qué macho utilizar.

Como se apreciará por un experto en la técnica, la selección del polen masculino que se utilizará en la práctica de la invención es un factor significativo en el beneficio potencial reconocido por la práctica de la invención. El vigor y la viabilidad del polen son factores para tener en cuenta, junto con los diversos rasgos y características que puede conferir el polen. Puede haber circunstancias en las que utilizar un polen con menor vigor o viabilidad siga siendo una buena elección debido a los rasgos que conferirá al grano resultante. En tales circunstancias, cuando se sabe que un polen tiene un vigor o una viabilidad inferiores, cabe esperar un aumento del rendimiento resultante más moderado. Tales decisiones pueden ser tomadas por el agricultor basándose en las características particulares del cultivo, el grano resultante deseado y las condiciones existentes en el momento previsto de la polinización con respecto al medio ambiente y otras presiones bióticas y/o abióticas que afecten al cultivo. Por consiguiente, la capacidad de seleccionar el polen en el momento de la polinización es otro factor significativo del beneficio potencial reconocido por la práctica de la invención. En la Tabla 1, que figura a continuación, se describen algunas de las posibles ventajas de la invención.

Tabla 1: Ejemplos de ventajas de la selección de polen

(continuación)

Como podrá apreciar un experto en la técnica, la tecnología de esta invención puede utilizarse para modificar la polinización cruzada aumentando el nivel de polinización cruzada (por ejemplo, con el fin de aumentar el efecto de heterosis/xenia y, por lo tanto, aumentar el rendimiento de un campo de producción de grano de maíz), pero también puede utilizarse para reducir el nivel de polinización cruzada y, en su lugar, centrarse en la autopolinización (por ejemplo, en un escenario de producción de grano orgánico o no OGM con el fin de aumentar los eventos de autopolinización con éxito y, por lo tanto, reducir los eventos de polinización cruzada no deseados). En tal caso, la presente invención puede utilizarse para evitar específicamente la polinización cruzada potenciando la autopolinización y garantizando así niveles más bajos de contaminación cruzada por polen indeseable procedente de fuentes OMG.

Además, la invención actual permite al productor utilizar una variedad para polinizar el cultivo que normalmente no podría alcanzar la madurez o ser un polinizador adecuado en el clima del productor. Dicha variedad podría tener excelentes características que la convertirían en un polinizador cruzado adecuado para maximizar el rendimiento de grano, pero no puede cultivarse en el clima del productor o no podrá alcanzar la fase en la que libera polen en el clima del productor. La presente invención supera esta limitación y permite al productor una gama más amplia de tipos de polen entre los que seleccionar el candidato ideal para el cultivo en particular y cualquier estrés particular que pueda estar presente en el cultivo a medida que se acerca el momento de la polinización.

Otra decisión de producción en tiempo real posibilitada por la invención actual es la decisión de qué polen utilizar basándose en la información sobre el precio del mercado y de las materias primas. Un productor de cereales dispondría de aproximadamente 45 a 75 días adicionales para observar los mercados y decidir qué macho utilizar para un mercado de granos especiales, tal como el maíz ceroso frente al maíz de calidad alimentaria frente a la mella amarilla #2 (mercado de granos básicos).

También podrían tomarse decisiones de producción en tiempo real utilizando datos medioambientales. Por ejemplo, un productor de cereales puede haber experimentado un período de prefloración seco y, por lo tanto, puede elegir un macho para polinizar a la hembra que se sabe que es resistente a la sequía. Esta decisión reducirá el aborto de semillas durante el estrés por sequía, aumentando así el rendimiento en comparación con dejar que el híbrido se autopolinice para producir grano. Una situación similar se daría en el caso de un productor que sufriera una alta presión de plagas que se alimentan de semillas. Podría seleccionarse un macho que incluyera un gen de resistencia a las plagas que se alimentan de las semillas, lo que protegería la semilla en desarrollo y, por tanto, aumentaría el rendimiento de la semilla híbrida en relación con los rendimientos que se habrían obtenido utilizando un macho que se hubiera previsto utilizar originalmente antes de que surgiera el problema de las plagas, o que se hubiera plantado en el sistema de bloques más convencional. Los datos medioambientales utilizados en las decisiones de producción en tiempo real podrían incluir, entre otros, condiciones abióticas tales como la sequía, la disponibilidad de nitrógeno u otros nutrientes, la variación de la humedad y las condiciones extremas de temperatura, así como condiciones medioambientales bióticas como, entre otras, la presión de las plagas de insectos y nematodos, la presión de las malas hierbas y la presión de las enfermedades.

Los siguientes ejemplos ilustran la presente invención con más detalle y son ilustrativos de cómo la invención descrita en el presente documento podría implementarse en el maíz. El procedimiento básico podría aplicarse a cualquier cultivo con modificaciones específicas según proceda. Los Ejemplos 1 y 2 ocurrieron en campos de producción de grano de maíz en el centro de Iowa durante el verano de 2015.

Ejemplo 1

La invención descrita en el presente documento se practicó utilizando un híbrido comercial (H1) como hembra en una localidad del centro de Iowa. Se cultivaron bloques de 12 hileras (con una anchura de 0,76 m (2,5 pies) por hilera para un total de 9,1 m (30 pies) de anchura) de 13,7 m (45 pies) de longitud de cada híbrido. Una endogamia donante de polen (P1) que no estaba relacionada con H1 se cultivó a una distancia superior a 45,7 m del bloque híbrido. El donante de polen era una línea disponible públicamente del Sistema Nacional de Germoplasma Vegetal del USDA-ARS, y portaba un gen para la expresión de antocianina en el endospermo de la almendra. Cuando se utiliza P1 como fuente de polen masculino para polinizar, el éxito de la polinización de los granos se aprecia rápidamente a simple vista al observar el color púrpura de los granos maduros de una mazorca.

Para poner en práctica la invención, se roció agua sobre las borlas del bloque de producción de granos H1 (H1) aproximadamente a las 8:15 am para retrasar el desprendimiento de polen de estas hileras femeninas hasta aproximadamente las 8:45 am. Después de pulverizar el agua sobre las borlas femeninas, se practicó inmediatamente la invención coaccionando el polenM de las borlas de P1 y recogiendo el polen en bolsas. A continuación, el polenM se aplicó inmediatamente a mano sobre las sedas H1 mediante técnicas bien conocidas en la técnica que consisten en golpear suavemente la bolsa de polen para liberar los granos de polen sobre las sedas. Estas polinizaciones se produjeron antes de que los híbridos desprendieran polen. Se realizaron 13 polinizaciones en el bloque de producción de grano H1 dirigiendo el polen hacia las sedas de las plantas de H1 que se encontraban en el centro del bloque. Esto imitaba un caso en el que el polen puede haber sido cosechado por un campo cercano de un híbrido de maíz no relacionado, puesto en almacenamiento durante un corto período de tiempo, y luego sacado del almacenamiento en las primeras horas de la mañana antes de que el polen comience a desprenderse del campo de producción de grano híbrido que se utiliza como hembra. Se puede suponer que los granos amarillos que se encuentran en estas mazorcas en el momento de la cosecha son en su mayoría, si no en su totalidad, autopolinizaciones procedentes de las plantas H1 del bloque de producción de grano, mientras que los granos morados de estas mazorcas son el resultado de polinizaciones cruzadas procedentes del donante de polen P1. Es importante señalar que la dirección manual del polen fue muy precisa y medida, ya que sólo se encontraron 2 granos púrpuras en 6 mazorcas adyacentes que no tenían polen P1 aplicado directamente sobre ellos (Tabla 2). Estas mazorcas y los granos resultantes sirvieron de control para medir el porcentaje de autopolinización basal en el bloque. Por lo tanto, se puede deducir de estos datos que la frecuencia de autopolinización en el centro de este bloque de híbridos fue muy cercana al 100% bajo procedimientos convencionales de producción de grano. Este experimento reprodujo lo que podría esperarse con la invención en la que el polen puede haber sido cosechado por un campo cercano de un híbrido de maíz no relacionado, puesto en almacenamiento durante un corto período de tiempo, y luego sacado de almacenamiento en las primeras horas de la mañana antes de que el polen comience a desprenderse naturalmente de los híbridos que se utilizan como hembras

Los resultados de la Tabla 2 muestran que la invención es muy eficaz para aumentar la polinización cruzada en este campo de producción de grano. Entre las 13 mazorcas en las que se practicó la invención, había un total de 6.564 granos, 2034 de los cuales eran morados, es decir, el 31% del total. Esto supone un enorme aumento de la frecuencia de polinización cruzada de más del 38.000% (o 38 veces) en comparación con las 6 mazorcas que sirvieron de control. Es importante señalar que P1 y los demás donantes de polen mencionados en el Ejemplo 2 son razas endocriadas no de élite que tienen más de 20 años y que nunca se cruzaron para obtener un rendimiento de grano básico. Además, sobre la base de la literatura (Sari Gorla, (1975) Theor. Appl. Genet. 46:289-94), el polen híbrido, como el procedente de H1, es más apto y vigoroso que el polen endogámico. Como resultado, el polen P1 tenía una desventaja competitiva en vigor y aptitud en comparación con el polen H1. Esto ilustra aún más la eficacia de la invención para aumentar la polinización cruzada.

Tabla 2. Efecto de la invención en el porcentaje de autopolinización frente a polinización cruzada en H1 utilizando el macho P1.

Ejemplo 2. La invención se practicó utilizando 2 híbridos comerciales (H1 y H2) como hembras en una localidad del centro de Iowa. Se cultivaron bloques de 12 hileras (con una anchura de 0,76 m (2,5 pies) por hilera para un total de 9,1 m (30 pies) de anchura) de 13,7 m (45 pies) de longitud de cada híbrido. Tres variedades endógamas donantes de polen (P1, P2 y P3) que no estaban relacionadas con estos híbridos comerciales se cultivaron a una distancia superior a 45,7 m de los bloques de híbridos. Los tres donantes de polen eran líneas disponibles públicamente del Sistema Nacional de Germoplasma Vegetal del USDA-ARS, y portaban un gen para la expresión de antocianina en el endospermo del grano. Cuando se utiliza como fuente de polen masculino para polinizar, el éxito de la polinización de los granos es rápidamente obvio a simple vista observando el color púrpura de los granos maduros en una mazorca.

Al principio de la ventana de polinización, la invención se practicó coaccionando el polenM de las borlas de los machos donantes de polen (P1, P2 y P3) y recogiendo el polen en las bolsas. A continuación, el polenM se dirigió inmediatamente a las sedas H1 y H2 a mano mediante técnicas bien conocidas en la técnica que consisten en golpear suavemente la bolsa de polen para liberar los granos de polen sobre las sedas. H1 era de maduración temprana, al igual que P1, por lo que se utilizó P1 para polinizar las sedas de H1. Cabe señalar que una parte de las mazorcas H1 de este experimento está compuesta por 11 de las mazorcas mencionadas en el Ejemplo 1 anterior que cumplían los criterios para ser incluidas en este conjunto de datos y, por lo tanto, fueron el resultado de la "pulverización de agua" para retrasar los machos de H1 y fueron polinizaciones realizadas antes de que se desprendiera cualquier polen de H1. H2 maduró más tarde, al igual que P2 y P3. Por lo tanto, P2 y P3 se utilizaron para polinizar las sedas H2. Todas las polinizaciones en H2 y la mayoría de las polinizaciones en H1 se produjeron durante el inicio temprano de la ventana de polinización por la mañana, a excepción de las 11 polinizaciones en H1 que se produjeron antes de la ventana de polinización natural que se describieron en el Ejemplo 1 anterior.

Se realizaron más de 75 polinizaciones manuales en H1 y H2 dirigiendo manualmente el polen sobre las sedas de las plantas de H1 y H2 que se encontraban en el centro del bloque durante la primera parte de la ventana de polinización natural. Este procedimiento es una manifestación de la invención en la que el polen fresco podría cosecharse en la ventana de polinización natural de primera hora de la mañana y aplicarse inmediatamente de forma dirigida a un campo híbrido vecino no relacionado. Además, este experimento imitaba, aunque no exactamente, un caso en el que el polen puede haber sido cosechado por un campo cercano de un híbrido de maíz no relacionado, puesto en almacenamiento durante un período de tiempo, y luego sacado del almacenamiento en las primeras horas de la mañana antes de que el polen comience a desprenderse de los híbridos que se utilizan como hembras, y aplicado a esas hembras. Las polinizaciones se etiquetaron con respecto a cuál de los donantes de polen se utilizó para cada mazorca polinizada. Los granos amarillos que se encuentran en estas mazorcas en el momento de la cosecha pueden suponerse en su mayoría, si no en su totalidad, autopolinizaciones, mientras que los granos púrpuras de estas mazorcas son el resultado de polinizaciones cruzadas de los donantes de polen. Como se indica en el ejemplo 1 anterior, también puede deducirse que la autofecundación en el centro de los bloques de híbridos de este experimento también fue muy cercana al 100% cuando se utilizaron procedimientos convencionales de producción de grano.

Una porción de las mazorcas cosechadas de las polinizaciones intencionales tenía un alto porcentaje de granos de polinización cruzada, a menudo superior al 50%. Estas mazorcas presentaban a menudo grandes bloques de granos morados en una parte de la mazorca, mientras que el resto era amarillo. Este fenómeno puede observarse en la Figura 3, que muestra una mazorca con aproximadamente 85% de polinización cruzada, como muestra el elevado número de granos oscuros (morados). En otros casos, había mazorcas que tenían un porcentaje menor de granos morados, a menudo entre 10% y 30%. Entre ellas, había un total de 49 mazorcas que eran una mezcla segregante de granos morados y amarillos, en lugar de bloques sólidos. En las Figuras 1 y 2 se muestran dos mazorcas de muestra. Estas mazorcas muestran una clara mezcla de granos oscuros (morados) y claros (amarillos). Estas mazorcas eran especialmente diagnósticas para ilustrar el efecto sobre el rendimiento de la autopolinización frente a la polinización cruzada, mientras que la mazorca que se muestra en la Figura 3 no era diagnóstica para ilustrar el rendimiento porque no había suficientes autopolinizaciones para establecer un tamaño de muestra lo suficientemente grande para la comparación. Los granos de estas mazorcas se desarrollaron en entornos casi idénticos, con la única diferencia entre ellos de que tenían una genética diferente del progenitor masculino (autopolinización frente a cruce). Estos granos se cosecharon y se separaron en dos grupos por cada mazorca: 100 granos amarillos y 100 granos morados de aproximadamente la mitad de la mazorca (a veces, cuando no había suficientes granos morados, puede haberse utilizado una cantidad inferior, con un mínimo de 40 granos de cada tipo). Se tomaron medidas en estos conjuntos de granos para cada mazorca. Las tablas 3a y 3b muestran las diferencias entre granos amarillos y morados de estas mazorcas en cuanto a peso por grano y peso de prueba (peso por volumen). Los datos de las Tablas 3a y 3b ilustran varios puntos:

1. La práctica de la invención dio como resultado un mayor rendimiento para al menos una medida (peso del grano o peso hectolítrico), para los granos polinizados por cruz que para los granos autopolinizados en los tres cruces (Tablas 3a y 3b).

2. La práctica de la invención puede aumentar el rendimiento de diferentes maneras dependiendo de la combinación híbrido por donante de polen (Tablas 3a y 3b). El primer cruce, H1 polinizado con P1, dio como resultado un grano 8,7% más pesado debido a la polinización cruzada, y un peso hectolítrico 1,9% superior. El segundo cruce, H2 polinizado con P2, dio lugar a granos con un peso hectolítrico un 2,8% superior, pero no más pesados por grano. El tercer cruce, H2 polinizado por P3, dio lugar a un grano un 5,1% más pesado debido a la polinización cruzada, pero el peso hectolítrico no se vio afectado.

Tablas 3a y 3b. El efecto de la autopolinización frente a la polinización cruzada mediante la práctica de la invención sobre las características de rendimiento del grano:

Ejemplo 3: Un ejemplo de la invención descrita en el presente documento es la situación común en la producción comercial de grano de maíz, donde hay grandes campos (20,2 - 40,5 hectáreas (50-100 acres) por campo o más) de híbridos diferentes y no relacionados, en muchos casos de diferentes vendedores comerciales. Estos campos se autopolinizarán en gran medida y, por lo tanto, su rendimiento será menor que si se polinizaran de forma cruzada con una fuente de polen no relacionada. Por término medio, un rodal puro de maíz contendrá más del 95% de granos en la cosecha que son el resultado de la autopolinización. Goggi et al. ((2006) Field Crops Res. 99: 147 157) mostraron que el entrecruzamiento entre campos de cereales adyacentes era mucho menor: 0.4% a 35 m, menos del 0,05% a 100 m.). Muchos de estos grandes campos de maíz tendrán diferentes grados de madurez y, por tanto, florecerán y soltarán polen en momentos distintos. En este ejemplo, el polen del campo de diseminación más temprana se recoge y conserva/almacena hasta que el segundo campo híbrido no emparentado comienza a florecer, y luego se aplica polen del primer campo híbrido a una hora temprana de la mañana (por ejemplo, a las 5 a.m.) para potenciar la polinización cruzada y minimizar la autopolinización en el segundo campo híbrido. La aplicación se realiza durante dos o tres días seguidos durante los días de mayor floración. El procedimiento se repite recogiendo, conservando y almacenando el polen del segundo campo y aplicándolo a un tercer campo híbrido no emparentado cuando empiece a florecer, y así sucesivamente en un gran número de campos hasta que finalice la temporada de floración. De este modo, una porción importante del grano de maíz de una región es el resultado de la polinización cruzada y no de la autopolinización, lo que se traduce en un aumento del rendimiento en estos campos del 5-10%. Además, este procedimiento no tiene por qué ser exactamente secuencial, como se ha descrito anteriormente. Habría suficiente polen del primer campo híbrido (el primero en florecer) para polinizar muchos campos (5 o más). De este modo, la polinización cruzada que se produce como resultado de esta invención podría extenderse muy rápidamente de un campo a 5 en el segundo conjunto de campos, a 25 en el tercer conjunto, y así sucesivamente. El resultado sería que se permitiría la polinización cruzada en una gran mayoría de campos de maíz de cualquier zona.

Ejemplo 4: Otro ejemplo de la invención descrita en el presente documento es similar al ejemplo 2 anterior, en el que el polen de campos híbridos no relacionados que florecen aproximadamente al mismo tiempo se cosecha tan pronto como empiezan a desprenderse las primeras borlas en cada campo. Una porción del polen de cada campo se aplica inmediatamente de forma dirigida a las sedas expuestas del otro campo, mientras que el resto del polen se conserva/almacena. Los campos híbridos florecerán durante aproximadamente 3-4 días, y el polen almacenado se utiliza en los 2-3 días sucesivos siguientes para polinizar a primera hora de la mañana, antes del desprendimiento natural de polen, para potenciar la polinización cruzada. De este modo se incrementa la polinización cruzada y, por tanto, el rendimiento en ambos campos aumentará entre un 5 y un 10%.

Ejemplo 5. En los mercados de cereales especiales, es muy importante que un campo pueda autopolinizarse por completo con muy poca polinización cruzada de otros maíces cercanos. Un ejemplo es el maíz de "calidad alimentaria", en el que debe haber un 99% de autopolinización o más para cumplir las especificaciones (Strayer, D. (2002) Preserved Systems: A reference handbook. CRC Press.). En este ejemplo, la invención se utiliza para disminuir la cantidad de polinización cruzada para permitir una cosecha pura del grano de especialidad objetivo que mantiene el precio premium con el usuario final. En este caso, el polen se recoge en cuanto empiezan a desprenderse las primeras borlas en el campo de cereales especiales. Una porción del polen se aplica inmediatamente de forma intencionada y dirigida a las sedas expuestas en el campo. Sólo hay un pequeño porcentaje de sedas expuestas en esta primera fase de floración. El resto del polen cosechado se conserva/almacena y se utiliza en los 2-3 días sucesivos siguientes para polinizar a primera hora de la mañana, antes de la caída natural del polen, para potenciar la autopolinización y minimizar la polinización cruzada. De este modo, un productor de cereales especiales garantiza el éxito de la cosecha y la entrega de cereales especiales que cumplan las especificaciones del usuario final. Este ejemplo también podría practicarse de forma menos intensa, aplicando el polen únicamente en el borde exterior, aproximadamente 12,2 m (40 pies), del campo, donde es más probable que se produzca la mayor parte de la polinización cruzada, y dejando que la parte interior del campo polinice de forma natural.

Ejemplo 6. Esta invención se aplica a la industria del grano de maíz de forma que permite que las decisiones de los productores se tomen en función de los mercados hasta el momento de la polinización (de principios a mediados de julio), en lugar de tomar las decisiones de producción antes de la siembra, como ocurre actualmente. Mediante la recolección y conservación/almacenamiento de muchas fuentes de polen diferentes, que están disponibles en abundancia en muchas situaciones de producción diferentes a nivel mundial, se pueden aportar muchas características de grano diferentes a un campo híbrido a través del polen seleccionado para polinizar. Un productor podría observar los mercados y decidir entre un grano de especialidad, como el de alto contenido en aceite, o el grano básico no 2 de mella amarilla, y podría hacer un pedido del polen que le proporcionará el grano deseado. En este ejemplo, el híbrido que se planta es simplemente un receptor hembra para el polen, y tiene características generalmente deseables. El polen contiene los genes para el mercado deseado y, de este modo, un cultivo de cereales puede modificarse hasta el momento de la polinización para ajustarse a una necesidad del mercado. Hay muchos otros rasgos similares que se aplican en este ejemplo. Por ejemplo, en caso de sequía, se podría utilizar una fuente de polen que minimice el aborto de granos durante el llenado. Alternativamente, si la estación no ha sido limitante en agua, se podría utilizar una fuente de polen que maximice la fuerza de hundimiento y la producción de grano.

En el caso de los ejemplos anteriores (alto contenido en aceite frente a grano básico no 2 de mella amarilla) y de muchos otros, las características podrían lograrse utilizando fuentes de polen naturales no modificadas genéticamente. Para otros rasgos, como la resistencia de los granos a los insectos, la característica deseada podría conseguirse mediante una fuente de polen OMG. Además, la invención actual permite ofrecer las características de los granos OMG sin la preocupación común de los efectos negativos que se encuentran en las plantas OMG convencionales. De este modo, este invento sortea el enorme obstáculo que muchos OMG beneficiosos tienen que superar para llegar al mercado.

Ejemplo 7.

Otro ejemplo de la invención descrita en el presente documento es la recuperación de semillas perdidas en condiciones de sequía que ocurren antes o durante el periodo crítico de floración. El estrés causado por la sequía durante este periodo es, con diferencia, la mayor causa de pérdida de producción de grano anual en Estados Unidos. En condiciones favorables de humedad adecuada y temperaturas normales, existe una estrecha sincronía temporal entre el desprendimiento de polen de las flores masculinas en las borlas y la emergencia de los tejidos receptivos de polen de las flores femeninas (sedas). Sin embargo, en condiciones de sequía surgen tres problemas que perturban el éxito de la polinización. En primer lugar, la sequía retrasa la aparición de la seda en relación con la caída del polen. (Basset, P. & M. Westgate (1993) Crop Sci. 33: 279-282) Es decir, aumenta el intervalo antesissilenciosidad (ASI), lo que puede impedir completamente la polinización de las sedas que emergen tardíamente. En segundo lugar, la sequía acorta el tiempo que las sedas emergentes permanecen receptivas al polen. (Araus, J.L. et al. (2012) Front. Physiol. 3: 305) Es decir, su capacidad para soportar la germinación del polen y el crecimiento del tubo polínico necesario o la fecundación disminuye en varios días. En tercer lugar, las altas temperaturas y las bajas humedades que suelen acompañar a una sequía disminuyen la viabilidad y longevidad del polen. (Schoper, J.B. et al. (1987) Plant Physiol. 83(1): 121-125). Para aplicar la invención a este caso, se cosecha polen fresco en el campo, o en un campo cercano de un híbrido de maíz de maduración más temprana. Opcionalmente, el polen se almacena durante un tiempo y luego se aplica directamente a las flores femeninas cuando emergen sus sedas. Esta aplicación supera las tres limitaciones de la polinización y el cuajado de los granos provocadas por la sequía. El polen almacenado puede aplicarse en varios días sucesivos para potenciar la autopolinización/sib polinización natural. En situaciones en las que la sequía hace que el ASI aumente a 4 días o más, la aplicación de la invención puede aumentar los rendimientos en un 25% o más.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento de selección de uno o más momentos durante los cuales plantas femeninas designadas están listas para recibir polen masculino designado (polenM) aplicado intencionalmente, de manera que no incluya la polinización natural por el viento, la actividad de insectos u otras condiciones que ocurren naturalmente, con el fin de producir grano de interés,

en donde la planta hembra designada es una o más de las siguientes: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada o una planta de mijo perla,

en donde las plantas femeninas designadas incluyen componentes femeninos que se cultivan en un tamaño de campo mínimo de 8.000 m2 (0,8 hectáreas) en condiciones que pueden exponer a los componentes femeninos a polen indeseable (polenU), siendo dichopolenU:

a. autopolen producido por los componentes masculinos de las plantas femeninas designadas; y/o b. polen producido por plantas vecinas, cuyo polen es capaz de polinizar las plantas femeninas designadas;

comprendiendo el procedimiento:

establecer que los componentes femeninos de las plantas femeninas designadas son receptivos para recibir polen; y

seleccionar el uno o más tiempos con respecto a las plantas femeninas designadas, en donde el uno o más tiempos es o son:

i. un primer momento que es el momento en que las plantas femeninas designadas se vuelven receptivas al polen por primera vez; y/o

ii. un segundo tiempo que es un período de tiempo que se encuentra en un momento del día en el que el polenU no se libera y/o el polenU liberado ya no es viable, de forma que cuando el polenM se aplica intencionadamente, en una o más ocasiones, por medios que no incluyen la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones que se producen de forma natural, a los componentes femeninos de las plantas femeninas designadas durante el período del segundo tiempo, entonces las plantas femeninas designadas seleccionadas ya están polinizadas por el polenM en el momento en que el polenU comienza a liberarse a continuación.

2. Un procedimiento para permitir la producción de grano para consumo humano o animal, comprendiendo el procedimiento:

a. cultivar plantas femeninas designadas que incluyan componentes femeninos en un campo de un tamaño mínimo de 8.000m2 (0,8 hectáreas) en condiciones que puedan exponer los componentes femeninos a polen indeseable (polenU), siendo dicho polenU:

autopolen producido por los componentes masculinos de las plantas femeninas designadas; y/o polen producido por plantas vecinas, cuyo polen es capaz de polinizar las plantas femeninas designadas; b. seleccionar plantas femeninas designadas como listas para recibir polen masculino designado (polenM) aplicado intencionalmente, de una manera que no incluya la polinización natural por el viento, la actividad de insectos u otras condiciones que ocurren naturalmente, con el fin de producir el grano de interés, en uno o más momentos determinados por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1;

c. aplicar intencionadamente polenM, utilizando medios mecánicos, a las plantas madre femeninas designadas en el uno o más momentos seleccionados en el paso b, en una o más ocasiones durante uno o más de los tiempos primero y/o segundo de acuerdo con la reivindicación 1, de forma que no se incluya la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones que se produzcan de forma natural; y

d. producir el grano y destinarlo al consumo humano o animal;

en donde la planta hembra designada es una o más de las siguientes: una planta de maíz, una planta de soja, una planta de trigo, una planta de arroz, una planta de girasol, una planta de canola, una planta de sorgo, una planta de cebada o una planta de mijo perla.

3. Un procedimiento de producción de grano para consumo humano o animal, comprendiendo el procedimiento: a. cultivar plantas femeninas designadas que incluyan componentes femeninos en un campo de un tamaño mínimo de 8.000 m2 (0,8 hectáreas) en condiciones que puedan exponer los componentes femeninos a polen indeseable (polenU), siendo dicho polenU:

autopolen producido por los componentes masculinos de las plantas femeninas designadas; y/o polen producido por plantas vecinas, cuyo polen es capaz de polinizar las plantas femeninas designadas; b. seleccionar plantas femeninas designadas como listas para recibir polen masculino designado (polenM) aplicado intencionalmente, de una manera que no incluya la polinización natural por el viento, la actividad de insectos u otras condiciones que ocurren naturalmente, con el fin de producir el grano de interés, en uno o más momentos determinados por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1; y c. polinizar intencionadamente las plantas madre femeninas designadas en el uno o más momentos seleccionados en el paso b, en una o más ocasiones durante uno o más de los tiempos primero y/o segundo de acuerdo con la reivindicación 1, con polenM, utilizando medios mecánicos, de forma que no se incluya la polinización natural por el viento, la actividad de los insectos u otras condiciones que se produzcan de forma natural;

d. cultivar las plantas femeninas designadas obtenidas en el paso c hasta la madurez;

e. cosechar el grano producido por dicha planta hembra designada; y

f. utilizar el grano cosechado para el consumo humano o animal;

4. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho polenM es polen de planta macho designado de un fondo genético diferente al de las plantas hembra designadas.

5. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el polenM se compone de uno o más de los siguientes:

a. polen fresco;

b. polen conservado.

6. El procedimiento de la reivindicación 2 o 3, o cualquier otra reivindicación dependiente de la misma, en el que los medios mecánicos para la aplicación intencional de polen de planta macho designado se llevan a cabo por uno cualquiera o más de: medios neumáticos, medios de presión positiva, medios de presión negativa, o combinaciones de los mismos.

7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho polenM es polen fresco que se ha cosechado de uno o más de un campo, una cámara de crecimiento, un invernadero, un invernadero de cristal, una casa de sombra, una casa de aro, una instalación de cultivo vertical o una instalación hidropónica.

8. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho polenM es polen conservado que ha sido recogido previamente y ha sido conservado por enfriamiento, refrigeración, crioconservación, congelación, liofilización o almacenamiento en nitrógeno líquido.

9. El procedimiento de la reivindicación 2 o 3, en el que dicho polenM se aplica en más de una ocasión a la misma planta hembra designada.

10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que dicho polenM se aplica en el momento en que las plantas femeninas designadas se vuelven receptivas por primera vez a dicho polen.

11. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el procedimiento da como resultado características de grano modificadas, incluyendo una o más de tamaño de grano, contenido de grano o composición de grano.

12. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho polenM se obtiene de fuentes óptimas para su aplicación en función de las condiciones ambientales.

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que dichas condiciones ambientales son:

(i) condiciones abióticas;

(ii) condiciones abióticas que incluyen al menos una de las siguientes: sequía, humedad, temperatura, disponibilidad de nitrógeno o disponibilidad de nutrientes;

(iii) condiciones bióticas; o

(iv) condiciones bióticas que incluyan al menos una de las siguientes: presión de plagas de insectos o presión de enfermedades.

14. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho polenM se obtiene de fuentes óptimas para su aplicación en función de los datos de rendimiento de la planta.

15. El procedimiento de la reivindicación 2 o 3, en el que el polenM influye en las características del grano cosechado de las plantas femeninas, en el que dicha influencia afecta a una o más de:

i. contenido en aceite del grano;

ii. contenido en almidón del grano;

iii. contenido en proteínas del grano;

iv. composición del aceite en grano;

v. composición de almidón de grano; y

vi. composición proteínica del grano.

16. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho polenM se obtiene de:

(a) una única fuente genética; o

(b) múltiples fuentes genéticas y se combina antes de su aplicación.

17. El procedimiento de la reivindicación 3, en el que el rendimiento y las características del grano se modifican como resultado de la polinización.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende cultivar una pluralidad de dichas plantas femeninas designadas que incluyen componentes tanto femeninos como masculinos, en los que al menos una parte de dichos componentes masculinos de dichas plantas femeninas designadas son capaces de liberar polen de plantas femeninas designadas.

19. El procedimiento de la reivindicación 18, en el que dichas plantas femeninas designadas se polinizan de forma cruzada intencionadamente con polenM de un fondo genético diferente antes de que dichos componentes masculinos liberen al menos una parte de dicho polen de planta femenina designada.