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ES2360611T3 - METHOD FOR SELECTIVELY PRODUCING MALE OR FEMALE STERILE PLANTS. - Google Patents

METHOD FOR SELECTIVELY PRODUCING MALE OR FEMALE STERILE PLANTS. Download PDF

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ES2360611T3
ES2360611T3 ES03704795T ES03704795T ES2360611T3 ES 2360611 T3 ES2360611 T3 ES 2360611T3 ES 03704795 T ES03704795 T ES 03704795T ES 03704795 T ES03704795 T ES 03704795T ES 2360611 T3 ES2360611 T3 ES 2360611T3
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ES
Spain
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amino acid
plant
male
enzyme
phytotoxic
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Expired - Lifetime
Application number
ES03704795T
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Spanish (es)
Inventor
Timothy R.Syngenta Limited HAWKES
GlynnSyngenta Limited MITCHELL
Stephen ThomasSyngenta Limited HADFIELD
Paul AnthonySyngenta Limited THOMPSON
RussellSyngenta Limited VINER
YanSyngenta Biotechnology Inc. ZHANG
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Syngenta Ltd
Original Assignee
Syngenta Ltd
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Método de producción de plantas masculino- o femenino-estériles, que comprende la etapa de transformar material vegetal con un polinucleótido que codifica al menos una enzima que reacciona con una sustancia no fitotóxica para producir una fitotóxica, y regenerar el material así transformado en una planta, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica a la planta hasta el momento de la formación y/o maduración del gameto masculino o femenino, de forma que la sustancia no fitotóxica origina la producción de una fitotóxica que evita selectivamente la formación de los gametos, o bien los vuelve no funcionales, en el que la enzima se expresa en estructuras reproductivas masculinas o femeninas, caracterizado por que: (i) la sustancia no fitotóxica es un D-alfa-aminoácido y (ii) la enzima es una D-aminoácidooxidasa.Male- or female-sterile plant production method, comprising the step of transforming plant material with a polynucleotide that encodes at least one enzyme that reacts with a non-phytotoxic substance to produce a phytotoxic, and regenerate the material thus transformed into a plant , in which said non-phytotoxic substance is applied to the plant until the formation and / or maturation of the male or female gamete, so that the non-phytotoxic substance causes the production of a phytotoxic that selectively prevents the formation of gametes , or renders them nonfunctional, in which the enzyme is expressed in male or female reproductive structures, characterized in that: (i) the non-phytotoxic substance is a D-alpha-amino acid and (ii) the enzyme is a D- amino acid oxidase.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN FIELD OF THE INVENTION

La heterosis en plantas cultivadas tiene un efecto notable en la mejora del rendimiento. En general, los híbridos presentan rendimientos incrementados en comparación con las variedades no híbridas. Los híbridos proporcionan normalmente una unidad de retorno mayor para factores de crecimiento como agua y fertilizante. Los híbridos proporcionan a menudo una tolerancia al estrés superior, uniformidad en el producto y la maduración y proporcionan así mismo una oportunidad sencilla de mejora genética para combinar características o rasgos que puede ser difícil combinar de otras formas. El vigor del híbrido en plantas es de suficiente magnitud, generalmente, para garantizar la explotación comercial. Los híbridos comerciales se usan extensamente en muchos cultivos, incluyendo maíz, sorgo, remolacha azucarera, girasol y colza. Sin embargo, debido principalmente a la falta de métodos económicos de producción de semillas híbridas, el trigo, la cebada y el arroz se cultivan aún principalmente como consanguíneos. Heterosis in cultivated plants has a noticeable effect on improving performance. In general, hybrids have increased yields compared to non-hybrid varieties. Hybrids typically provide a higher return unit for growth factors like water and fertilizer. Hybrids often provide superior stress tolerance, product uniformity and maturation, and also provide a simple opportunity for genetic improvement to combine traits or traits that may be difficult to combine in other ways. The vigor of the hybrid in plants is generally of sufficient magnitude to guarantee commercial exploitation. Commercial hybrids are widely used in many crops, including corn, sorghum, sugar beet, sunflower, and rape. However, mainly due to the lack of economic methods of hybrid seed production, wheat, barley and rice are still mainly cultivated as inbred.

Tradicionalmente, la producción de semillas híbridas implica plantar bloques separados de líneas parentales femeninas y masculinas, cosechándose sólo las semillas de los genitores femeninos. Para asegurar que dicha semilla es híbrida, se tiene que minimizar la autopolinización de la línea parental femenina, haciendo la línea masculino-estéril. Los métodos para hacer la línea parental femenina masculino-estéril incluyen métodos mecánicos, químicos y genéticos. En plantas monoicas como el maíz, la esterilidad masculina se puede conseguir fácilmente mecánicamente mediante despendonación de la inflorescencia masculina. Sin embargo, la mayoría de los cultivos son dioicos y la presencia de órganos masculinos y femeninos en la misma flor hace tal castración inviable. Por tanto, se han usado algunas veces los enfoques genéticos. Traditionally, hybrid seed production involves planting separate blocks of male and female parental lines, harvesting only the seeds from the female parent. To ensure that this seed is hybrid, the self-pollination of the female parental line must be minimized, making the line male-sterile. Methods for making the male-sterile female parent line include mechanical, chemical, and genetic methods. In monoecious plants such as maize, male sterility can be easily achieved mechanically by despendonation of the male inflorescence. However, most of the cultures are dioecious and the presence of male and female organs in the same flower makes such castration unfeasible. Therefore, genetic approaches have sometimes been used.

Los rasgos de esterilidad genética masculina que aparecen son controlados normalmente por genes nucleares en los que los alelos asociados con el fenotipo estéril se expresan en general de forma recesiva con respecto a los alelos asociados con la fertilidad. Cuando se produce la esterilidad masculina genética está asociada normalmente con un gen recesivo único que tiene que ser homocigoto para que se exprese la esterilidad masculina. A fin de usar de forma práctica tales rasgos de esterilidad masculina genética, los obtentores desarrollan normalmente una línea femenina fenotípicamente uniforme que se segrega en plantas masculino-estériles y plantas femenino-fértiles. Las plantas masculino-estériles, una vez identificadas, se tienen que destruir, lo cual es trabajoso. Existe siempre un problema con el mantenimiento de la línea parental, ya que las plantas masculinas fértiles no se pueden eliminar de la población porque son esenciales para el mantenimiento de la población. Mejor que basarse en la existencia de alelos de esterilidad masculina naturales, es posible también usar los métodos de biología molecular. Se pueden obtener mediante ingeniería genética plantas que expresen, por ejemplo, genes de ribozima o antisentido que reduzcan o eliminen la expresión de genes clave necesarios para la formación de polen viable. Tales líneas transgénicas de plantas son masculino-estériles y se usan para la producción de semillas híbridas mediante cruzamiento, usando polen de plantas masculino-fértiles. El principal problema con tales líneas es que sólo se pueden mantener en un estado hererozigótico en generaciones posteriores mediante cruces con las líneas fértiles isogénicas. Esto puede ser un problema en la producción de semillas híbridas, en la que el rendimiento es crítico. Aunque, por ejemplo ligando la resistencia a herbicida con la esterilidad masculina, se puede destruir selectivamente las plantas masculino-fértiles, esto precisa aún que las plantas se planten inicialmente a densidades extraelevadas. The features of male genetic sterility that appear are normally controlled by nuclear genes in which alleles associated with the sterile phenotype are generally expressed recessively with respect to alleles associated with fertility. When genetic male sterility occurs it is normally associated with a single recessive gene that has to be homozygous for male sterility to be expressed. In order to use such genetic male sterility traits in a practical way, breeders normally develop a phenotypically uniform female line that segregates into male-sterile and female-fertile plants. Male-sterile plants, once identified, have to be destroyed, which is laborious. There is always a problem with maintaining the parental line, as fertile male plants cannot be removed from the population because they are essential for population maintenance. Rather than relying on the existence of natural male sterility alleles, it is also possible to use molecular biology methods. Plants that express, for example, ribozyme or antisense genes that reduce or eliminate the expression of key genes necessary for the formation of viable pollen can be obtained by genetic engineering. Such transgenic plant lines are male-sterile and are used for hybrid seed production by crossing, using male-fertile plant pollen. The main problem with such lines is that they can only be maintained in an hererozygous state in subsequent generations by crossing with the isogenic fertile lines. This can be a problem in hybrid seed production, where performance is critical. Although, for example by linking herbicide resistance to male sterility, male-fertile plants can be selectively destroyed, this still requires plants to be initially planted at extra-high densities.

El uso de esterilidad masculina citoplásmica para la producción de híbridos comerciales requiere un citoplasma masculino-estéril estable y una fuente de polen. El sistema citoplásmico-genético de la esterilidad masculina requiere la existencia de tres tipos de línea para la producción de híbrido: la línea A (masculino-estéril citoplásmica), la línea B (masculino-fértil de mantenimiento) y la línea R (masculino-fértil con genes restauradores). Los cruzamientos en los tres sentidos producidos con este sistema implican el mantenimiento y producción de cuatro líneas, y una línea A y B de un consanguíneo y consanguíneos masculino-fértiles de los otros dos. La confianza en una única fuente de citoplasma masculino-estéril puede minimizar la flexibilidad de la mejora genética y conducir a una descendencia con una gran susceptibilidad global a enfermedades particulares. The use of cytoplasmic male sterility for the production of commercial hybrids requires a stable male-sterile cytoplasm and a source of pollen. The cytoplasmic-genetic system of male sterility requires the existence of three types of line for hybrid production: line A (male-sterile cytoplasmic), line B (male-fertile maintenance), and line R (male- fertile with restorative genes). Crosses in the three senses produced with this system involve the maintenance and production of four lines, and one line A and B of one consanguineous and consanguineous masculine-fertile of the other two. Relying on a single source of sterile male cytoplasm can minimize the flexibility of genetic improvement and lead to offspring with high overall susceptibility to particular diseases.

Las semillas híbridas se pueden producir también mediante el uso de productos químicos que inhiban la formación de polen viable. Estas sustancias químicas, denominadas gametocidas, se usan para producir esterilidad masculina transitoria. Sin embargo, el coste, registrabilidad y fiabilidad de los gametocidas ha limitado su uso. Hybrid seeds can also be produced through the use of chemicals that inhibit the formation of viable pollen. These chemicals, called gametocides, are used to produce transient male sterility. However, the cost, registrability and reliability of gametocides has limited their use.

Una deficiencia de los sistemas tradicionales de producción de semillas híbridas es la necesidad de plantar filas o bloques separados de las líneas parentales masculina y femenina. En este aspecto, la baja eficiencia de polinización es un problema especialmente grave en especies cultivadas, como el trigo, que liberan pequeñas cantidades de polen que no viaja lejos con el viento. En tales cultivos hasta dos tercios del terreno de producción del híbrido tienen que dedicarse a plantas donantes de polen masculino y consecuentemente, la producción de semillas híbridas se vuelve, por tanto, no rentable. A deficiency of traditional hybrid seed production systems is the need to plant separate rows or blocks of the male and female parent lines. In this regard, low pollination efficiency is a particularly serious problem in cultivated species, such as wheat, which release small amounts of pollen that does not travel far in the wind. In such crops up to two thirds of the hybrid's production land has to be dedicated to male pollen donor plants and consequently, the production of hybrid seeds becomes, therefore, not profitable.

A fin de conseguir una producción de semillas más rentable en trigo y otros cultivos es necesario desplazar las plantas masculinas y femeninas más próximamente entre sí para una transferencia del polen más eficiente; con la máxima eficiencia mediante plantación intercalada de machos y hembras en las mismas filas a una distancia de centímetros entre ellas. En tal sistema sería inviable cosechar sólo la semilla de los genitores femeninos (masculino-estériles). La contaminación con semilla no híbrida procedente del genitor femenino se puede minimizar usando un porcentaje lo más bajo posible de tales plantas genitoras masculinas en la mezcla para plantar y/o usando plantas masculinas que sean femenino-estériles. Se ha descrito un método para obtener una línea femenino-estéril dominante (EP-412.006-A1 (1991); Goldman et al., (1994) EMBO, J., 13, 2976-2984) pero, como para las líneas masculino-estériles, la línea tiene que mantenerse como heterozigoto. In order to achieve more profitable seed production in wheat and other crops, it is necessary to move male and female plants closer to each other for more efficient pollen transfer; with maximum efficiency by interplanting males and females in the same rows at a distance of centimeters between them. In such a system it would be unfeasible to harvest only the seed of the female (male-sterile) parents. Contamination with non-hybrid seed from the female parent can be minimized by using as low a percentage as possible of such male parent plants in the potting mix and / or by using male plants that are female-sterile. A method for obtaining a dominant female-sterile line has been described (EP-412.006-A1 (1991); Goldman et al., (1994) EMBO, J., 13, 2976-2984) but, as for the male- sterile, the line has to remain heterozygous.

Consecuentemente, persiste la necesidad de métodos económicos simples de producción de semillas híbridas. En particular, a fin de producir semilla híbrida eficientemente, persiste la necesidad de proporcionar tanto líneas parentales femeninas masculino-estériles, como líneas parentales masculinas femenino-estériles que se puedan mantener fácilmente como líneas homozigóticas puras y que sean útiles para la producción eficiente de semillas híbridas. Los métodos descritos en el estado de la técnica para lograrlo incluyen métodos en los que la semilla híbrida se produce de líneas parentales masculina y femenina, al menos una de las cuales comprende un gen quimérico heterólogo, preferiblemente expresado en el tejido floral, que vuelve a la línea condicionalmente estéril, dependiendo de la aplicación exógena de una sustancia no fitotóxica, que se puede convertir específica y localmente en una fitotoxina, mediante una enzima codificada por el gen quimérico heterólogo y que se expresa preferiblemente, bien en las estructuras reproductivas masculinas o femeninas. La sustancia no fitotóxica puede ser un precursor de herbicida. La ventaja de tener tales líneas parentales condicionalmente estériles es que les permite mantenerse como homozigotas con respecto al rasgo de la esterilidad. La fertilidad se altera sólo tras la aplicación exógena de la sustancia no fitotóxica. En uno de tales ejemplos de un sistema de esterilidad masculina condicional, un gen que codifica la enzima desacetilasa se expresa preferentemente en las células del tapete del tejido floral masculino, donde convierte el precursor de herbicida precursor de herbicida N-acetil-L-fosfinotricina aplicado exógenamente, en la fitotoxina Lfosfinotricina y, por tanto, evita la formación de polen viable. En otros ejemplos similares: (i) la expresión preferencial del tapete del citocromo P450 bacteriano cataliza la conversión del precursor de herbicida R7402 en una fitotoxina sulfonilurea que evita la producción de polen viable; y (iii) la expresión preferente en el tapete de una hidrolasa de monoéster de fosfonato cataliza la conversión del precursor del herbicida gliceril-glifosato en la fitotoxina glifosato, que evita así mismo la producción de polen viable. WO 98/03838 describe ejemplos de un sistema de esterilidad femenino condicional, en el que las enzimas capaces de convertir los precursores de herbicidas en fitotoxinas se expresan preferiblemente en estructuras reproductivas femeninas. Consequently, the need for simple economic methods of hybrid seed production persists. In particular, in order to efficiently produce hybrid seed, there remains a need to provide both male-sterile female parent lines and male-sterile male parent lines that can be easily maintained as pure homozygous lines and are useful for efficient seed production. hybrids. The methods described in the state of the art to achieve this include methods in which the hybrid seed is produced from male and female parental lines, at least one of which comprises a heterologous chimeric gene, preferably expressed in floral tissue, which returns to the conditionally sterile line, depending on the exogenous application of a non-phytotoxic substance, which can be converted locally and specifically to a phytotoxin, by means of an enzyme encoded by the heterologous chimeric gene and which is preferably expressed, either in male or female reproductive structures . The non-phytotoxic substance can be a herbicide precursor. The advantage of having such conditionally sterile parental lines is that it allows them to remain homozygous with respect to the sterility trait. Fertility is altered only after exogenous application of the non-phytotoxic substance. In one such example of a conditional male sterility system, a gene encoding the deacetylase enzyme is preferentially expressed in the male flower tissue mat cells, where it converts the applied herbicide precursor to N-acetyl-L-phosphinothricin herbicide exogenously, in phytotoxin Lfosfinotricina and, therefore, prevents the formation of viable pollen. In other similar examples: (i) the preferential expression of the bacterial cytochrome P450 mat catalyzes the conversion of the herbicide precursor R7402 into a sulfonylurea phytotoxin that prevents the production of viable pollen; and (iii) the preferred expression on the mat of a phosphonate monoester hydrolase catalyzes the conversion of the glyceryl glyphosate herbicide precursor to the phytotoxin glyphosate, which likewise prevents the production of viable pollen. WO 98/03838 describes examples of a conditional female sterility system, in which enzymes capable of converting herbicide precursors to phytotoxins are preferably expressed in female reproductive structures.

A pesar de la existencia de estos métodos de obtención de líneas parentales masculinas y femeninas que son condicionalmente estériles, la producción de semillas híbridas dista aún de ser una rutina en cultivos como el trigo. La presente solicitud se refiere, entre otros, a mejoras en la técnica con respecto a la producción de líneas parentales femeninas que son condicionalmente masculino-estériles y líneas parentales femeninas que son condicionalmente femenino-estériles. Despite the existence of these methods of obtaining male and female parental lines that are conditionally sterile, the production of hybrid seeds is still far from being routine in crops such as wheat. The present application relates, inter alia, to improvements in the art with respect to the production of female parental lines that are conditionally male-sterile and female parental lines that are conditionally female-sterile.

La presente solicitud se refiere a mejoras en métodos para la producción de semilla híbrida para el cultivo. En particular, la solicitud se refiere a un método de producción de semilla híbrida de líneas parentales femenina y masculina, al menos una de las cuales es condicionalmente femenino o masculino-estéril, dependiendo de la aplicación exógena de una sustancia que no es fitotóxica para el cultivo y que incluye precursores de herbicidas. La solicitud se refiere así mismo a un método en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica de una vez y en una cantidad suficiente para que la autofertilización se minimice o evite en la línea o líneas parentales condicionalmente estériles. La presente solicitud se refiere también a un método de producción de plantas condicionalmente masculino- o femenino-estériles, mediante (i) transformación del material vegetal con uno o más genes quiméricos que, de forma aislada o conjunta, codifican una o más enzimas capaces de reaccionar con una sustancia no fitotóxica, preferiblemente en forma de precursor de herbicida, para producir una sustancia fitotóxica. Las enzimas se expresan bajo el control modulable de uno o más promotores que, en el caso de plantas condicionalmente masculino-estériles, hace que la enzima o enzimas se expresen preferentemente en las estructuras reproductivas masculinas o las cuales, en el caso de plantas condicionalmente femenino-estériles, hace que dicha enzima o enzimas se expresen preferentemente en las estructuras reproductivas femeninas. El material vegetal se regenera en plantas fértiles morfológicamente normales, que son condicionalmente masculino- o femenino-estériles. La solicitud incluye también el uso de plantas condicionalmente masculino-estériles en combinación con plantas condicionalmente femenino-estériles para producir semilla híbrida más eficientemente, el uso, como sustancias no fitotóxicas, de ciertos precursores de herbicidas y el uso de genes quiméricos para producir más eficientemente semillas híbridas, genes quiméricos y enzimas útiles para la invención. La solicitud proporciona también plantas condicionalmente masculino-estériles, plantas condicionalmente femenino-estériles, semillas de estas plantas y semillas híbridas producidas mediante dicho método. En realizaciones preferidas de la solicitud, las plantas cultivadas a las que se aplica el método de obtención de semilla híbrida son maíz, arroz, sorgo, trigo, mijo, avena, colza y cebada. The present application relates to improvements in methods for the production of hybrid seed for cultivation. In particular, the application refers to a method of producing hybrid seed from female and male parental lines, at least one of which is conditionally female or male-sterile, depending on the exogenous application of a substance that is not phytotoxic to the culture and which includes herbicide precursors. The application also relates to a method in which said non-phytotoxic substance is applied at once and in a sufficient quantity so that self-fertilization is minimized or avoided in the conditionally sterile parental line or lines. The present application also relates to a method of producing conditionally male- or female-sterile plants, by (i) transforming plant material with one or more chimeric genes that, in isolation or together, encode one or more enzymes capable of react with a non-phytotoxic substance, preferably as a herbicide precursor, to produce a phytotoxic substance. Enzymes are expressed under the modulable control of one or more promoters that, in the case of conditionally male-sterile plants, causes the enzyme or enzymes to be expressed preferentially in male reproductive structures or which, in the case of conditionally female plants -Sterile, causes said enzyme or enzymes to be preferentially expressed in female reproductive structures. Plant material is regenerated into morphologically normal fertile plants, which are conditionally male- or female-sterile. The application also includes the use of conditionally male-sterile plants in combination with conditionally female-sterile plants to produce hybrid seed more efficiently, the use, as non-phytotoxic substances, of certain herbicide precursors and the use of chimeric genes to produce more efficiently Hybrid seeds, chimeric genes and enzymes useful for the invention. The application also provides conditionally male-sterile plants, conditionally female-sterile plants, seeds of these plants, and hybrid seeds produced by said method. In preferred embodiments of the application, cultivated plants to which the method of obtaining hybrid seed is applied are corn, rice, sorghum, wheat, millet, oats, rapeseed and barley.

Según la presente invención, se proporciona un método para producir plantas estériles masculinas o femeninas, que comprende las etapas de transformar el material vegetal con un polinucleótido que codifica al menos una enzima que reacciona con una sustancia no fitotóxica para producir una fitotóxica, y regenerar el material así transformado en una planta, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica a la planta hasta el momento de la formación y/o maduración del gameto femenino o masculino, de forma que la sustancia no fitotóxica permite la producción de una fitotóxica que evita selectivamente la formación de los gametos, o, si no, transforma vuelve gametos no funcionales, en el que la enzima se expresa preferentemente bien en estructuras reproductivas masculinas o femeninas. El método se caracteriza por que In accordance with the present invention, there is provided a method of producing sterile male or female plants, comprising the steps of transforming plant material with a polynucleotide encoding at least one enzyme that reacts with a non-phytotoxic substance to produce a phytotoxic, and regenerate the material thus transformed into a plant, in which said non-phytotoxic substance is applied to the plant until the formation and / or maturation of the female or male gamete, so that the non-phytotoxic substance allows the production of a phytotoxic that prevents selectively the formation of gametes, or, if not, transforms it becomes nonfunctional gametes, in which the enzyme is preferably expressed either in male or female reproductive structures. The method is characterized in that

(i) la sustancia no fitotóxica es un D-alfa-aminoácido y (ii) la enzima es una D-aminoácido-oxidasa. (i) the non-phytotoxic substance is a D-alpha-amino acid and (ii) the enzyme is a D-amino acid-oxidase.

Debido a que un objetivo deseable es maximizar el rendimiento de semilla híbrida y, por tanto, minimizar cualquier daño del cultivo, en realizaciones preferidas, la sustancia no fitotóxica es un precursor de herbicida seleccionado entre compuestos que sean relativamente no fitotóxicos para el cultivo. A fin de que sean capaces de producir un efecto contra los tejidos florales, también es deseable que los precursores de herbicidas sean precursores de fitotoxinas que sean efectivas sobre tejidos “no verdes”. Por tanto, en realizaciones preferidas de la invención, se seleccionan precursores de herbicidas de aquellos que son precursores de fitotoxinas que sean directamente fitotóxicas para tejidos no verdes, mejor que aquellos que tienen un sitio de acción principal en la fotosíntesis o en la producción de pigmentos fotosintéticos. También es un objetivo deseable minimizar los costes de la producción de semillas híbridas. Por tanto, en realizaciones preferidas se seleccionan precursores de herbicidas de aquellas sustancias químicas para las cuales ya se ha concedido o se está tramitando la concesión de la aprobación para el uso en cultivos por las autoridades reguladoras apropiadas. Because a desirable goal is to maximize hybrid seed yield, and therefore minimize any crop damage, in preferred embodiments, the non-phytotoxic substance is a herbicide precursor selected from compounds that are relatively non-phytotoxic to the crop. In order for them to be able to produce an effect against floral tissues, it is also desirable that herbicide precursors be phytotoxin precursors that are effective on "non-green" tissues. Thus, in preferred embodiments of the invention, herbicide precursors are selected from those that are phytotoxin precursors that are directly phytotoxic to non-green tissues, rather than those that have a major site of action in photosynthesis or pigment production. photosynthetics. It is also a desirable goal to minimize the costs of hybrid seed production. Thus, in preferred embodiments, herbicide precursors are selected from those chemicals for which approval for use in crops has already been granted or is being processed by the appropriate regulatory authorities.

Nomenclatura: Definiciones Nomenclature: Definitions

“Gen” según se usa aquí se refiere a cualquier secuencia de ADN que comprende varios fragmentos de ADN unidos operativamente, como un promotor y una región reguladora en 5’; una secuencia codificante; y un región no traducida en 3’ que comprende un sitio de poliadenilación. "Gene" as used herein refers to any DNA sequence comprising several operably linked DNA fragments, such as a promoter and a 5 'regulatory region; a coding sequence; and a 3'-untranslated region comprising a polyadenylation site.

“Quimérico”, cuando se refiere a un gen o una secuencia de ADN se usa para referirse al hecho de que, en la naturaleza, la secuencia codificante no está asociada con el promotor o con al menos otra región reguladora del ADN en el gen. "Chimeric", when referring to a gene or DNA sequence, is used to refer to the fact that, in nature, the coding sequence is not associated with the promoter or with at least one other DNA regulatory region in the gene.

“Gen quimérico”, según se usa aquí, se refiere a un gen en el que, en la naturaleza, la secuencia codificante codificante no está asociada con el promotor o con al menos otra región reguladora del ADN en el gen. "Chimeric gene," as used herein, refers to a gene in which, in nature, the coding coding sequence is not associated with the promoter or with at least one other DNA regulatory region in the gene.

“Casete de expresión”, según se usa aquí, se refiere a una región transferible del ADN que comprende un gen quimérico que está flanqueado por uno o más sitios de restricción u otros sitios que facilitan la escisión precisa desde un locus de ADN y su inserción en otro. "Expression cassette" as used herein refers to a transferable region of DNA that comprises a chimeric gene that is flanked by one or more restriction sites or other sites that facilitate precise excision from a DNA locus and its insertion in other.

“Sustancias no fitotóxicas” son, en el contexto de la presente invención, sustancias que son relativamente no fitotóxicas para las plantas, células o tejidos de cualquier cultivo particular al que se aplica el método de la invención. Las sustancias no fitotóxicas tienen que ser no fitotóxicas en todos los tejidos vegetales de todas las plantas. Las sustancias no fitotóxicas incluyen precursores de herbicidas que son sustancias con un efecto tóxico directo inapreciable sobre los tejidos vegetales, pero que son precursoras de fitotoxinas activas. En especies de plantas susceptibles, tales precursores de herbicidas actúan indirectamente como herbicidas a través de la acción de enzimas endógenas que los convierten en una fitotoxina en el seno de la planta. "Non-phytotoxic substances" are, in the context of the present invention, substances that are relatively non-phytotoxic to the plants, cells or tissues of any particular crop to which the method of the invention is applied. Non-phytotoxic substances must be non-phytotoxic in all plant tissues of all plants. Non-phytotoxic substances include herbicide precursors that are substances with a negligible direct toxic effect on plant tissues, but that are precursors of active phytotoxins. In susceptible plant species, such herbicide precursors act indirectly as herbicides through the action of endogenous enzymes that convert them into a phytotoxin within the plant.

“Fitotoxinas” son, en el contexto de la presente invención, sustancias que son tóxicas para las plantas, tejidos vegetales y células vegetales del cultivo particular el que se aplica el método de la invención. Tales fitotoxinas no tienen que ser fitotóxicas para todos los tejidos de todas las especies vegetales. "Phytotoxins" are, in the context of the present invention, substances that are toxic to plants, plant tissues and plant cells of the particular culture to which the method of the invention is applied. Such phytotoxins do not have to be phytotoxic to all tissues of all plant species.

“Estructura reproductiva femenina” significa los gametos femeninos y aquellas porciones de la planta que están especializadas en la producción, maduración y viabilidad de los gametos femeninos. Normalmente, estas comprenden aquellas porciones de una planta que comprenden el carpelo o gineceo (“pistilo”). El carpelo de una planta incluye, pero no está limitado a, un estigma, estilo, ovario y células o tejidos comprendidos en el estigma, estilo y ovario. "Female reproductive structure" means female gametes and those portions of the plant that are specialized in the production, maturation, and viability of female gametes. Typically, these comprise those portions of a plant that comprise the carpel or gynoecium ("pistil"). Carpel of a plant includes, but is not limited to, a stigma, style, ovary, and cells or tissues within the stigma, style, and ovary.

“Estructura reproductiva masculina” significa los gametos masculinos y aquellas porciones de la planta que están especializadas en la producción, maduración y viabilidad de los gametos masculinos. Éstas comprenden aquellas porciones de una planta que comprenden, por ejemplo, microsporas, estambres, tapete, anteras y polen. "Male reproductive structure" means male gametes and those portions of the plant that are specialized in the production, maturation, and viability of male gametes. These comprise those portions of a plant that comprise, for example, microspores, stamens, rugs, anthers, and pollen.

“Planta femenino-estéril”, según se usa aquí, es una planta que es incapaz de soportar la formación de semilla viable cuando se poliniza con polen funcional o viable. Tal esterilidad femenina puede ser el resultado de la selección genética "Female-sterile plant", as used here, is a plant that is unable to withstand viable seed formation when pollinated with functional or viable pollen. Such female sterility may be the result of genetic selection.

o de la presencia de un transgén. Una “planta condicionalmente femenino-estéril” se refiere a una planta que, bajo condiciones normales de crecimiento es femenino-fértil y que puede volverse femenino-estéril bajo condiciones específicas. En el contexto de la presente invención, dichas condiciones comprenden la aplicación exógena de un precursor de herbicida o de otra sustancia no-fitotóxica. En el contexto de la presente invención, dicha “planta femenino-estéril” o “planta condicionalmente femenino-estéril” permanece masculino-fértil y capaz de producir polen viable. or the presence of a transgene. A "conditionally female-sterile plant" refers to a plant that, under normal growth conditions, is female-fertile and can become female-sterile under specific conditions. In the context of the present invention, said conditions comprise the exogenous application of a herbicide precursor or other non-phytotoxic substance. In the context of the present invention, said "female-sterile plant" or "conditionally female-sterile plant" remains male-fertile and capable of producing viable pollen.

“Planta masculino-estéril”, según se usa aquí, es una planta que es incapaz de soportar la formación de polen viable. Tal esterilidad masculina puede ser el resultado de la selección genética o de la presencia de un transgén. Una “planta condicionalmente masculino-estéril” se refiere a una planta que, bajo condiciones normales de crecimiento es masculino-fértil y que puede volverse masculino-estéril bajo condiciones específicas. Por ejemplo, las condiciones pueden comprender la despendonación física o la aplicación de un gametocida químico específico. En el contexto de la presente invención, dichas condiciones comprenden particularmente la aplicación exógena de un precursor de herbicida u otra sustancia no fitotóxica. En el contexto de la presente invención, tal “planta masculino-estéril” o “planta condicionalmente masculino-estéril” permanece femenino-fértil y capaz de producir semillas viables cuando se poliniza con polen funcional o viable. "Male-sterile plant", as used here, is a plant that is unable to withstand the formation of viable pollen. Such male sterility may be the result of genetic selection or the presence of a transgene. A "conditionally male-sterile plant" refers to a plant that, under normal growth conditions, is male-fertile and can become male-sterile under specific conditions. For example, conditions may include physical exoneration or the application of a specific chemical gametocide. In the context of the present invention, said conditions particularly comprise the exogenous application of a herbicide precursor or other non-phytotoxic substance. In the context of the present invention, such a "male-sterile plant" or "conditionally male-sterile plant" remains female-fertile and capable of producing viable seeds when pollinated with functional or viable pollen.

“Región promotora”, según se usa aquí, es una región de ADN que comprende al menos un promotor funcional y, opcionalmente, algunas o todas de sus secuencias reguladoras aguas arriba, incluyendo secuencias activadoras y/o secuencias asociadas aguas abajo, que incluyen algunas o todas las regiones no traducidas en 5’ del gen endógeno al promotor. "Promoter region", as used herein, is a region of DNA comprising at least one functional promoter and, optionally, some or all of its upstream regulatory sequences, including activator sequences and / or associated downstream sequences, including some or all 5 'untranslated regions of the endogenous gene to the promoter.

“Plantación intercalada”, según se usa aquí, se refiere a un método de plantación de semillas o plantas en un terreno que asegura la polinización cruzada adecuada de plantas masculino-estériles o condicionalmente masculino-estériles por las plantas masculino-fértiles. Esto se puede conseguir, bien mezclando al azar de semillas genitoras femeninas y masculinas en mezclas diferentes (80/20; 90; 10; etc.) antes de la plantación, o plantando en patrones de terreno específicos, con lo que se alternan las diferentes semillas. Cuando se requiere el cosechado separado de plantas diferentes, se prefiere la plantación en bloques o filas alternantes. "Intercropping," as used herein, refers to a method of planting seeds or plants in soil that ensures adequate cross-pollination of male-sterile or conditionally male-sterile plants by male-fertile plants. This can be accomplished either by randomly mixing male and female parent seeds in different mixes (80/20; 90; 10; etc.) before planting, or by planting in specific soil patterns, alternating different seeds. When separate harvesting of different plants is required, planting in alternating blocks or rows is preferred.

En el método según la invención, dicha sustancia no fitotóxica se puede aplicar mezclada junto con al menos una sustancia adicional, que se puede seleccionar del grupo formado por aminoácidos, protectores, gemetocidas, inductores de glutatión-S-transferasa, inductores de citocromo P450, fertilizantes, herbicidas, nematocidas, sinergistas, insecticidas, fungicidas, hormonas, reguladores del crecimiento vegetal e inhibidores del citocromo P450. En realizaciones particulares, dichas sustancia no fitotóxica se puede aplicar mezclada con butóxido de piperonilo o malatión. En realizaciones particulares, dicha sustancia no fitotóxica se puede aplicar mezclada con la misma sustancia fitotóxica de la que dicha sustancia no fitotóxica es precursora. In the method according to the invention, said non-phytotoxic substance can be applied mixed with at least one additional substance, which can be selected from the group consisting of amino acids, protectors, gemetocides, glutathione-S-transferase inducers, cytochrome P450 inducers, fertilizers, herbicides, nematocides, synergists, insecticides, fungicides, hormones, plant growth regulators and cytochrome P450 inhibitors. In particular embodiments, said non-phytotoxic substance can be applied mixed with piperonyl butoxide or malathion. In particular embodiments, said non-phytotoxic substance can be applied mixed with the same phytotoxic substance of which said non-phytotoxic substance is a precursor.

Dicha enzima puede ser una D-aminoácido oxidasa y la sustancia no fitotóxica puede ser entonces un D-aminoácido y, en particular, puede ser el enantiómero D de fosfinotricina, el enantiómero D de bialafos o seleccionarse del grupo formado por D-alanina, D-serina, D-isoleucina, D-metionina, D-leucina o D-valina. Según se usa aquí “D-aminoácidooxidasa” significa cualquier enzima capaz de oxidar un D-aminoácido para producir un 2-ceto-ácido, e incluye enzimas con especificidad para el aspartato, conocidas como “D-aspartato-oxidasas”. Said enzyme can be a D-amino acid oxidase and the non-phytotoxic substance can then be a D-amino acid and, in particular, it can be the D enantiomer of phosphinothricin, the D enantiomer of bialaphos or be selected from the group consisting of D-alanine, D -serine, D-isoleucine, D-methionine, D-leucine or D-valine. As used herein "D-amino acid oxidase" means any enzyme capable of oxidizing a D-amino acid to produce a 2-keto-acid, and includes enzymes with specificity for aspartate, known as "D-aspartate oxidases".

Los genes quiméricos que codifican enzimas capaces, solas o en combinación con otras, de reaccionar con una sustancia no fitotóxica para producir una fitotóxica se pueden seleccionar de genes que comprenden secuencias codificadoras de ADN que codifican una o más de las siguientes enzimas: Chimeric genes that encode enzymes capable, alone or in combination with others, of reacting with a non-phytotoxic substance to produce a phytotoxic can be selected from genes comprising DNA coding sequences that encode one or more of the following enzymes:

D-aminoácido-oxidasas capaces de catalizar la oxidación: D-amino acid oxidases capable of catalysing oxidation:

D-aminoácido + O2 + H2O → NH3 + H2O2 + 2-oxoácido D-amino acid + O2 + H2O → NH3 + H2O2 + 2-oxoacid

y, en ciertas realizaciones, particularmente la reacción: and, in certain embodiments, particularly the reaction:

D-fosfinotricina + O2 + H2O → NH3 + H2O2 + 2-oxo-4-metil-fosfinobutirato. D-phosphinothricin + O2 + H2O → NH3 + H2O2 + 2-oxo-4-methyl-phosphinobutyrate.

La enzima D-aminoácido-oxidasa (DAMOX) se puede seleccionar entre aquellas producidas por Rhodosporidium sp. (Rhodotorula sp.), Trigonopsis sp. , pig. Fusarium sp. Candida sp., Shizosaccharomyces sp. y Verticillium sp., y se puede seleccionar de proteínas que tienen secuencias correspondientes a los números de acceso de Swissprot P80324, Q99042, P00371, P24552 o números de SPTREMBL Q9HGY3 y Q9Y7N4. Las secuencias de ADN que codifican la Daminoácido-oxidasa se pueden seleccionar de secuencias comprendidas en los números de acceso de EMBL A56901, RGU60066, Z50019, SSDA04, D00809, AB042032, RCDAAOX, A81420 y SPCC1450. Las D-aminoácido-oxidasas son flavoenzimas ubicuas. The enzyme D-amino acid oxidase (DAMOX) can be selected from those produced by Rhodosporidium sp. (Rhodotorula sp.), Trigonopsis sp. , pig. Fusarium sp. Candida sp., Shizosaccharomyces sp. and Verticillium sp., and can be selected from proteins having sequences corresponding to Swissprot accession numbers P80324, Q99042, P00371, P24552 or SPTREMBL numbers Q9HGY3 and Q9Y7N4. DNA sequences encoding Daminoacid oxidase can be selected from sequences within EMBL Accession Numbers A56901, RGU60066, Z50019, SSDA04, D00809, AB042032, RCDAAOX, A81420, and SPCC1450. D-amino acid oxidases are ubiquitous flavoenzymes.

Cuando la sustancia no fitotóxica es D-fosfinotricina o D-bialafos o D-aspartato o D-gitamato, entonces las Daminoácido-oxidasas particularmente preferidas se obtienen de mutantes de Rhodotorula gracilis o es una D-aspartatooxidasa. Tales mutantes, cualquiera que sea la sustancia fitotóxica, pueden comprender sustituciones de aminoácidos sencillas o dobles en las posiciones 213 y 238, cuando se comparan con la secuencia silvestre. Preferiblemente, en posición 213 la metionina silvestre se reemplaza por Arg, Lys, Ser, Cys, Asn o Ala, y la Tyr del tipo silvestre en posición 238 se reemplaza por His, Ser, Gys, Asn o Ala. When the non-phytotoxic substance is D-phosphinothricin or D-bialaphos or D-aspartate or D-gitamate, then the particularly preferred Daminoacid oxidases are obtained from Rhodotorula gracilis mutants or it is a D-aspartate oxidase. Such mutants, whatever the phytotoxic substance, may comprise single or double amino acid substitutions at positions 213 and 238, when compared to the wild-type sequence. Preferably, at position 213 the wild methionine is replaced by Arg, Lys, Ser, Cys, Asn or Ala, and the wild type Tyr at position 238 is replaced by His, Ser, Gys, Asn or Ala.

Sin embargo, la enzima puede comprender sustituciones además de, o en otras posiciones que las mencionadas en el párrafo anterior. En particular, la Phe en posición 58 en la secuencia silvestre se puede reemplazar por un residuo seleccionado del grupo que consiste en His, Ser, Lys, Ala, Arg y Asp, y, preferiblemente, es His, Ser o Ala. Además, o alternativamente, la Met en posición 213 en la secuencia silvestre se puede reemplazar por un residuo seleccionado del grupo que consiste en His, Ser, Lys, Ala, Arg y Asp y, preferiblemente, es Ser o Ala. Además, o alternativamente, la Tyr en posición 238 en la secuencia silvestre se puede reemplazar por un residuo seleccionado del grupo que consiste en His, Ser, Lys, Ala, Arg y Asp. However, the enzyme can comprise substitutions in addition to, or in other positions than those mentioned in the previous paragraph. In particular, Phe at position 58 in the wild sequence can be replaced by a residue selected from the group consisting of His, Ser, Lys, Ala, Arg, and Asp, and is preferably His, Ser, or Ala. In addition, or alternatively, the Met at position 213 in the wild sequence can be replaced by a residue selected from the group consisting of His, Ser, Lys, Ala, Arg and Asp and preferably is Ser or Ala. In addition, or alternatively, the Tyr at position 238 in the wild sequence can be replaced by a residue selected from the group consisting of His, Ser, Lys, Ala, Arg and Asp.

Una forma mutante particularmente preferida de la enzima comprende al menos dos de las mutaciones mencionadas anteriormente. Una primera realización de tal mutante doble tiene una His en posición 58 (mejor que Phe en la secuencia silvestre) y una Ser en posición 213 (mejor que Met). Una segunda realización de tal mutante doble tiene Ser en posición 58 (mejor que la Phe del tipo silvestre) y Arg en posición 213 (mejor que la Met del tipo silvestre). A particularly preferred mutant form of the enzyme comprises at least two of the aforementioned mutations. A first embodiment of such a double mutant has a His at position 58 (better than Phe in the wild sequence) and a Ser at position 213 (better than Met). A second embodiment of such a double mutant has Ser at position 58 (better than wild-type Phe) and Arg at position 213 (better than wild-type Met).

Cuando la sustancia no fitotóxica es un D-aminoácido distinto de D-fosfinotricina o D-bialafos, entonces la enzima es una D-aminoácido-oxidasa. El D-aminoácido es, preferiblemente, no un metabolito endógeno de la planta, y se selecciona y se selecciona para que sea uno móvil en el floema, metabólicamente estable en la planta (preferiblemente que tenga un t ½ en la planta superior a ~ 1 semana) y un sustrato eficiente de dicha oxidasa. La oxidación del Daminoácido por la enzima es concomitante con la reducción del oxígeno a peróxido y/o aniones superóxido fitotóxicos. When the non-phytotoxic substance is a D-amino acid other than D-phosphinothricin or D-bialaphos, then the enzyme is a D-amino acid oxidase. The D-amino acid is preferably not an endogenous metabolite of the plant, and is selected and selected to be a mobile one in the phloem, metabolically stable in the plant (preferably having a t ½ in the plant greater than ~ 1 week) and an efficient substrate for said oxidase. The oxidation of Daminoacid by the enzyme is concomitant with the reduction of oxygen to peroxide and / or phytotoxic superoxide anions.

En una realización preferida, la enzima oxidasa se dirige hacia una localización subcelular distinta del peroxisoma. Esto se consigue, por ejemplo, modificando en gen, de forma que se delecionan o modifican tres aminoácidos C-terminales (p.ej., SKL en el caso de la D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula gracilis) y/o mediante adición de una secuencia para añadir un péptido de tránsito cloroplástico o mitocondrial al extremo N-terminal. In a preferred embodiment, the enzyme oxidase is directed to a subcellular location other than the peroxisome. This is achieved, for example, by gene modification, such that three C-terminal amino acids are deleted or modified (eg, SKL in the case of Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase) and / or by addition of a sequence for adding a mitochondrial or chloroplastic transit peptide to the N-terminus.

Otras D-aminoácido-oxidasas adecuadas se pueden obtener preferiblemente mediante fuentes de hongos, mediante procedimientos de mutación y selectivos conocidos por el experto en la materia y aumentarse mediante la presente descripción. Other suitable D-amino acid oxidases can be obtained preferably by fungal sources, by mutational and selective procedures known to the person skilled in the art and increased by the present description.

Otras enzimas D-aminoácido-oxidasas (o igualmente, fosfinotricina-racemasa) y secuencias codificadoras de ADN adecuadas para poner en práctica la invención se seleccionan entre aquellos organismos, opcionalmente sometidos a mutagénesis, en los que se encuentra que el crecimiento en un medio con N limitado, bajo condiciones en las que se induce la D-aminoácido-oxidasa (o fosfinotricina-racemasa) (por ejemplo crecimiento sobre D-alanina), dicha enzima se inhibe selectivamente en presencia de D-fosfinotricina. Los genes de D-aminoácido-oxidasa adecuados para la invención se obtienen entonces, por ejemplo, ensayando genotecas para tales organismos con sondas de ADN degeneradas adecuadas (por ejemplo basadas en el establecimiento de secuencias consenso de D-aminoácidooxidasa, como PROSITE, PS00677) y subclonando. Alternativamente, se obtienen genes que codifican enzimas adecuadas escrutando librerías de expresión génica en una célula hospedadora adecuada como E. coli o una levadura (las cepas hospedadoras adecuadas carecen de una actividad de oxidasa endógena o deshidrogenasa frente a Dfosfinotricina) para transformación en un fenotipo con sensibilidad incrementada a la inhibición del crecimiento mediante D-fosfinotricina en un medio mínimo. Este método se basa en la capacidad de los clones de E. coli transformados para producir L-PPT a partir de D-PPT a través de la acción combinada de su actividad L-transaminasa endógena y la oxidasa heteróloga. Alternativamente, se seleccionan genes adecuados y mejorados basándose en el ensayo in vitro de la enzima expresada para la capacidad deseada de oxidar D-fosfinotricina. Hay muchos métodos para ensayar directamente las actividades de las D-aminoácido-oxidasas, como los basados en la detección de peróxido (Enzyme Microb. Technol., (2000), 27(8), 605-611), empobrecimiento de oxígeno usando un electrodo de oxígeno o basado en la detección directa de amoníaco. Other D-amino acid oxidase enzymes (or likewise phosphinothricin-racemase) and DNA coding sequences suitable for practicing the invention are selected from those organisms, optionally subjected to mutagenesis, in which growth in a medium with Limited N, under conditions in which D-amino acid oxidase (or phosphinothricin-racemase) is induced (for example growth on D-alanine), said enzyme is selectively inhibited in the presence of D-phosphinothricin. The D-amino acid oxidase genes suitable for the invention are then obtained, for example, by testing libraries for such organisms with suitable degenerate DNA probes (eg based on the establishment of consensus D-amino acid oxidase sequences, such as PROSITE, PS00677) and subcloning. Alternatively, genes encoding suitable enzymes are obtained by screening gene expression libraries in a suitable host cell such as E. coli or a yeast (suitable host strains lack endogenous oxidase or dehydrogenase activity against Dphosphinotricin) for transformation into a phenotype with increased sensitivity to growth inhibition by D-phosphinothricin in minimal medium. This method is based on the ability of transformed E. coli clones to produce L-PPT from D-PPT through the combined action of their endogenous L-transaminase activity and heterologous oxidase. Alternatively, suitable and improved genes are selected based on in vitro assay of the expressed enzyme for the desired ability to oxidize D-phosphinothricin. There are many methods to directly test the activities of D-amino acid oxidases, such as those based on peroxide detection (Enzyme Microb. Technol., (2000), 27 (8), 605-611), oxygen depletion using a oxygen electrode or based on direct detection of ammonia.

En una realización de la invención, un gen DAMOX, preferiblemente derivado de hongos, se clona en un vector transportador bajo el control modulable de un promotor (p.ej., un promotor GAL) capaz de expresarse en el organismo hospedador en el que se realizará la selección (preferiblemente levadura). Este gen se somete luego a mutagénesis, por ejemplo mediante PCR envenenada con Mn2+; replicación de ADN plasmídico en una cepa que es defectiva en procesos de reparación/edición del ADN como la cepa de E. coli XL1 red; o mediante replicación del DNA plasmídico en una cepa hospedadora que se somete a mutagénesis usando, por ejemplo, rayos X, luz ulttravioleta, adición de mutágeno químico y transformación en un organismo hospedador (preferiblemente levadura). Se selecciona el ADN deseado que codifica una DAMOX con la propiedad deseada de una capacidad incrementada para oxidar D-PPT (a continuación de una etapa de selección inicial opcional para transformantes basada en marcadores seleccionables presentes en el vector transportador permitiendo, por ejemplo, la selección vía restauración de prototrofía o crecimiento en presencia de higromicina, etc.), vía, por ejemplo: In one embodiment of the invention, a DAMOX gene, preferably derived from fungi, is cloned into a transporter vector under the modulable control of a promoter (eg, a GAL promoter) capable of being expressed in the host organism in which it is will make the selection (preferably yeast). This gene is then subjected to mutagenesis, for example by Mn2 + poisoned PCR; plasmid DNA replication in a strain that is defective in DNA repair / editing processes such as the E. coli XL1 red strain; or by replication of the plasmid DNA in a host strain that undergoes mutagenesis using, for example, X-rays, ultraviolet light, addition of chemical mutagen, and transformation into a host organism (preferably yeast). The desired DNA encoding a DAMOX with the desired property of an increased ability to oxidize D-PPT is selected (following an optional initial selection step for transformants based on selectable markers present in the transporter vector, allowing, for example, selection via restoration of prototrophy or growth in the presence of hygromycin, etc.), via, for example:

a) Selección de células transformadas con capacidad de utilizar aminoácidos que son químicamente similares a Dfosfinotricina, como única fuente de nitrógeno. Por ejemplo, se seleccionan las colonias de levadura transformadas que son capaces de crecer sobre análogos de D-PPT (y sus ésteres), en los que el resto de ácido fosfónico se reemplaza con un resto carboxilato (es decir, D-glutamato), sulfonato, fosfonato, sulfona o sulfóxido (o ésteres del mismo), como única fuente de N. P. ej.: a) Selection of transformed cells with the ability to use amino acids that are chemically similar to Dphosphinothricin, as the sole source of nitrogen. For example, transformed yeast colonies that are capable of growing on D-PPT analogs (and their esters) are selected, in which the phosphonic acid residue is replaced with a carboxylate residue (i.e., D-glutamate), sulfonate, phosphonate, sulfone or sulfoxide (or esters thereof), as the sole source of NP eg:

imagen1image 1

5 5

10 10

15 fifteen

20 twenty

25 25

30 30

35 35

b) Selección de células transformadas capaces de utilizar el propio D-PPT como única fuente de N. Para que esta selección funcione, la célula hospedadora tiene que transformarse así mismo con un gen capaz de invertir el efecto inhibidor de la L-fosfinotricina sobre la glutamina-sintetasa. Por ejemplo, el vector transportador puede comprender también un gen que codifica una enzima como PAT, que inactiva L-PPT. b) Selection of transformed cells capable of using D-PPT itself as the sole source of N. For this selection to work, the host cell must also transform itself with a gene capable of reversing the inhibitory effect of L-phosphinothricin on the glutamine synthetase. For example, the transporter vector may also comprise a gene encoding an enzyme such as PAT, which inactivates L-PPT.

Los ciclos de mutación y selección se pueden repetir. Las D-aminoácido-oxidasas se pueden clonar, expresar, purificar parcialmente y caracterizarse cinéticamente a fin de identificar genes y DAMOX con las propiedades más adecuadas (p.ej., estabilidad enzimática, elevado valor kcat/km para oxidación de D-PPT, oxidación mínima de cualquier sustrato vegetal endógeno, pH óptimo, etc.). Mutation and selection cycles can be repeated. D-amino acid oxidases can be cloned, expressed, partially purified, and kinetically characterized in order to identify genes and DAMOX with the most suitable properties (eg, enzyme stability, high kcat / km value for D-PPT oxidation, minimal oxidation of any endogenous plant substrate, optimal pH, etc.).

Cuando la sustancia no fitotóxica es D-fosfinotricina (PPT), se puede obtener de una mezcla de D- y L-PPT. Por ejemplo, se puede añadir DL-PPT a un medio de cultivo (preferiblemente mínimo) de células de E. coli (opcionalmente, un mutante arg E para minimizar el nivel de fondo de actividad N-acetil-PPT-desacetilasa) transformado e inducido a expresar un gen PAT (que codifica una enzima que transfiere un grupo acetilo de acetil CoA a L-PPT), a niveles elevados. Tras dejar un tiempo adecuado para que se N-acetile sustancialmente todo el componente L- (valorado, por ejemplo, mediante monitorización de la conversión usando 31-P NMR), se recupera D-PPT y se purifica a partir del medio exento de células, usando sucesivas etapas, por ejemplo, de extracción con disolvente a pH elevado y bajo, cromatografía de intercambio de aniones y cationes, cristalización selectiva con cationes quirales como quincocina u otros procedimientos conocidos en la técnica, como extracciones líquido/líquido con dos fases acuosas no miscibles, como el sistema de fases (p.ej. métodos en la patente US 5.153.355). Típicamente, una última etapa es la cromatografía de intercambio catiónico, de la cual se recupera D-PPT en forma de sal de amonio. When the non-phytotoxic substance is D-phosphinothricin (PPT), it can be obtained from a mixture of D- and L-PPT. For example, DL-PPT can be added to a culture medium (preferably minimal) of E. coli cells (optionally, an arg E mutant to minimize background level of N-acetyl-PPT-deacetylase activity) transformed and induced to express a PAT gene (encoding an enzyme that transfers an acetyl group from acetyl CoA to L-PPT), at high levels. After allowing adequate time for substantially all of the L- component to be N-acetylated (assayed, for example, by monitoring the conversion using 31-P NMR), D-PPT is recovered and purified from the cell-free medium , using successive steps, for example, high and low pH solvent extraction, cation and anion exchange chromatography, selective crystallization with chiral cations such as quincocin, or other procedures known in the art, such as liquid / liquid extractions with two aqueous phases non-miscible, such as the phase system (eg methods in US Patent 5,153,355). Typically, a final step is cation exchange chromatography, from which D-PPT is recovered as the ammonium salt.

Alternativamente, se puede obtener D-PPT mediante un método enzimático en el que se convierte DL PPT + 2cetoglutarato primeramente en una mezcla de D PP5, 2-oxo PPT (y sus productos de descarboxilación) y GABA, mediante las acciones combinadas de (I) L-aminotransferasa (p.ej. de E. coli) y (II) glutamato-descarboxilasa. El D-PPT puro deseado se obtiene de la mezcla de reacción usando métodos conocidos en el estado de la técnica, según se esbozó anteriormente. Alternatively, D-PPT can be obtained by an enzymatic method in which DL PPT + 2-ketoglutarate is converted first to a mixture of D PP5, 2-oxo PPT (and its decarboxylation products) and GABA, by the combined actions of (I ) L-aminotransferase (eg from E. coli) and (II) glutamate decarboxylase. The desired pure D-PPT is obtained from the reaction mixture using methods known in the state of the art, as outlined above.

El D-PPT se puede obtener también usando un método enzimático en el que DL- PPT + 2-cetoglutarato + NAD se convierte primeramente en una mezcla de D-PPT, 2-oxo PPT (y sus productos de descarboxilación, NADH y amoníaco, mediante las acciones combinadas de (I) L-aminotransferasa y (II) glutamato-deshidrogenasa. El D-PPT deseado se purifica de la mezcla de reacción. D-PPT can also be obtained using an enzymatic method in which DL-PPT + 2-ketoglutarate + NAD is first converted to a mixture of D-PPT, 2-oxo PPT (and its decarboxylation products, NADH and ammonia, by the combined actions of (I) L-aminotransferase and (II) glutamate dehydrogenase The desired D-PPT is purified from the reaction mixture.

En un método adicional de obtención de D-PPT, se trata DL-PPT con una L-aminoácido-oxidasa, de forma que el aminoácido restante está en la forma D- deseada. Este D-PPT se recupera luego de la mezcla de reacción. In a further method of obtaining D-PPT, DL-PPT is treated with an L-amino acid oxidase, so that the remaining amino acid is in the desired D-form. This D-PPT is recovered after the reaction mixture.

Otro método adicional implica (I) conversión de DL-PPT en N-acetil-DL-PPT /usando anhídrido acético u otros reactivos y métodos acetilantes conocidos en la técnica) y (II) tratamiento de N-acetil DL PPT con D-amino-acilasa, de forma que sólo se desacetila el N-acetil D-PPT. El D-PPT resultante se purifica de la mezcla de reacción. Por ejemplo, el D-PPT se recupera de N-acetil-L-PPT, mediante unión a una resina de intercambio aniónico Dowex y elución con ácido fórmico 40 mM. Bajo condiciones de carga adecuadas, este ácido eluye el D-PPT, dejando el N-acetil-L-PPT unido a la columna. Still another method involves (I) converting DL-PPT to N-acetyl-DL-PPT / using acetic anhydride or other acetylating reagents and methods known in the art) and (II) treating N-acetyl DL PPT with D-amino -acylase, so that only N-acetyl D-PPT is deacetylated. The resulting D-PPT is purified from the reaction mixture. For example, D-PPT is recovered from N-acetyl-L-PPT, by binding to a Dowex anion exchange resin and elution with 40mM formic acid. Under suitable loading conditions, this acid elutes D-PPT, leaving N-acetyl-L-PPT bound to the column.

Otro método adicional implica el tratamiento de DL-PPT con L-aminoacilasa y un acilante en un disolvente no acuoso, de forma que sólo el D-PPT deseado queda en forma no acetilada. Still another method involves treating DL-PPT with L-aminoacylase and an acylate in a nonaqueous solvent, such that only the desired D-PPT is left in non-acetylated form.

Otro método adicional para preparar D-PPT puro implica la cristalización enantioselectiva de DL PPT usando una base quiral, como quincocina y adición de un cristal simiente de la base quiral con D-PPT puro. Yet another method of preparing pure D-PPT involves enantioselective crystallization of DL PPT using a chiral base, such as quincocin, and addition of a chiral base seed crystal with pure D-PPT.

Otro método adicional para preparar D-PPT puro a partir de DL-PPT es mediante cromatografía quiral directa, usando una columna base quiral. Still another method of preparing pure D-PPT from DL-PPT is by direct chiral chromatography, using a chiral base column.

En uno de los ejemplos más adelante, se proporciona un método detallado para la producción de D-PPT puro. In one of the examples below, a detailed method for the production of pure D-PPT is provided.

Las secuencias de ADN que codifican las enzimas usadas en la presente invención pueden, opcionalmente, mutarse y seleccionarse más, a fin de generar más enzimas útiles, con una utilidad mejorada. Muchas características de las enzimas pueden, por tanto, mejorarse, incluyendo la actividad catalítica (kcat/km) frente al sustrato deseado, la estabilidad frente a la temperatura y el pH óptimo. Los métodos para generar, escrutar y seleccionar tales variantes mejoradas son bien conocidos. Por ejemplo, se generan secuencias de variantes de ADN adecuadas mediante un procedimiento de mutagénesis (p.ej. haciendo pases del ADN a través de cepas bacterianas o de levaduras con replicación de ADN propensa a errores, como E. coli XL1 red, mediante mutagénesis química o PCR dirigida a oligonucleótido). En particular, tales genes se producen mediante cualquier procedimiento alternativo de mezclado de ADN o “PCR sexual” como se resume, por ejemplo en WO-0061740, páginas 28-41, todas las cuales se incluyen aquí mediante referencia. Muchos métodos son adecuados para seleccionar tales genes mejorados. Los genes se pueden expresar adecuadamente en una célula hospedadora adecuada, como E. coli o levadura, y se seleccionan para la mejora usando ensayos adecuados como, por ejemplo, los aquí descritos. The DNA sequences encoding the enzymes used in the present invention can optionally be further mutated and screened, in order to generate more useful enzymes, with improved utility. Many enzyme characteristics can therefore be improved, including catalytic activity (kcat / km) against the desired substrate, stability against temperature and optimal pH. The methods for generating, screening and selecting such improved variants are well known. For example, suitable DNA variant sequences are generated by a mutagenesis procedure (eg, passing DNA through bacterial or yeast strains with error-prone DNA replication, such as E. coli XL1 red, by mutagenesis. chemistry or oligonucleotide-directed PCR). In particular, such genes are produced by any alternative DNA mixing or "sexual PCR" method as outlined, for example in WO-0061740, pages 28-41, all of which are included herein by reference. Many methods are suitable for selecting such improved genes. Genes can be adequately expressed in a suitable host cell, such as E. coli or yeast, and are selected for improvement using suitable assays, such as those described herein.

Los genes quiméricos que codifican enzimas para uso en la invención que son capaces, solas o en combinación con otras, de convertir una sustancia no fitotóxica en una fitotóxica, pueden cada uno comprender una secuencia de ADN que codifica una de dichas enzimas unida operativamente a una región promotora en 5’, la cual, preferiblemente, dirige la expresión a las estructuras reproductivas, bien masculinas o femeninas. Esta especificidad de expresión asegura que el efecto de la enzima o enzimas expresadas se ejercerá sólo en la localización de los tejidos y células necesarios para la formación de semilla o polen viable, y no será deletéreo para la planta, más allá de su efecto sobre la fertilidad en presencia de una sustancia no fitotóxica adecuada, quizás un precursor de herbicida. Además de regiones promotoras, los genes quiméricos según la presente invención comprenden también una secuencia terminadora transcripcional en3’. Ésta es responsable de la terminación de la transcripción y de la correcta poliadenilación del ARNm. Muchas de estas secuencias terminadoras transcripcionales en 3’ se conocen en la técnica y son adecuadas para su uso en los genes quiméricos de la presente invención. En realizaciones particulares, la secuencia terminadora transcripcional en 3’ se selecciona del terminador CMV 35S, el terminador tm1, el terminador de nopalina-sintasa (nos) y el terminador rbcS EO de guisante. Chimeric genes encoding enzymes for use in the invention that are capable, alone or in combination with one another, of converting a non-phytotoxic substance to a phytotoxic, may each comprise a DNA sequence encoding one of said enzymes operably linked to a 5 'promoter region, which, preferably, directs expression to either male or female reproductive structures. This specificity of expression ensures that the effect of the enzyme or enzymes expressed will be exerted only in the location of the tissues and cells necessary for the formation of viable seed or pollen, and will not be deleterious for the plant, beyond its effect on the fertility in the presence of a suitable non-phytotoxic substance, perhaps a herbicide precursor. In addition to promoter regions, the chimeric genes according to the present invention also comprise an en3 'transcriptional terminator sequence. This is responsible for the termination of the transcription and the correct polyadenylation of the mRNA. Many of these 3 'transcriptional terminator sequences are known in the art and are suitable for use in the chimeric genes of the present invention. In particular embodiments, the 3 'transcriptional terminator sequence is selected from the CMV 35S terminator, the tm1 terminator, the nopaline synthase (nos) terminator, and the pea rbcS EO terminator.

Las regiones promotoras en 5’, adecuadas para uso en ciertas realizaciones de dichos genes quiméricos, incluyen regiones 5’ de genes que se expresan preferiblemente en tejidos florales femeninos. En ciertas realizaciones, la región promotora en 5’ se selecciona del grupo formado por el promotor stig 1 de tabaco (Goldman et al., (1994) EMBO J., 13, 2976-2984), un promotor modificado S13 (Dzellcalns et al (1993) Plant Cell, 5, 8555), el promotor AGL5 (Savidge et al. (1995) Plant Cell, 7, 721-733 y la región promotora en 5’ del gen ZAG2 específico del carpelo de maíz (Thiessen et al. (1995) Gene, 156, 155-166). Opcionalmente, se obtienen otras regiones promotoras adecuadas de regiones aguas arriba de las secuencias codificadoras del ADN genómico, correspondientes a secuencias de ADNc, que es conocido en la técnica que se expresan preferiblemente en las estructuras reproductivas femeninas. En ciertas realizaciones, tales sondas de DNAc se seleccionan del grupo que consiste en los genes de Arabidopsis Fbp7 y Fbp11 (Angenent et al., (1995) Plant Cell, 7, 1569-1582) y los ADNc específicos de orquídea O40, O108, O39, O126 y O141 (Nadeau et al., (1996) Plant Cell, 8, 213-239). En realizaciones preferidas, las regiones promotoras en 5’ que comprenden ADN genómico asociado con expresión preferencial en estructuras reproductivas femeninas, se seleccionan de regiones de ADN comprendidas en el grupo que consiste en el clon de ADN genómico pSH64, con número de acceso NRRL B21920, clon genómico pCIB10302 que hibrida con el ADNc P26-A4 con número de acceso NRRL B 21655 y el clon de ADN genómico X2-1, que hibrida con el clon de ADNc P19-QA, con número de acceso NRRL B-21919. En realizaciones particulares adicionales, estas regiones promotoras comprenden los nucleótidos 1 a 1390 de SEQ ID Nº 11, SEQ ID Nº 2 y nucleótidos 1 a 1093 de SEQ ID Nº 4 en WO 98/39462. En realizaciones adicionales se aíslan y clonan otras regiones promotoras en 5’, adecuadas para uso en los genes quiméricos de la invención, mediante métodos que son habituales para un experto en la técnica. Por ejemplo, se identifican nuevos transcritos expresados en estructuras reproductivas femeninas aislando ARN de tejidos como maíz, géneros de seda o pistilos de trigo, seguido por escrutinio diferencial usando técnicas como visualización diferencial, sustracción de ADNc seleccionado por PCR y construcción de bibliotecas de ADNc sustractivas. Se aíslan clones de ADNc que se expresan preferentemente en los tejidos femeninos y no en otras partes de la planta, como las hojas, raíces y pendones. La especificidad tisular de la expresión se confirma, opcionalmente, mediante transferencia de Northern. Los clones de ADNc se usan como sondas para el escrutinio de bibliotecas genómicas. Se obtienen regiones promotoras en 5’ y, opcionalmente regiones de ADN no traducidas en 3’, asociadas con expresión preferencial de tejidos, de los clones de ADN genómico y se usan en la construcción de genes quiméricos para expresión preferente en estructuras reproductivas femeninas. The 5 'promoter regions, suitable for use in certain embodiments of such chimeric genes, include 5' regions of genes that are preferably expressed in female flower tissues. In certain embodiments, the 5 'promoter region is selected from the group consisting of the tobacco stig 1 promoter (Goldman et al., (1994) EMBO J., 13, 2976-2984), a modified S13 promoter (Dzellcalns et al (1993) Plant Cell, 5, 8555), the AGL5 promoter (Savidge et al. (1995) Plant Cell, 7, 721-733 and the 5 'promoter region of the corn carpel-specific ZAG2 gene (Thiessen et al. (1995) Gene, 156, 155-166) Optionally, other suitable promoter regions are obtained from regions upstream of the coding sequences of genomic DNA, corresponding to cDNA sequences, which are known in the art to be preferably expressed in female reproductive structures In certain embodiments, such cDNA probes are selected from the group consisting of the Arabidopsis genes Fbp7 and Fbp11 (Angenent et al., (1995) Plant Cell, 7, 1569-1582) and the orchid-specific cDNAs O40, O108, O39, O126 and O141 (Nadeau et al., (1996) Plant Cell, 8, 213-239). Preferred ations, the 5 'promoter regions comprising genomic DNA associated with preferential expression in female reproductive structures, are selected from DNA regions comprised in the group consisting of the genomic DNA clone pSH64, with accession number NRRL B21920, clone genomic pCIB10302 that hybridizes with the P26-A4 cDNA with accession number NRRL B 21655 and the genomic DNA clone X2-1, which hybridizes with the cDNA clone P19-QA, with accession number NRRL B-21919. In additional particular embodiments, these promoter regions comprise nucleotides 1 to 1390 of SEQ ID No. 11, SEQ ID No. 2, and nucleotides 1 to 1093 of SEQ ID No. 4 in WO 98/39462. In further embodiments, other 5 'promoter regions, suitable for use in the chimeric genes of the invention, are isolated and cloned by methods that are customary to one skilled in the art. For example, new transcripts expressed in female reproductive structures are identified by isolating RNA from tissues such as corn, silk genera, or wheat pistils, followed by differential screening using techniques such as differential visualization, subtraction of selected cDNA by PCR, and construction of subtractive cDNA libraries. . CDNA clones that are preferentially expressed in female tissues and not in other parts of the plant, such as leaves, roots, and banners, are isolated. Tissue specificity of expression is optionally confirmed by Northern blotting. The cDNA clones are used as probes for screening genomic libraries. 5 'promoter regions and, optionally 3' untranslated DNA regions, associated with preferential tissue expression, are obtained from genomic DNA clones and used in the construction of chimeric genes for preferential expression in female reproductive structures.

Las regiones promotoras en 5’ adecuadas para uso en ciertas realizaciones de dichos genes quiméricos, incluyenregiones en 5’ de genes que se expresan preferentemente en estructuras florales masculinas. Éstas incluyen regiones promotoras para expresión en polen, tapete, u otras estructuras de la antera. En ciertas realizaciones, estas regiones promotoras en 5’ se seleccionan del grupo que consiste en el promotor LAT52 (Twell et al. (1989) Dev., 190, 705-713), el promotor A127 de tomate (Dotson et al., (1996) Plant J., 10, 383-393), el promotor de maíz Zmg (Hamilton et al., (1989) Sex. Plant Reprod. 2, 208-212), el promotor CDPK de maíz (Guerro et al., (1990) Mol. Gen. Genet., 224, 161168) y los promotores específicos de antera ant32 y ant43D, descritos en US 5477002, incorporada aquí como referencia en su totalidad. En ciertas realizaciones adicionales, la región promotora en 5’ se selecciona del grupo que consiste en el promotor específico del tapete CA55 de maíz (“Pea55” descrito en WO 92/13956), el promotor específico del tapete E1 de arroz (descrito en US 5.639.948), el promotor específico de la antera RA8 de arroz (número de acceso de EMBL/Genbank AF042275; Jean Js et al., (1999) PMB, 39, 35-44), el promotor específico de antera TapI (Spena et al (1992) Thero. Appl. Genet. 84, 520-527) y el promotor específico del polen ZmC5 de maíz (número de acceso de EMBL/Genebank Y13285; Wakeley et al, (1998) PMB, 37, 187-192). Opcionalmente, se obtienen regiones promotoras adicionales adecuadas a partir de regiones aguas arriba respecto a las secuencias codificadoras de ADN genómico correspondiente a secuencias de ADNc que se sabe del estado de la técnica que se expresan preferentemente en estructuras reproductivas masculinas. En ciertas realizaciones, tales sondas de ADNc se seleccionan del grupo que consiste en el gen del citocromo P450, específico del tubo de polen de la orquídea (Nadeau et al., (1996) Plant Cell, 8, 213-239), el gen Bcp1 de Arabidopsis (Xu et al (1995) P.N.A.S, 92, 2106-2110) y el gen MFS14 específico de la flor masculina de maíz (Wright S Y et al., (1993) Plant J 3, 41-49). En realizaciones adicionales, se aíslan y clonan otras regiones promotoras en 5’, adecuadas para su uso en los genes quiméricos de la invención, mediante métodos que son conocidos para el experto en la técnica. Por ejemplo, se identifican nuevos transcritos expresados en estructuras reproductivas masculinas, aislando ARN de tejidos como pendones, tubos de polen, anteras o tapete, seguido de escrutinio diferencial mediante técnicas como visualización diferencial, sustracción de ADNc seleccionado por PCR y construcción de bibliotecas de ADNc sustractivas. Se aíslan clones de ADNc que se expresan preferentemente en los tejidos masculinos y no en otras partes de la planta, como las hojas, raíces y estigma. La especificidad de tejido de la expresión se confirma, opcionalmente, mediante transferencia de Northern. Los clones de ADNc se usan como sondas para el escrutinio de bibliotecas genómicas. Se obtienen regiones promotoras en 5’ y, opcionalmente, regiones de ADN no traducidas en 3’, asociadas con expresión preferente de tejidos, de los clones de ADN genómico y se usan en la construcción de genes quiméricos para expresión preferente en estructuras reproductivas masculinas. The 5 'promoter regions suitable for use in certain embodiments of such chimeric genes include 5' regions of genes that are preferentially expressed in male flower structures. These include promoter regions for expression in pollen, mat, or other anther structures. In certain embodiments, these 5 'promoter regions are selected from the group consisting of the LAT52 promoter (Twell et al. (1989) Dev., 190, 705-713), the tomato A127 promoter (Dotson et al., ( 1996) Plant J., 10, 383-393), the Zmg maize promoter (Hamilton et al., (1989) Sex. Plant Reprod. 2, 208-212), the maize CDPK promoter (Guerro et al., (1990) Mol. Gen. Genet., 224, 161168) and the anther-specific promoters ant32 and ant43D, described in US 5477002, incorporated herein by reference in their entirety. In certain further embodiments, the 5 'promoter region is selected from the group consisting of the corn CA55 specific mat promoter ("Pea55" described in WO 92/13956), the rice E1 mat specific promoter (described in US 5,639,948), the rice-specific anther RA8 promoter (EMBL / Genbank accession number AF042275; Jean Js et al., (1999) PMB, 39, 35-44), the TapI anther-specific promoter (Spena et al (1992) Thero. Appl. Genet. 84, 520-527) and the maize ZmC5 pollen specific promoter (EMBL / Genebank accession number Y13285; Wakeley et al, (1998) PMB, 37, 187-192 ). Optionally, suitable additional promoter regions are obtained from upstream regions relative to genomic DNA coding sequences corresponding to prior art cDNA sequences that are preferentially expressed in male reproductive structures. In certain embodiments, such cDNA probes are selected from the group consisting of the cytochrome P450 gene, specific to the orchid pollen tube (Nadeau et al., (1996) Plant Cell, 8, 213-239), the gene Arabidopsis bcp1 (Xu et al (1995) PNAS, 92, 2106-2110) and the male corn flower specific MFS14 gene (Wright SY et al., (1993) Plant J 3, 41-49). In further embodiments, other 5 'promoter regions, suitable for use in the chimeric genes of the invention, are isolated and cloned by methods that are known to one skilled in the art. For example, new transcripts expressed in male reproductive structures are identified, isolating RNA from tissues such as banners, pollen tubes, anthers, or mat, followed by differential screening using techniques such as differential visualization, subtraction of cDNA selected by PCR, and construction of cDNA libraries. subtractive. CDNA clones are isolated which are preferentially expressed in male tissues and not in other parts of the plant, such as leaves, roots and stigma. The tissue specificity of the expression is optionally confirmed by Northern blot. The cDNA clones are used as probes for screening genomic libraries. 5 'promoter regions and, optionally, 3' untranslated DNA regions, associated with preferential tissue expression, are obtained from genomic DNA clones and used in the construction of chimeric genes for preferential expression in male reproductive structures.

Otras regiones promotoras útiles en los genes quiméricos de la invención incluyen las regiones aguas arriba del gen 13 de Osmads de arroz, el gen OSG de antera de arroz y el gen YY2 de arroz. Generalmente, se seleccionan como más adecuadas las regiones promotoras que producen expresión elevada, temprana, prolongada y preferente en estructuras reproductivas masculinas o femeninas. Las regiones promotoras pueden comprender también adicionalmente combinaciones quiméricas entre sí y con regiones activadoras adicionales. Other useful promoter regions in the chimeric genes of the invention include the upstream regions of the rice Osmads gene 13, the rice anther GSO gene and the rice YY2 gene. Generally, promoter regions that produce high, early, prolonged, and preferential expression in male or female reproductive structures are selected as most suitable. The promoter regions may also further comprise chimeric combinations with each other and with additional activator regions.

Los genes quiméricos pueden comprender adicionalmente una región, que precede inmediatamente a la secuencia de ADN que codifica la enzima implicada en la conversión de la sustancia no fitotóxica en fitotoxina, que codifica una secuencia peptídica capaz de dirigir dicha enzima a organelos subcelulares como el cloroplasto, peroxisoma (en un caso distinto a aquel en que la fitotoxina es un anión peróxido o superóxido) o mitocondria, y dicha proteína direccionante puede tener la secuencia de (i) un péptido de tránsito cloroplástico o (ii) una porción N-terminal de un péptido de tránsito cloroplástico de una proteína cloroplástica o péptido de tránsito cloroplástico. Esto puede ser especialmente ventajoso cuando, por ejemplo, dicha secuencia de ADN codifica una enzima D-aminoácidodeshidrogenasa, que se esperaría que funcionase mejor en un compartimento como la mitocondria o el cloroplasto que comprende una cadena de transporte de electrones de membrana o cuando, por ejemplo, la secuencia de ADN codifica una enzima que cataliza sólo una etapa parcial en la transformación global deseada y donde la reacción total requiere la combinación con metabolitos compartimentados y actividades endógenas. En particular, para dirigirse a la mitocondria, dicha región de ADN que precede inmediatamente a la secuencia de ADN que codifica la enzima, codifica una secuencia de péptido de tránsito mitocondrial. En ciertas realizaciones, la secuencia del péptido de tránsito se puede seleccionar del grupo que consiste en las secuencias del péptido de tránsito endógeno de la subunidad beta de la ATPsintasa mitocondrial de Nicotinia plumbanginifolia, isocitrato-deshidrogenasa NADP-dependiente específica de mitocondria, subunidad que se une a NADPH del complejo de la cadena respiratoria I y triptofanil-tARN-sintetasa mitocondrial de levadura (WO 6121513). The chimeric genes may additionally comprise a region, which immediately precedes the DNA sequence encoding the enzyme involved in the conversion of the non-phytotoxic substance to phytotoxin, which encodes a peptide sequence capable of directing said enzyme to subcellular organelles such as chloroplast, peroxisome (in a case other than that in which the phytotoxin is a peroxide or superoxide anion) or mitochondria, and said targeting protein can have the sequence of (i) a chloroplastic transit peptide or (ii) an N-terminal portion of a chloroplastic transit peptide of a chloroplastic protein or chloroplastic transit peptide. This may be especially advantageous when, for example, such a DNA sequence encodes a D-amino acid dehydrogenase enzyme, which would be expected to work best in a compartment such as the mitochondria or chloroplast comprising a membrane electron transport chain or when, for example, For example, the DNA sequence encodes an enzyme that catalyzes only a partial step in the desired overall transformation and where the total reaction requires combination with compartmentalized metabolites and endogenous activities. In particular, to target the mitochondria, said DNA region immediately preceding the enzyme-encoding DNA sequence encodes a mitochondrial transit peptide sequence. In certain embodiments, the sequence of the transit peptide can be selected from the group consisting of the endogenous transit peptide sequences of the beta subunit of the mitochondrial ATP synthase of Nicotinia plumbanginifolia, NADP-dependent mitochondrial isocitrate dehydrogenase, a subunit that is binds NADPH of respiratory chain I complex and yeast mitochondrial tryptophanyl-tRNA synthetase (WO 6121513).

Los polinucleótidos para uso en el presente método inventivo pueden comprender uno o más genes quiméricos que codifican enzimas que catalizan reacciones implicadas en la generación de fitotoxinas a partir de sustancias no fitotóxicas. Opcionalmente, dichos polinucleótidos comprenden genes y genes quiméricos adicionales, como un gen marcador quimérico. Un gen marcador quimérico, según se usa aquí, comprende un ADN marcador bajo el control de expresión de un promotor que es activo en células vegetales. El ADN marcador codifica un ARN, proteína o polipéptido, que, cuando se expresa en una planta, tejido vegetal o célula vegetal, permite que tal material vegetal se distinga del material vegetal que no expresa el ADN marcador. Ejemplos de tales genes marcadores son genes que proporcionan un color específico a una célula, como el gen A1 (Meyer et al., (1987) Nature 330, 667), o genes que vuelven a las células vegetales resistentes a selección con antibióticos, letal en otras circunstancias (p.ej., el gen aac(6’) que codifica resistencia a gentamicina, WO 94/01560, o genes de higromicina-transferasa, que proporcionan resistencia a higromicina), o herbicidas como glifosato (p.ej., genes EPSPS, como en los documentos US 5510471 o WO 00/66748), fenmedifam (p.ej. gen pmph US 5347047; US 5543306), bromoxinilo (p.ej. genes descritos en el documento US 4810648), sulfonilureas (p.ej., genes descritos en EP 0360750), dalapon (genes descritos en WO 99/48023), cianamida (genes descritos en WO 98/48023; WO 98/56238) y genes que codifican resistencia a inhibidores de glutaminasintetasa, como L-fosfinotricina (como, por ejemplo, los genes de N-acetil-transferasa descritos en EP 0242246, EP 0242246 Y EP 0257542). En una realización preferida del polinucleótido de la presente invención, que comprende un gen de resistencia a herbicida como gen marcador, dicho herbicida es un herbicida que es útil para el control de las malas hierbas en el cultivo y, adicionalmente, el gen de resistencia a herbicida se expresa suficientemente para proporcionar una fuerte tolerancia a las proporciones de dicho herbicida en el terreno. En una realización adicional preferida de la invención, el herbicida es glifosato y el gen de resistencia a herbicida es una EPSP-sintasa. Sin embargo, el gen marcador puede ser un gen que proporciona selección positiva en la que el gen marcador codifica una enzima que proporciona una ventaja metabólica positiva a las células vegetales transformadas, en el contexto de un medio particular. El documento US 5767378 describe diversos sistemas y genes de selección positiva adecuados. The polynucleotides for use in the present inventive method may comprise one or more chimeric genes encoding enzymes that catalyze reactions involved in the generation of phytotoxins from non-phytotoxic substances. Optionally, said polynucleotides comprise additional chimeric genes and genes, such as a chimeric marker gene. A chimeric marker gene, as used herein, comprises a marker DNA under the control of expression of a promoter that is active in plant cells. The marker DNA encodes an RNA, protein, or polypeptide, which, when expressed in a plant, plant tissue, or plant cell, allows such plant material to be distinguished from plant material that does not express the marker DNA. Examples of such marker genes are genes that provide a specific color to a cell, such as the A1 gene (Meyer et al., (1987) Nature 330, 667), or genes that render plant cells resistant to antibiotic selection, lethal. in other circumstances (eg, the aac (6 ') gene encoding resistance to gentamicin, WO 94/01560, or hygromycin transferase genes, which provide resistance to hygromycin), or herbicides such as glyphosate (eg. , EPSPS genes, such as in US 5510471 or WO 00/66748), fenmedifam (eg pmph gene US 5347047; US 5543306), bromoxynil (eg genes described in US 4810648), sulfonylureas (p eg, genes described in EP 0360750), dalapon (genes described in WO 99/48023), cyanamide (genes described in WO 98/48023; WO 98/56238), and genes encoding resistance to glutamine synthase inhibitors, such as L- phosphinothricin (such as, for example, the N-acetyl transferase genes described in EP 0242246, EP 0242246, and EP 0257542). In a preferred embodiment of the polynucleotide of the present invention, which comprises a herbicide resistance gene as a marker gene, said herbicide is a herbicide that is useful for the control of weeds in the crop and, additionally, the resistance gene to Herbicide is sufficiently expressed to provide a strong tolerance to the proportions of said herbicide in the field. In a further preferred embodiment of the invention, the herbicide is glyphosate and the herbicide resistance gene is EPSP synthase. However, the marker gene may be a gene that provides positive selection in which the marker gene encodes an enzyme that provides a positive metabolic advantage to transformed plant cells, in the context of a particular medium. US 5767378 describes various suitable positive selection genes and systems.

Cuando el polinucleótido de la presente invención comprende un gen de resistencia a herbicida, el herbicida se aplica exógenamente a plantas cultivadas, que se plantan intercaladamente a una densidad suficiente para eliminar la producción de semilla no híbrida que se origina de plantas parentales auto-fértiles. En una realización preferida, el herbicida es glifosato o una de sus sales agronómicamente útiles, y dicho gen marcador de resistencia a herbicida se selecciona entre aquellos genes que confieren resistencia a herbicida descritos en WO 00/66748. When the polynucleotide of the present invention comprises a herbicide resistance gene, the herbicide is applied exogenously to cultivated plants, which are interleaved at a density sufficient to eliminate non-hybrid seed production originating from self-fertile parent plants. In a preferred embodiment, the herbicide is glyphosate or one of its agronomically useful salts, and said herbicide resistance marker gene is selected from those genes that confer herbicide resistance described in WO 00/66748.

Cuando un gen marcador está presente, también se pueden proporcionar medios para la eliminación de dicho gen marcador. Esto es deseable cuando, por ejemplo, se decide combinar rasgos. Además, también es deseable eliminar genes de resistencia a herbicidas que podrían interferir con el funcionamiento del mecanismo de fertilidad condicional dependiente de precursor de herbicida de la presente invención. Por ejemplo, podría ser deseable eliminar un gen marcador de resistencia al herbicida N-acetil transferasa (PAT) de un polinucleótido que comprende también un gen quimérico, útil para proporcionar esterilidad masculina o femenina condicional, dependiente de la aplicación exógena del precursor de herbicida D-fosfinotricina. La presencia del gen PAT podría interferir potencialmente con la esterilidad condicional exitosa, inactivando la fitotoxina L-fosfinotricina. Por tanto, los polinucleótidos que comprenden genes marcadores pueden comprender opcionalmente sitios de reconocimiento específicos para recombinasas específicas en posiciones que flanquean el gen marcador y que permiten eliminar la secuencia. El cruzamiento de una planta que lleva el gen marcador flanqueado de esa forma con una planta que lleva un gen marcador que codifica la recombinasa específica correspondiente, produce una progenie de plantas de las que se escinde específicamente el marcador. Ejemplos de tales sistemas de recombinación homóloga específicos de sitio son el sistema flp/frt (Lyznik et al., (1996), Nucleic Acids Res. 24, 3784-3789) y el sistema Cre/Lox (Bayley, C.C. et al., (1992) PMB, 18, 353-361). When a marker gene is present, means can also be provided for the removal of said marker gene. This is desirable when, for example, you decide to combine traits. Furthermore, it is also desirable to eliminate herbicide resistance genes that could interfere with the operation of the herbicide precursor dependent conditional fertility mechanism of the present invention. For example, it might be desirable to remove an N-acetyl transferase (PAT) herbicide resistance marker gene from a polynucleotide that also comprises a chimeric gene, useful for providing conditional male or female sterility, dependent on exogenous application of herbicide precursor D -phosphinothricin. The presence of the PAT gene could potentially interfere with successful conditional sterility, inactivating the L-phosphinothricin phytotoxin. Thus, polynucleotides comprising marker genes may optionally comprise specific recognition sites for specific recombinases at positions flanking the marker gene and allowing the sequence to be removed. Crossing a plant carrying the marker gene thus flanked with a plant bearing a marker gene encoding the corresponding specific recombinase produces a progeny of plants from which the marker is specifically cleaved. Examples of such site-specific homologous recombination systems are the flp / frt system (Lyznik et al., (1996), Nucleic Acids Res. 24, 3784-3789) and the Cre / Lox system (Bayley, CC et al., (1992) PMB, 18, 353-361).

Los polinucleótidos usados en el presente método inventivo pueden comprender opcionalmente uno o más activadores de la traducción, localizados en las regiones no traducidas en 5’ de las regiones codificadoras de proteínas. El experto en la técnica es conocedor de la identidad de tales activadores de traducción adecuados, como las secuencias cebadoras Omega y Omega prima derivadas de TMV y las derivadas del virus del grabado del tabaco, y de cómo se pueden introducir dichos activadores de la traducción en el polinucleótido, para proporcionar el resultado deseado de expresión incrementada de proteínas. The polynucleotides used in the present inventive method may optionally comprise one or more translation activators, located in the 5 'untranslated regions of the protein coding regions. The person skilled in the art is aware of the identity of such suitable translation activators, such as the Omega and Omega prime primer sequences derived from TMV and those derived from the tobacco engraving virus, and how such translation activators can be introduced into the polynucleotide, to provide the desired result of increased protein expression.

Ejemplos adicionales incluyen activadores de la traducción derivados del virus del moteado clorótico del maíz y del virus del mosaico de la alfalfa (Gallie et al., (1987) Nucl. Acids Res., 15, 8693-8711; Skuzeski et al., (1990) PMB., 15, 65-79). Para optimizar adicionalmente la expresión de proteínas a partir de genes quiméricos y de genes marcadores quiméricos, dichos polinucleótidos pueden comprender adicionalmente elementos como activadores, regiones de unión a estructura (SAR o MARS) e intrones. Se ha demostrado que varias secuencias de intrones, como el intrón adh 1 de maíz, activan la expresión cuando se incluyen en la región no traducida en 5’ de los genes y, opcionalmente, se usan en los genes quiméricos de la presente invención. Additional examples include translational activators derived from corn chlorotic mottle virus and alfalfa mosaic virus (Gallie et al., (1987) Nucl. Acids Res., 15, 8693-8711; Skuzeski et al., ( 1990) PMB., 15, 65-79). To further optimize protein expression from chimeric genes and chimeric marker genes, said polynucleotides may further comprise elements such as activators, framework binding regions (SAR or MARS), and introns. Various intron sequences, such as the maize adh 1 intron, have been shown to activate expression when included in the 5 'untranslated region of genes and optionally used in the chimeric genes of the present invention.

Las plantas que se han transformados según la invención para presentar las características de esterilidad masculina/femenina deseadas, se pueden haber transformado también con un polinucleótido que comprende regiones que codifican proteínas capaces de conferir al material vegetal que las contiene, al menos una de las siguientes características agronómicamente deseables: resistencia a insectos, hongos, virus, bacterias, nemátodos, estrés, desecación y herbicidas. Plants that have been transformed according to the invention to exhibit the desired male / female sterility characteristics may also have been transformed with a polynucleotide comprising protein-coding regions capable of conferring on the plant material containing them, at least one of the following agronomically desirable characteristics: resistance to insects, fungi, viruses, bacteria, nematodes, stress, desiccation and herbicides.

Los genes que confieren resistencia a herbicidas se pueden seleccionar, por ejemplo, del grupo que codifica las siguientes proteínas: glifosato-oxidasa (GOX), EPSP-sintasa, fosfinotricina-acetil-transferasa (PAT), hidroxifenil-piruvatodioxigenasa (HPPD), glutatión-S-transferasa (GST), citocromo P450, acetil-CoA-carboxilasa (ACCasa), acetolactatosintasa (ALS), protoporfirinógeno-oxidasa (PPG), dihidropteroato-sintasa, proteínas de transporte de poliaminas, superóxido-dismutasa (SOD), bromoxinil-nitrilasa, fitoeno-desaturasa (PDS), el producto del gen tfdA obtenible de Alcaligenes eutrophus, y variantes conocidas, mutagenizadas o modificadas de otras formas, de dichas proteínas. El experto en la técnica reconocerá la necesidad de elegir tales genes, y los promotores que dirigen su expresión, cuidadosamente, teniendo en cuenta la naturaleza de la enzima utilizada para convertir la sustancia no fitotóxica. En caso de que el polinucleótido proporcione resistencia a múltiples herbicidas, tales herbicidas se pueden seleccionar del grupo que consiste en un herbicida de tipo dinitroanilina, triazolo-pirimidinas, uracilo, fenilurea, tricetona, un ixoxazol, acetanilida, oxadiazol, triazinona, sulfonanilida, amida, anilida, isoxaflutol, fluorocloridona, norflurazón y triazolinona y el herbicida post-emergencia se selecciona del grupo que consiste en glifosato y sus sales, glufosinato, asulam, bentazón, bialafos, bromacilo, setoxidim u otra ciclohexanodiona, dicamba, fosamina, flupoxam, fenoxi-propionato, quizalofop u otro ariloxi-fenoxi-propanoato, picloram, fluormetrón, butafenacilo, atrazina u otra triazina, metribuzina, clorimurón, clorosulfurón, flumetsulam, halosulfurón, sulfometrón, imazaquina, imazetrapir, isoxabén, imazamox, metosulam, piritrobac, rimsulfurón, bensulfurón, nicsulfurón, fomesafén, fluroglicofén, KIH9201, ET751, carfentrazona, mesotriona, sulcotriona, paraquat, diquat, bromoxinilo y fenoxaprop. Genes that confer resistance to herbicides can be selected, for example, from the group encoding the following proteins: glyphosate oxidase (GOX), EPSP synthase, phosphinothricin acetyltransferase (PAT), hydroxyphenyl-pyruvatodioxygenase (HPPD), glutathione -S-transferase (GST), cytochrome P450, acetyl-CoA-carboxylase (ACCase), acetolactatosintase (ALS), protoporphyrinogen oxidase (PPG), dihydropteroate synthase, polyamine transport proteins, superoxide dismutase (SOD), bromoxynil -nitrilase, phytoene desaturase (PDS), the product of the tfdA gene obtainable from Alcaligenes eutrophus, and known variants, mutagenized or modified in other ways, of said proteins. The person skilled in the art will recognize the need to choose such genes, and the promoters that direct their expression, carefully, taking into account the nature of the enzyme used to convert the non-phytotoxic substance. In case the polynucleotide provides resistance to multiple herbicides, such herbicides can be selected from the group consisting of a dinitroaniline, triazolo-pyrimidine, herbicide, uracil, phenylurea, tricetone, an ixoxazole, acetanilide, oxadiazole, triazinone, sulfonanilide, , anilide, isoxaflutol, fluorochloridone, norflurazon and triazolinone, and the post-emergence herbicide is selected from the group consisting of glyphosate and its salts, glufosinate, asulam, bentazon, bialaphos, bromacil, setoxidim, or other cyclohexanedione, dicamba, fosamine, flupoxy -propionate, quizalofop or other aryloxy-phenoxy-propanoate, picloram, fluormetron, butafenacil, atrazine or other triazine, metribuzin, chlorimuron, chlorosulfuron, flumetsulam, halosulfuron, sulfometron, imazaquine, imazetrapir, isoxaben, imazam, , nicsulfuron, fomesaphene, fluroglycophen, KIH9201, ET751, carfentrazone, mesotrione, sulcotrione, paraquat, diquat, b romoxynil and fenoxaprop.

En el caso de que el polinucleótido comprenda secuencias que codifiquen proteínas insecticidas, estas proteínas se pueden seleccionar del grupo que consiste en toxinas cristalinas derivadas de Bt, incluyendo toxinas Bt secretadas, como aquellas conocidas como “VIP”, inhibidores de proteasa, lectinas y toxinas de Xenhorabdus/Photorhabdus. Los genes que confieren resistencia a hongos pueden seleccionarse del grupo que consiste en los que codifican AFPs, defensinas, quitinasas, glucasasas y Avr-Cf9 conocidas. CryIAc, cryIAb, cry3A, Vip 1ª, Vip 1B, Vip 3ª, Vip 3B, inhibidores de cisteína-proteasa y lectinas en copo de nieve son proteínas insecticidas particularmente preferidas. En el caso de que el polinucleótido comprenda genes que confieren resistencia a bacterias, éstos se pueden seleccionar del grupo formado por aquellos que codifican cecropinas y tequiplesina y sus análogos. Los genes que confieren resistencia a virus se pueden seleccionar del grupo que consiste en aquellos que codifican proteínas de la envuelta, proteínas de movimiento, replicasas virales y secuencias antisentido y de ribozima virales, que se sabe que proporcionan resistencia a virus, mientras que los genes que confieren resistencia al estrés, sal y sequía se pueden seleccionar de aquéllos que codifican Glutatión-S-transferasa y peroxidada, la secuencia que constituye la secuencia reguladora CBF1 y genes que se sabe que permiten la acumulación de trehalosa. In the event that the polynucleotide comprises sequences encoding insecticidal proteins, these proteins can be selected from the group consisting of crystalline Bt-derived toxins, including secreted Bt toxins, such as those known as "VIPs", protease inhibitors, lectins, and toxins from Xenhorabdus / Photorhabdus. Genes that confer resistance to fungi can be selected from the group consisting of those encoding known AFPs, defensins, chitinases, glucases, and Avr-Cf9. CryIAc, cryIAb, cry3A, Vip 1a, Vip 1B, Vip 3a, Vip 3B, cysteine protease inhibitors and snowflake lectins are particularly preferred insecticidal proteins. In the event that the polynucleotide comprises genes that confer resistance to bacteria, these can be selected from the group consisting of those that encode cecropins and tequiplesin and their analogues. Genes that confer virus resistance can be selected from the group consisting of those that encode envelope proteins, motion proteins, viral replicases, and viral antisense and ribozyme sequences, which are known to provide resistance to viruses, while genes that confer resistance to stress, salt and drought can be selected from those that encode Glutathione-S-transferase and peroxidase, the sequence that constitutes the regulatory sequence CBF1 and genes known to allow the accumulation of trehalose.

Los polinucleótidos usados según la presente invención se pueden haber modificado para activar la expresión de las secuencias codificadoras de proteínas comprendidas por los mismos, de forma que los motivos y/o regiones de escisión fortuitas de inestabilidad del ARNm se pueden haber eliminado, o los codones preferidos del cultivo se pueden haber usado de forma que la expresión del polinucleótido así modificado en una planta, produzca una proteína sustancialmente similar que tenga una actividad/función sustancialmente similar a la obtenida mediante la expresión de las regiones codificadoras de la proteína del polinucleótido sin modificar, en el organismo en el que tales regiones del polinucleótido sin modificar son endógenas. El grado de identidad entre el polinucleótido modificado y un polinucleótido contenido endógenamente en dicha planta y que codifica sustancialmente la misma proteína, puede ser tal que evite la cosupresión entre las secuencias modificada y endógena. En este caso, el grado de identidad entre las secuencias debería de ser preferiblemente inferior a aproximadamente el 70%. Además, la secuencia alrededor de una posición de inicio de la traducción, se puede modificar de forma que sea “ preferida por Kozack”. Lo que significa esto es bien conocido por el experto en la técnica. The polynucleotides used according to the present invention may have been modified to activate the expression of the protein coding sequences comprised by them, so that the motifs and / or fortuitous cleavage regions of mRNA instability may have been removed, or the codons Culture preferred may have been used such that expression of the thus modified polynucleotide in a plant produces a substantially similar protein having activity / function substantially similar to that obtained by expression of the coding regions of the unmodified polynucleotide protein. , in the organism in which such regions of the unmodified polynucleotide are endogenous. The degree of identity between the modified polynucleotide and a polynucleotide endogenously contained in said plant and encoding substantially the same protein, may be such as to avoid cosuppression between the modified and endogenous sequences. In this case, the degree of identity between the sequences should preferably be less than about 70%. Furthermore, the sequence around a translation start position can be modified to be "Kozack preferred". What this means is well known to the person skilled in the art.

La invención incluye también plantas completas condicionalmente fértiles, morfológicamente normales, que resultan del cruzamiento de plantas que se han regenerado a partir de material que se ha transformado con el ácido nucleico según la presente invención y que, por tanto, proporciona tal rasgo. La invención incluye así mismo la progenie de las plantas resultantes, sus semillas y partes. The invention also includes conditionally fertile, morphologically normal complete plants resulting from the crossing of plants that have regenerated from material that has been transformed with the nucleic acid according to the present invention and, therefore, provides such a trait. The invention likewise includes the progeny of the resulting plants, their seeds and parts.

Las plantas de la invención se pueden seleccionar del grupo que consiste en productos de cultivo, frutas y vegetales, tales como colza, girasol, tabaco, remolacha azucarera, algodón, maíz, trigo, cebada, arroz, sorgo, remolacha forrajera, tomate, mango, melocotón, manzana, pera, fresas, plátano, melón, patata, zanahoria, lechuga, col, cebolla, especies de soja, caña de azúcar, caña de azúcar, guisantes, habas pequeñas, álamos, uvas, cítricos, alfalfa, centeno, avena, césped y pastos de forraje, aceite de lino y semillas y plantas productoras de frutos secos, siempre que no se hayan mencionado específicamente, su progenie, semillas y partes. The plants of the invention can be selected from the group consisting of crop products, fruits and vegetables, such as rape, sunflower, tobacco, sugar beet, cotton, corn, wheat, barley, rice, sorghum, fodder beet, tomato, mango , peach, apple, pear, strawberry, banana, melon, potato, carrot, lettuce, cabbage, onion, soybean, sugarcane, sugarcane, pea, small bean, poplar, grape, citrus, alfalfa, rye, oats, grass and forage grasses, flax oil and nuts-producing seeds and plants, provided that their progeny, seeds and parts are not specifically mentioned.

Tales plantas específicamente preferidas incluyen trigo, cebada, avena, arroz, maíz, mijo y sorgo. Such specifically preferred plants include wheat, barley, oats, rice, corn, millet, and sorghum.

La invención proporciona también un método preferido de producción de semilla de trigo híbrido, que comprende las etapas de: The invention also provides a preferred method of producing hybrid wheat seed, comprising the steps of:

(i)(i)
transformar material vegetal con un polinucleótido o vector que comprende un gen que confiere esterilidad masculina condicional, tras la aplicación exógena de un precursor de herbicida u otra sustancia no fitotóxica;  transforming plant material with a polynucleotide or vector comprising a gene that confers conditional male sterility, upon exogenous application of a herbicide precursor or other non-phytotoxic substance;

(ii)(ii)
seleccionar el material así transformado; y  select the material thus transformed; and

(iii) regenerar el material así seleccionado en plantas completas condicionalmente masculino-estériles, morfológicamente normales; (iii) regenerate the material so selected in conditionally male-sterile, morphologically normal complete plants;

(iv)(iv)
obtener una línea parental femenina, condicionalmente masculino-estéril, homozigótica;  obtain a feminine, conditionally masculine-sterile, homozygous parental line;

(v)(v)
transformar el material vegetal con un polinucleótido o vector que comprende un gen que confiere esterilidad femenina condicional, tras la aplicación exógena del mismo precursor de herbicida o sustancia no fitotóxica que en (i);  transforming the plant material with a polynucleotide or vector comprising a gene that confers conditional female sterility, after exogenous application of the same herbicide precursor or non-phytotoxic substance as in (i);

(vi)(saw)
seleccionar el material así transferido; y  select the material thus transferred; and

(vii) regenerar el material así seleccionado en plantas completas condicionalmente femenino-esteríles, morfológicamente normales (vii) regenerate the material thus selected in conditionally female-sterile, morphologically normal complete plants

(viii) obtener una línea parental masculina, condicionalmente femenino-estéril, homozigótica; (viii) obtain a male parental line, conditionally female-sterile, homozygous;

(ix) (ix)
plantar intercaladamente dichas líneas parentales masculina y femenina, condicionalmente estériles en una proporción tal que asegure la polinización eficiente; intercropping said male and female parental lines, conditionally sterile in such a proportion as to ensure efficient pollination;

(x)(x)
aplicar dicho precursor de herbicida u otra sustancia no fitotóxica a las líneas progenitoras plantadas intercaladamente, en una dosis y en una etapa del desarrollo tal que se minimice la autofertilización;  applying said herbicide precursor or other non-phytotoxic substance to the intercropped planted parent lines, in a dose and at a stage of development such that self-fertilization is minimized;

(xi)(xi)
Cosechar semilla de trigo híbrido de las plantas progenitoras plantadas intercaladamente.  Harvest hybrid wheat seed from intercropped parent plants.

La presente invención proporciona así mismo variantes del método anterior, en las que el progenitor masculino es femenino-estéril por cualquier método, el progenitor femenino es masculino-estéril por cualquier método, las líneas parentales masculina y femenina son condicionalmente estériles, dependiendo de la aplicación de sendos precursores de herbicidas distintos, aplicándose ambos, y el cultivo es diferente de trigo. The present invention likewise provides variants of the above method, in which the male parent is female-sterile by any method, the female parent is male-sterile by any method, the male and female parent lines are conditionally sterile, depending on the application of two different herbicide precursors, both being applied, and the crop is different from wheat.

Respecto a la transformación del material vegetal, los expertos en la materia reconocerán que, aunque se especifiquen en los ejemplos más adelante tipos particulares de material diana (p.ej. cultivo en suspensión de células embriogénicas Regarding the transformation of plant material, those skilled in the art will recognize that, although specific types of target material (eg suspension culture of embryogenic cells) are specified in the examples below.

o embriones inmaduros que se están desdiferenciando) y métodos particulares de transformación (p.ej. usando Agrobacterium o bombardeo de partículas), la presente invención no está limitada a estas realizaciones particulares y tales materiales diana, y los métodos se pueden usar de forma intercambiable. Además, el término “células vegetales”, según se usa a lo largo de la descripción de la invención, se puede referir a células aisladas, incluyendo cultivos en suspensión, así como a células en tejidos intactos o parcialmente intactos, como embriones, escutelo, microspora, embrión derivado de la microspora o células somáticas de órganos vegetales. De forma similar, aunque los ejemplos específicos se limitan a maíz y trigo, la invención es igualmente aplicable a un amplio rango de cultivos agrícolas que se pueden transformar usando métodos adecuados de transformación de células vegetales. or immature embryos that are being dedifferentiated) and particular transformation methods (eg using Agrobacterium or particle bombardment), the present invention is not limited to these particular embodiments and such target materials, and the methods can be used interchangeably . Furthermore, the term "plant cells", as used throughout the description of the invention, can refer to isolated cells, including suspension cultures, as well as to cells in intact or partially intact tissues, such as embryos, escutello, microspore, embryo derived from the microspore or somatic cells of plant organs. Similarly, although the specific examples are limited to corn and wheat, the invention is equally applicable to a wide range of agricultural crops that can be transformed using suitable plant cell transformation methods.

La presente invención estará más clara a partir de los siguientes ejemplos no limitativos, tomados junto con el listado de secuencias y los dibujos asociados. The present invention will become clearer from the following non-limiting examples, taken in conjunction with the sequence listing and associated drawings.

SEQ ID Nº: 5 y 6 representan los cebadores de PCR usados para obtener la región promotora TA29 SEQ ID NOS: 5 and 6 represent the PCR primers used to obtain the TA29 promoter region

SEQ ID Nº: 7 representa una secuencia de ADN, aislada de Rhodotorula gracilis, que codifica una enzima con actividad de D-aminoácido-oxidasa. SEQ ID NO: 7 represents a DNA sequence, isolated from Rhodotorula gracilis, that encodes an enzyme with D-amino acid oxidase activity.

SEQ ID Nº: 8 y 9 representan oligos degenerados usados para proporcionar una variante de D-amino-oxidasa. SEQ ID NOS: 8 and 9 represent degenerate oligos used to provide a variant of D-amino oxidase.

SEQ ID Nº: 10 y 11 representan motivos en los que aminoácidos alternativos se pueden sustituir a fin de proporcionar variantes de D-aminoácido-oxidasas. SEQ ID NOS: 10 and 11 represent motifs in which alternative amino acids can be substituted to provide D-amino acid oxidase variants.

La Figura 1 es una representación esquemática de una construcción para la transformación de tabaco, que tiene Rhodotorula D-aminoácido-oxidasa bajo el control modulable de la región promotora stig 1. Los componentes indicados son LB (secuencia del límite izquierdo), AOPRE1 (promotor AoPR1, PSTIG1 (nº de acceso de EMBL X77823), RGDAO (OPT) (SEQ ID Nº: 7), PROMOTOR PC (nº de acceso de EMBL X16072), PAT (nº de acceso de EMBL A02774), NOS (terminador nos obtenido del nº de acceso de EMBL atu237588) y RB (secuencia del límite derecho). Figure 1 is a schematic representation of a construct for tobacco transformation, which has Rhodotorula D-amino acid oxidase under the modulable control of the stig 1 promoter region. The components indicated are LB (left border sequence), AOPRE1 (promoter AoPR1, PSTIG1 (EMBL access number X77823), RGDAO (OPT) (SEQ ID No.: 7), PC PROMOTER (EMBL access number X16072), PAT (EMBL access number A02774), NOS (terminator we obtained EMBL access number atu237588) and RB (right limit sequence).

La figura 2 es una representación esquemática de una construcción para la transformación de tabaco, en la que una secuencia codificadora de D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula se trunca mediante 3 codones en el extremo 3’, y en el extremo 5’ (RGDAO(OPT)-SKL) se fusiona a una región que codifica un péptido de tránsito optimizado (FR2673643). Figure 2 is a schematic representation of a construct for tobacco transformation, in which a Rhodotorula D-amino acid oxidase coding sequence is truncated by 3 codons at the 3 'end, and at the 5' end (RGDAO ( OPT) -SKL) fuses to a region encoding an optimized transit peptide (FR2673643).

Los métodos de biología molecular general se realizan según métodos bien establecidos. General molecular biology methods are performed according to well-established methods.

En su mayor parte, los siguientes ejemplos comprenden cada uno ejemplificaciones múltiples de la presente invención. Cuando se usa el término “región promotora de un gen”, se considera que éste denomina secuencias de ADN que comprenden el promotor, secuencias aguas arriba del promotor, y también, opcionalmente, toda o parte de la secuencia de ADN que codifica la región líder no traducida en 5’ del ARNm. For the most part, the following examples each comprise multiple exemplifications of the present invention. When the term "promoter region of a gene" is used, this is considered to refer to DNA sequences comprising the promoter, sequences upstream of the promoter, and also, optionally, all or part of the DNA sequence encoding the leader region. 5'-untranslated mRNA.

Ejemplo 1. Plantas de tabaco que son condicionalmente femenino-estériles, dependientes de la aplicación exógena de D-fosfinotricina o D-alanina o D-leucina o D-metionina o D-asparragina o D-aspartato o D-glutamato Example 1. Tobacco plants that are conditionally feminine-sterile, dependent on the exogenous application of D-phosphinothricin or D-alanine or D-leucine or D-methionine or D-asparagine or D-aspartate or D-glutamate

La secuencia de ADN que codifica la secuencia de la proteína D-aminoácido-oxidasa Q99042 (Swissprot) comprendida en la secuencia EMBL Z50019 se obtiene, bien mediante RT-PCR a partir de ARNm de Trigonopsis variabilis, o se obtiene sintéticamente. Alternativamente, la secuencia de ADN que codifica la secuencia de la proteína D-aminoácidooxidasa P80324 (Swissprot) incluida en la secuencia de EMBL A56901, se obtiene, bien mediante RT-PCR del ARNm de Rhodosporidium toruloides (Rhodotorula gracilis) o se obtiene sintéticamente (lo que hace más fácil controlar qué sitios internos de enzimas de restricción están presentes y crear sitios flanqueantes para facilitar la clonación) como por ejemplo SEQ ID Nº 7, que se diseña teniendo en cuenta el uso del codón de la planta (en este caso trigo), y para minimizar las características del ADN potencialmente desfavorables para la expresión. Alternativamente, la secuencia de ADN (p.ej. derivada de la de nº de acceso de EMBL X95310) codifica una “D-aspartato-oxidasa” como P31228 (Swiss Prot) y, de nuevo, se sintetiza teniendo en cuenta el uso del codón de la planta y para minimizar las características desfavorables para la expresión. Alternativamente, las secuencias codificadoras de D-aminoácidooxidasa obtenidas son las mismas que en el ejemplo 2. Las secuencias flanqueantes del cebador de PCR y las secuencias de ADN sintéticas se diseñan para establecer sitios de restricción únicos útiles para la clonación. Preferiblemente, y en el caso en que la secuencia codificadora de oxidasa no contenga sitios internos confusos, se coloca un sitio Nco1 o Nde 1 en el extremo 5’, para facilitar la clonación de fusiones internas al marco de lectura con secuencias añadidas al ORF en 5’ , como secuencias codificadoras del péptido de tránsito cloroplástico. En algunas variantes del ejemplo, el gen de la D-aminoácido-oxidasa (denominada en algunas variantes “D-aspartato-oxidasa”) se clona de tal forma que los aminoácidos 3’ terminales se truncan y la enzima codificada, por tanto, ya no es dirigida al peroxisoma. En una serie adicional de variantes del método, el gen se obtiene mediante ingeniería genética por PCR, para codificar la D-aminoácido óxidasa de Rhodotorula gracilis con aminoácidos alternativos en posiciones 213 y 238 y, en particular con una arginina, serina, cisteína, lisina, asparragina o alanina reemplazando la metionina en posición 213 y/o una histidina, serina, cisteína, asparragina o alanina reemplazando la tirosina en posición 238. La metionina en posición “213” se identifica como M en el motivo de la secuencia de la proteína nativa RCTMDSS. La tirosina en posición 238 se identifica como “Y” en el motivo de la secuencia de la proteína nativa GGTYGVG. Estas variantes de la D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula o la “D-aspartato-oxidasa”, se usan cuando la esterilidad femenina se tiene que hacer condicional tras la aplicación de D-aspartato, D-glutamato o D-fosfinotricina. The DNA sequence encoding the D99 amino acid oxidase protein sequence Q99042 (Swissprot) comprised in the EMBL Z50019 sequence is obtained either by RT-PCR from Trigonopsis variabilis mRNA, or obtained synthetically. Alternatively, the DNA sequence encoding the P80324 D-amino acid oxidase protein sequence (Swissprot) included in the EMBL A56901 sequence, is obtained either by RT-PCR from Rhodosporidium toruloides (Rhodotorula gracilis) mRNA or synthetically obtained ( which makes it easier to control which internal restriction enzyme sites are present and to create flanking sites to facilitate cloning) such as SEQ ID No. 7, which is designed with the use of the plant codon in mind (in this case wheat ), and to minimize DNA characteristics potentially unfavorable for expression. Alternatively, the DNA sequence (eg derived from EMBL accession number X95310) encodes a "D-aspartate oxidase" as P31228 (Swiss Prot) and, again, is synthesized taking into account the use of the codon of the plant and to minimize the unfavorable characteristics for expression. Alternatively, the D-amino acid oxidase coding sequences obtained are the same as in Example 2. The flanking sequences of the PCR primer and the synthetic DNA sequences are designed to establish unique restriction sites useful for cloning. Preferably, in the case where the oxidase coding sequence does not contain confusing internal sites, an Nco1 or Nde 1 site is placed at the 5 'end, to facilitate the cloning of internal fusions to the reading frame with sequences added to the ORF in 5 ', as coding sequences for the chloroplastic transit peptide. In some variants of the example, the D-amino acid oxidase gene (called in some variants "D-aspartate oxidase") is cloned in such a way that the 3'-terminal amino acids are truncated and the enzyme, therefore, already it is not directed at the peroxisome. In a further series of variants of the method, the gene is obtained by genetic engineering by PCR, to encode Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase with alternative amino acids at positions 213 and 238 and, in particular, with an arginine, serine, cysteine, lysine , asparagine or alanine replacing methionine at position 213 and / or a histidine, serine, cysteine, asparagine or alanine replacing tyrosine at position 238. Methionine at position "213" is identified as M in the protein sequence motif native RCTMDSS. Tyrosine at position 238 is identified as "Y" in the motif of the native GGTYGVG protein sequence. These variants of Rhodotorula D-amino acid oxidase or "D-aspartate oxidase" are used when female sterility has to be made conditional upon application of D-aspartate, D-glutamate or D-phosphinothricin.

Se pueden colocar sitios de restricción aguas arriba de los intrones del sitio de inicio de la traducción ATG, que concuerden con las secuencias consenso de traducción de la planta, como aquéllas según Kozak. Restriction sites can be placed upstream of the introns of the ATG translational initiation site, consistent with the consensus translation sequences of the plant, such as those according to Kozak.

El promotor “delta S13” es una región promotora útil para obtener expresión preferente en partes de la flor femeninas.Éste comprende una región -339 a -79 desde la región promotora SLG13, fusionada con la que va de -46 a + 8 del promotor nuclear CMV 35S (Dzelkains et al (1993) Plant Cell, 5, 833-863). Esta región promotora S13 se clona en el plásmido bluescript sk, el cual se somete nuevamente a restricción y se liga con fragmentos de restricción que comprenden la región terminadora transcripcional nos 3’ y una u otra de las secuencias codificadoras de aminoácidooxidasa, de forma que se cree una casete de expresión “delta S13-D-aminoácido-oxidasa-terminador Nos” dentro de unplásmido bluescript sk. Éste se elimina entonces adecuadamente como, por ejemplo, en forma de fragmento EcoR1 y, como tal, se vuelve a ligar en un sitio adecuado de un vector como Pbin19 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res.) o pCIB200 The "delta S13" promoter is a promoter region useful for obtaining preferential expression in female flower parts. It comprises a -339 to -79 region from the SLG13 promoter region, fused with that ranging from -46 to + 8 of the promoter nuclear CMV 35S (Dzelkains et al (1993) Plant Cell, 5, 833-863). This S13 promoter region is cloned into the bluescript sk plasmid, which is again subjected to restriction and ligated with restriction fragments that comprise the 3 'transcriptional terminator region and one or the other of the amino acid oxidase coding sequences, so that create an "delta S13-D-amino acid oxidase-terminator Nos" expression cassette within a bluescript sk plasmid. This is then suitably removed as, for example, in the form of an EcoR1 fragment and, as such, ligated back into a suitable site of a vector such as Pbin19 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res.) Or pCIB200

o pCIB2001 (WO 98/39462) a fin de usarlo para transformación usando Agrobacterium. Como se describe en WO 98/39462, pCIB200 contiene los siguientes sitios de restricción de policonector únicos: EcoR1, Sst1, Kpn1, BgIII, Xaba1 y SaII. PCIB 2001 contiene una inserción en el policonector, que añade sitios de restricción únicos adicionales, que incluyen MluI, BcII, AvrII, ApaI, HpaI y StuI. PCIB200 y pCIB2001 proporcionan también genes marcadores seleccionables para selección de plantas y bacterias sobre kanamicina, límites izquierdo y derecho de ADN-T, la función trfA derivada de RK2 para movilización entre E. coli y otros hospedadores y las funciones oriT y oriV de RK2. Alternativamente, se usa el vector binario Pcib10, que incorpora secuencias del plásmido Prk252 de amplio ámbito de hospedadores (Rothstein et al (1987) Gene 53, 153-161) o uno de sus derivados, que incorpore genes de resistencia a kanamicina y el gen de higromicina-fosfotransferasa, como Pcib715 (Gritz et al (1983) Gene 25, 179-188). or pCIB2001 (WO 98/39462) for use for transformation using Agrobacterium. As described in WO 98/39462, pCIB200 contains the following unique polyconnector restriction sites: EcoR1, Sst1, Kpn1, BgIII, Xaba1, and SaII. PCIB 2001 contains an insert in the polyconnector, which adds additional unique restriction sites, including MluI, BcII, AvrII, ApaI, HpaI and StuI. PCIB200 and pCIB2001 also provide selectable marker genes for plant and bacterial selection on kanamycin, left and right T-DNA boundaries, the RK2-derived trfA function for mobilization between E. coli and other hosts, and the oriT and oriV functions of RK2. Alternatively, the binary vector Pcib10 is used, which incorporates sequences of plasmid Prk252 from a wide range of hosts (Rothstein et al (1987) Gene 53, 153-161) or one of its derivatives, which incorporates kanamycin resistance genes and the gene hygromycin-phosphotransferase, such as Pcib715 (Gritz et al (1983) Gene 25, 179-188).

Alternativamente, se usa la región promotora Stig 1 ~ 1,6 kb (derivada del nº de acceso de EMBL X77823). Por ejemplo, la región codificadora del gen GUS en la construcción stg1-GUS, descrita por Goldman et al (1994) en EMBO J., 13, 2976-2984, se reemplaza con la secuencia de ADN que codifica las secuencias codificadoras P30324 o Q99042, usando enzimas de restricción adecuadas, y la construcción de expresión stig1-D-aminoácido-oxidasa resultante, se clona en un vector adecuado como pCIB200, en una posición aguas arriba de una secuencia terminadora en 3’, adyacente a un gen marcador adecuado y entre secuencias límite de ADN-T. Alternatively, the Stig promoter region 1 ~ 1.6 kb (derived from EMBL accession number X77823) is used. For example, the coding region of the GUS gene in the stg1-GUS construct, described by Goldman et al (1994) in EMBO J., 13, 2976-2984, is replaced with the DNA sequence that encodes the P30324 or Q99042 coding sequences. , using suitable restriction enzymes, and the resulting stig1-D-amino acid oxidase expression construct, is cloned into a suitable vector such as pCIB200, at a position upstream of a 3 'terminator sequence, adjacent to a suitable marker gene and between T-DNA border sequences.

En un ejemplo particular adicional, el inserto de ADN-T comprendido en el vector binario se construye según la figura 1. Se clona una construcción que comprende la secuencia de ADN sintética (SEQ ID Nº 7) que codifica la D-aminoácidooxidasa de Rhodotorula gracilis, bajo el control modulable de la región promotora stig1 y también la secuencia de ADN (A02774), que codifica la L-fosfinotricina-N-acetil-transferasa (PAT), bajo el control modulable de la región promotora de plastocianina de guisante, en un sitio entre el gen LB/upt II y el RB del ADN-T del vector binario. En resumen, la secuencia ID Nº 7 se clona en el plásmido pFse4-Stig1nos (descrito en WO9942598) detrás del promotor Stig1 y frente a la región terminadora nos (comprendida en EMBL ATU237588), como un fragmento NcoI/PstI. La región promotora de plastocianina de guisante (derivada del nº de acceso de EMBL X16082), se obtiene del ADN genómico de guisante mediante PCR y se clona frente al gen PAT/terminador nos. La casete PC-PAT-nos resultante se clona detrás del Stig1RGDAMOX-nos, como un fragmento NotI, y esta construcción completa de dos genes se transfiere a un vector binario (Pvb6, un derivado de Bin19), como un fragmento Fse1. In a further particular example, the T-DNA insert comprised in the binary vector is constructed according to Figure 1. A construct comprising the synthetic DNA sequence (SEQ ID No. 7) encoding Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase is cloned. , under the modulable control of the stig1 promoter region and also the DNA sequence (A02774), which encodes L-phosphinothricin-N-acetyltransferase (PAT), under the modulable control of the pea plastocyanin promoter region, in a site between the LB / upt II gene and the RB of the T-DNA of the binary vector. In summary, sequence ID No. 7 is cloned into plasmid pFse4-Stig1nos (described in WO9942598) behind the Stig1 promoter and against the nos terminator region (comprised in EMBL ATU237588), as an NcoI / PstI fragment. The pea plastocyanin promoter region (derived from EMBL accession number X16082) is obtained from the pea genomic DNA by PCR and cloned against the PAT / terminator nos gene. The resulting PC-PAT-nos cassette is cloned behind the Stig1RGDAMOX-nos, as a NotI fragment, and this entire two-gene construct is transferred to a binary vector (Pvb6, a derivative of Bin19), as an Fse1 fragment.

En una variante adicional del método, la construcción usada está de acuerdo con la representación esquemática de la figura 2. La secuencia codificadora de la D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula, SEQ ID Nº 7, opcionalmente mutada mediante mutación dirigida para codificar la forma M213R, se trunca mediante 3 codones en el extremo 3’, y en el extremo 5’ se clona para colocarla inmediatamente aguas abajo de una región que codifica un péptido de tránsito cloroplástico, de forma que se codifica una proteína de fusión de péptido de tránsito cloroplástico/D-aminoácido-oxidasa. La secuencia codificadora del péptido de tránsito cloroplástico deriva del gen de Arabidopsis que codifica la subunidad pequeña de la EPSP-sintasa (Klee et al, 1987 en Mol- Gen. Genet., 210, 437). Opcionalmente, ésta está modificada para incluir un sitio Sph1 en el sitio de procesamiento de CTP, reemplazando por tanto la Glu-Lys en este sitio por Cys-Met (SEQ EN Fig. 9 de WO 92044490). Correspondientemente, se puede incorporar mediante ingeniería genética un sitio en el extremo N-terminal de la secuencia codificadora de D-aminoácido-oxidasa (convirtiendo el aminoácido a continuación de la metionina en una Leu). Alternativamente, la secuencia codificadora del péptido de tránsito cloroplástico deriva del gen de Petunia que codifica EPSP-sintasa (Fig. 11 de WO 92044490). Alternativamente, la secuencia codificadora del péptido de tránsito cloroplástico es una de un gran número de posibilidades que incluyen aquéllas derivadas de genes que codifican la subunidad pequeña de Rubisco e incluyendo la así denominada secuencia del péptido de tránsito quimérica “optimizada” (FR 2673643). En todos los casos, más que basarse en la subclonación, la secuencia de ADN deseada total que codifica el polipéptido de fusión de péptido de tránsito cloroplástico/Daminoácido oxidasa de Rhodotorula, se puede obtener sintéticamente de forma sencilla. Esta secuencia se clona en un sitio aguas abajo de la región promotora stig1 y aguas arriba de una secuencia terminadora (p.ej. nos), dentro de un vector adecuado (p.ej.,. reemplazando la secuencia codificadora de GUS en el vector que contiene la construcción stig1 In a further variant of the method, the construct used is in accordance with the schematic representation of Figure 2. The coding sequence for Rhodotorula D-amino acid oxidase, SEQ ID No. 7, optionally mutated by targeted mutation to encode the M213R form, it is truncated by 3 codons at the 3 'end, and at the 5' end it is cloned to place it immediately downstream of a region encoding a chloroplastic transit peptide, so that a chloroplastic transit peptide fusion protein is encoded / D-amino acid oxidase. The coding sequence for the chloroplastic transit peptide is derived from the Arabidopsis gene encoding the small EPSP synthase subunit (Klee et al, 1987 in Mol- Gen. Genet., 210, 437). Optionally, it is modified to include an Sph1 site at the CTP processing site, thereby replacing Glu-Lys at this site with Cys-Met (SEQ EN Fig. 9 of WO 92044490). Correspondingly, a site at the N-terminus of the D-amino acid oxidase coding sequence can be genetically engineered (converting the amino acid following methionine to a Leu). Alternatively, the coding sequence for the chloroplastic transit peptide is derived from the Petunia gene encoding EPSP-synthase (Fig. 11 of WO 92044490). Alternatively, the coding sequence for the chloroplastic transit peptide is one of a large number of possibilities including those derived from genes encoding the Rubisco small subunit and including the so-called "optimized" chimeric transit peptide sequence (FR 2673643). In all cases, rather than relying on subcloning, the total desired DNA sequence encoding the Rhodotorula chloroplastic transit peptide / Daminoacid oxidase fusion polypeptide can be synthetically obtained in a straightforward manner. This sequence is cloned at a site downstream of the stig1 promoter region and upstream of a terminator sequence (eg, nos), into a suitable vector (eg,. Replacing the GUS coding sequence in the vector containing the stig1 construct

→ GUS, descrito por Goldman et al. (1994) en EMBO J., 13, 2976-2984). La construcción de expresión génica total se clona entonces en un sitio adecuado entre los límites derecho e izquierdo del ADN-T de un vector PVB6. → GUS, described by Goldman et al. (1994) in EMBO J., 13, 2976-2984). The total gene expression construct is then cloned into a suitable site between the left and right limits of the T-DNA of a PVB6 vector.

Se transforman discos de hoja de tabaco con los vectores binarios recombinantes, usando métodos similares a los descritos en Horsch et al (1985) Science, 227, 1229-1231. Se pueden usar muchas variaciones del método. El vector binario se puede transformar, por ejemplo, en la cepa de Agrobacterium tumefaciens LBA 4404 usando el método de transformación de congelación-descongelación. La transformación del tabaco y la regeneración de la planta total se realiza usando Nicotiana tabacum var. Samsum, según los protocolos descritos por Draper et al. (Plant Genetic Transformation, Blackwell Sci. Pub. 1989). Los eventos de transformación se seleccionan en medio MS que contiene kanamicina u otro antibiótico adecuado. La presencia de transgenes integrados se confirma mediante PCR. Las plantas se regeneran y se dejan alcanzar la madurez y se deja que produzcan semillas por sí mismas. Se usa análisis de Northern y/o Western para confirmar la expresión tisular específica de los genes de D-aminoácido-oxidasa. Las plantas son autofértiles pero presentan la característica de esterilidad femenina condicional. Se plantan las semillas de la generación T1. Una vez que las plántulas han crecido hasta un tamaño suficiente, se ensayan mediante PCR para la presencia del transgén. Las plantas positivas para la PCR se transfieren al invernadero. Estas plantas son totalmente fértiles en ausencia de precursor de herbicida aplicado exógenamente. Un subgrupo de estas plantas condicionalmente estériles (putativamente), se tratan con D-fosfinotricina o D-alanina o D-leucina o D-asparragina o D-metionina o Daspartato o D-glutamato, en varias cantidades y en fases del crecimiento variables. Tales tratamientos se realizan sobre las plantas T1 confirmadas como PCR positivas para el gen de D-aminoácido-oxidasa o, igualmente, tales tratamientos se realizan directamente sobre plantas de la generación T0 (que se clonan vegetativamente de forma que los clones no tratados de cada evento se pueden apartar para producción de semillas). La fertilidad observada se usa luego como base para seleccionar líneas de plantas adecuadas que presenten el fenotipo de esterilidad condicional más claro. Por ejemplo, esos aminoácidos son enantiómeros D puros o, alternativamente, racematos DL. Por ejemplo, se aplican como un pulverizador foliar, previamente o durante las etapas tempranas de formación de la flor, en proporciones usualmente entre 0,25 y 20 kg/ha. Los aminoácidos que pueden eliminarse por cristalización de la solución sobre las hojas, tras la aplicación foliar, se pueden volver a disolver y volverse a movilizar para la absorción por las hojas mediante nuevas aplicaciones de agua en forma de una nebulización de pulverizador. Los aminoácidos se aplican también, por ejemplo, como empape de raíces y, opcionalmente se pueden aplicar además como ~ 50 ml de una solución 10-200 mM que inunda directamente los capullos de las florecillas emergentes. Se recoge el polen de la planta tratada y se ensaya su viabilidad. Se obtienen plantas que producen relativamente poca o ninguna semilla tras el tratamiento con Dfosfinotricina o D-alanina o D-leucina o D-asparragina o D-metionina o D-aspartato o D-glutamato, pero que, sin embargo, bajo las mismas condiciones de tratamiento, producen niveles cercanos a los normales de polen viable. Las plantas control son transgénicas y no transgénicas, y se cultivan bajo condiciones idénticas y bajo un régimen idéntico de tratamientos físicos, excepto porque las soluciones de tratamiento son agua o una concentración equivalente de Laminoácido puro. Tobacco leaf discs are transformed with the recombinant binary vectors, using methods similar to those described in Horsch et al (1985) Science, 227, 1229-1231. Many variations of the method can be used. The binary vector can be transformed, for example, into the Agrobacterium tumefaciens LBA 4404 strain using the freeze-thaw transformation method. The transformation of the tobacco and the regeneration of the total plant is carried out using Nicotiana tabacum var. Samsum, according to the protocols described by Draper et al. (Plant Genetic Transformation, Blackwell Sci. Pub. 1989). Transformation events are selected on MS medium containing kanamycin or other suitable antibiotic. The presence of integrated transgenes is confirmed by PCR. Plants regenerate and are allowed to reach maturity and allowed to produce seeds on their own. Northern and / or Western analysis is used to confirm the specific tissue expression of the D-amino acid oxidase genes. The plants are self-fertile but have the characteristic of conditional female sterility. The seeds of the T1 generation are planted. Once the seedlings have grown to a sufficient size, they are assayed by PCR for the presence of the transgene. PCR positive plants are transferred to the greenhouse. These plants are fully fertile in the absence of an exogenously applied herbicide precursor. A subset of these conditionally sterile (putatively) plants are treated with D-phosphinothricin or D-alanine or D-leucine or D-asparagine or D-methionine or Daspartate or D-glutamate, in varying amounts and in varying stages of growth. Such treatments are carried out on T1 plants confirmed as PCR positive for the D-amino acid oxidase gene or, similarly, such treatments are carried out directly on plants of the T0 generation (which are cloned vegetatively so that the untreated clones of each event can be set aside for seed production). The observed fertility is then used as the basis for selecting suitable plant lines that display the clearest conditional sterility phenotype. For example, those amino acids are pure D enantiomers or, alternatively, DL racemates. For example, they are applied as a foliar spray, before or during the early stages of flower formation, in proportions usually between 0.25 and 20 kg / ha. Amino acids that can be removed by crystallization from the solution on the leaves, after foliar application, can be re-dissolved and mobilized again for absorption by the leaves by new applications of water in the form of a spray mist. Amino acids are also applied, for example, as root drench and optionally can also be applied as ~ 50 ml of a 10-200 mM solution that directly floods the buds of the emerging florets. Pollen is collected from the treated plant and its viability is tested. Plants are obtained that produce relatively little or no seed after treatment with Dphosphinothricin or D-alanine or D-leucine or D-asparagine or D-methionine or D-aspartate or D-glutamate, but which, however, under the same conditions of treatment, produce close to normal levels of viable pollen. Control plants are transgenic and non-transgenic, and are grown under identical conditions and under an identical regimen of physical treatments, except that the treatment solutions are water or an equivalent concentration of pure Lamino Acid.

En una variante del método, el aminoácido aplicado es DL-fosfinotricina racémica. En este caso, la construcción de ADN usada para la transformación comprende, además de la secuencia de ADN que codifica una D-aminoácido-oxidasa bajo el control de expresión modulable de una región promotora florar femenina específica como “stig 1”, tambien una secuencia de ADN (embl a02774) un gen “PAT” bajo el control modulable de una región promotora como la región 5’ del inicio de la traducción del gen de plastocianina de Pisum sativum (nº de acceso EMBL X16082). Por ejemplo, la construcción es la misma que se representa en Fig. 1, excepto porque la secuencia de ADN que codifica la Daminoácido-oxidasa está mutada de forma dirigida, de manera que se codifica la forma M213R de la enzima. La región promotora de plastocianina proporciona la expresión preferente en los tejidos verdes de la planta. Se descubre, inesperadamente, que tal promotor, que, a diferencia por ejemplo de la región promotora 35S, se expresa sustancialmente sólo en ciertos tejidos de la planta y más marcadamente en tejidos verdes, proporciona sin embargo, cuando se usa en combinación con el gen PAT, una tolerancia reproductiva completa al herbicida DLPPT, incluso en proporciones en exceso de 2 kg/ha. Además, en ausencia de cualquier D-aminoácido-oxidasa heteróloga adecuada, o actividad convertidora de D a L similar coexpresada en los tejidos florales, la combinación plastocianina/gen PAT proporciona una tolerancia reproductiva esencialmente completa, sin ninguna pérdida de rendimiento significativa, a pesar de que el nivel de expresión de PAT sea bajo o inexistente en muchos de los tejidos florales críticos, cuando se expresa bajo el control de esta región promotora. Por tanto, en esta variante del ejemplo, la sustancia no fitotóxica Dfosfinotricina se aplica en su forma menos costosa y más fácilmente disponible, como el herbicida comercial racemato de DL-fosfinotricina. En proporciones e intervalos de tiempo de pulverización adecuados entre 250 g/ha y 5 kg/ha de DLfosfinotricina, las plantas tratadas no se dañan visiblemente pero se vuelven condicionalmente femenino-estériles, mientras que permanecen normales o próximas a la normalidad para la fertilidad masculina. In a variant of the method, the applied amino acid is racemic DL-phosphinothricin. In this case, the DNA construct used for transformation comprises, in addition to the DNA sequence encoding a D-amino acid oxidase under the control of modulable expression of a specific female florar promoter region as "stig 1", also a sequence DNA (embl a02774) a "PAT" gene under the modulable control of a promoter region as the 5 'region of the start of translation of the Pisto sativum plastocyanin gene (accession number EMBL X16082). For example, the construction is the same as that shown in Fig. 1, except that the DNA sequence encoding Daminoacid oxidase is mutated in a targeted manner, so that the M213R form of the enzyme is encoded. The plastocyanin promoter region provides the preferred expression in the green tissues of the plant. It is unexpectedly discovered that such a promoter, which, unlike for example the 35S promoter region, is expressed substantially only in certain plant tissues and more markedly in green tissues, provides, however, when used in combination with the gene PAT, a complete reproductive tolerance to the herbicide DLPPT, even in proportions in excess of 2 kg / ha. Furthermore, in the absence of any suitable heterologous D-amino acid oxidase, or similar D-to-L-converting activity co-expressed in flower tissues, the plastocyanin / PAT gene combination provides essentially complete reproductive tolerance, without any significant performance loss, despite that the PAT expression level is low or non-existent in many of the critical floral tissues, when it is expressed under the control of this promoter region. Therefore, in this variant of the example, the non-phytotoxic substance Dphosphinothricin is applied in its least expensive and most readily available form, as the commercial herbicide racemate DL-phosphinothricin. At suitable proportions and spraying time intervals between 250 g / ha and 5 kg / ha of DLphosphinothricin, the treated plants are not visibly damaged but become conditionally female-sterile, while remaining normal or close to normal for male fertility .

Ejemplo 2. Plantas de tabaco que son condicionalmente masculino-estériles, dependiendo de la aplicación exógena de D-fosfinotricina o D-alanina o D-leucina o D-metionina o D-asparragina o D-aspartato o D-glutamato Example 2. Tobacco plants that are conditionally male-sterile, depending on the exogenous application of D-phosphinothricin or D-alanine or D-leucine or D-methionine or D-asparagine or D-aspartate or D-glutamate

La secuencia de ADN que codifica la secuencia de la proteína D-aminoácido-oxidada Q9HGY3 (Sptrembl) incluida en la secuencia de EMBL AB042032 se obtiene, bien por RT-PCR de ARNm de Candida boidini, o se obtiene sintéticamente. Alternativamente, la secuencia de ADN que codifica la secuencia de la proteína D-aminoácido-oxidasa P24552 (Swissprot), incluida en la secuencia de EMBL D00809 se obtiene, bien por RT-PCR del ARNm de Fusarium solani, o se obtiene sintéticamente. Las secuencias flanqueantes del cebador de PCR o sintéticas se diseñan para localizar sitios de restricción únicos útiles para la clonación. Preferiblemente, y en el caso en el que la secuencia codificadora de oxidasa no contenga sitios internos confusos, se coloca un sitio Nco1 o Nde1 en el extremo 5’, para facilitar la clonación de fusiones dentro del marco de lectura con secuencias añadidas al ORF en 5’. Alternativamente, cuando los sitios de restricción se colocan aguas arriba del sitio de inicio de la traducción ATG, se diseñan los intrones para que estén de acuerdo con secuencias consenso de traducción de plantas según Kozak. Alternativamente, las secuencias que codifican D-aminoácido-oxidasa obtenidas son las mismas que en el ejemplo 1. De nuevo, como en el ejemplo previo, cuando la esterilidad se tiene que hacer dependiente de la aplicación de D-aspartato, D-glutamato o D-fosfinotricina, entonces, preferiblemente, las D-aminoácido-oxidasas son variantes en las posiciones de los aminoácidos 23 y/o 238. The DNA sequence encoding the sequence of the Q9HGY3 D-amino acid-oxidized protein (Sptrembl) included in the EMBL sequence AB042032 is obtained either by RT-PCR of Candida boidini mRNA, or obtained synthetically. Alternatively, the DNA sequence encoding the P24552 D-amino acid oxidase protein sequence (Swissprot), included in the EMBL D00809 sequence, is obtained either by RT-PCR of the Fusarium solani mRNA, or obtained synthetically. The synthetic or PCR primer flanking sequences are designed to locate unique restriction sites useful for cloning. Preferably, and in the case where the oxidase coding sequence does not contain confusing internal sites, an Nco1 or Nde1 site is placed at the 5 'end, to facilitate cloning of fusions within the reading frame with sequences added to the ORF in 5'. Alternatively, when the restriction sites are placed upstream of the ATG translation start site, the introns are designed to be in accordance with consensus plant translation sequences according to Kozak. Alternatively, the sequences encoding D-amino acid oxidase obtained are the same as in Example 1. Again, as in the previous example, when sterility has to be made dependent on the application of D-aspartate, D-glutamate or D-phosphinothricin, then, preferably, D-amino acid oxidases are variants at amino acid positions 23 and / or 238.

La región promotora TA29 (Kriete et al (1996) Plant J., 9, 808-818) se clona a partir de ADN genómico de tabaco mediante PCR, usando los cebadores 5’- AACTGCAGCTTTTTGGTTAGCGAATGC-3’ (SEQ ID Nº 5) y 5’CAGACTAGTTTTAGCTAATTTCTTTAAGTAAAAAC-3’ (SEQ ID Nº 6). A través de una serie de etapas de restricción y subclonación, el fragmento de PCR así obtenido se coloca aguas arriba de la secuencia codificadora de D-aminoácidooxidasa y se añade un terminador transcripcional nos en 3’ respecto de la secuencia codificadora. La casete de expresión resultante TA29-D-aminoácido-oxidasa-terminador nos se clona luego, se obtiene como un fragmento de restricción adecuado y se clona en un vector binario como en el ejemplo 1. Como en el ejemplo 1, cuando la esterilidad tiene que hacerse condicional tras la aplicación de D-aspartato, D-glutamato o D-fosfinotricina, se prefiere el uso de variantes de D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula gracilis con mutaciones en posiciones 213 y/o 238. The TA29 promoter region (Kriete et al (1996) Plant J., 9, 808-818) is cloned from tobacco genomic DNA by PCR, using primers 5'- AACTGCAGCTTTTTGGTTAGCGAATGC-3 '(SEQ ID No. 5) and 5'CAGACTAGTTTTAGCTAATTTCTTTAAGTAAAAAC-3 '(SEQ ID No. 6). Through a series of restriction and subcloning steps, the PCR fragment thus obtained is placed upstream of the D-amino acid oxidase coding sequence and a transcriptional terminator nos is added 3 'to the coding sequence. The resulting TA29-D-amino acid oxidase-terminator expression cassette is then cloned, obtained as a suitable restriction fragment, and cloned into a binary vector as in Example 1. As in Example 1, when sterility has rather than conditional upon application of D-aspartate, D-glutamate, or D-phosphinothricin, the use of D-amino acid oxidase variants of Rhodotorula gracilis with mutations at positions 213 and / or 238 is preferred.

Alternativamente, cualquiera de las regiones de las secuencias codificadoras de D-aminoácido-oxidasa se clonan como fragmentos de restricción adecuados (por ejemplo BamH1, BgI/II, en los que las variantes sintéticas de las secuencias codificadoras se diseñan para eliminar los sitios de restricción internos) y se fusionan con el promotor CaMv 35S y las regiones terminadoras de nopalina-sintasa, mediante inserción (por ejemplo) en el sitio BamH1 del vector binario pROKI (Baulcombe Et al (1986) Nature, 321, 446-449) en una configuración en sentido directo. A continuación, se escinde el fragmento EcoR1-BamH1 que porta la región promotora 35S y se reemplaza con un fragmento EcoR1-BamH1 de pAP30 (Kriete et al. (1996) The Plant Journal 9, 809-818) que lleva el fragmento de la región promotora TA29s (-810 a +54). Los vectores resultantes se pueden denominar pGKTA29_Q99042, pGKTA29_P80324, pGKTA29_Q9HGY3 y pGKTA29_P24552, etc., según la secuencia de proteína codificada. Alternatively, any of the regions of the D-amino acid oxidase coding sequences are cloned as suitable restriction fragments (eg BamH1, BgI / II, in which synthetic variants of the coding sequences are designed to remove restriction sites. ) and fuse with the CaMv 35S promoter and the nopaline synthase terminator regions, by insertion (for example) into the BamH1 site of the binary vector pROKI (Baulcombe Et al (1986) Nature, 321, 446-449) in a direct configuration. The EcoR1-BamH1 fragment carrying the 35S promoter region is then cleaved and replaced with an EcoR1-BamH1 fragment from pAP30 (Kriete et al. (1996) The Plant Journal 9, 809-818) bearing the fragment of the TA29s promoter region (-810 to +54). The resulting vectors can be named pGKTA29_Q99042, pGKTA29_P80324, pGKTA29_Q9HGY3, and pGKTA29_P24552, etc., depending on the encoded protein sequence.

El material vegetal de tabaco se transforma, vía Agrobacterium con el vector y se regeneran plantas transgénicas de forma similar a la descrita en el ejemplo previo. Las plantas producidas son autofértiles pero son condicionalmente masculino-estériles. Se plantan en el terreno semillas de la generación T1. Una vez que las plántulas han crecido hasta un tamaño suficiente, se ensayan mediante PCR para la presencia del transgén. Las plantas positivas para PCR se transfieren al invernadero. Estas plantas son totalmente fértiles en ausencia de precursor de herbicida aplicado exógenamente. Un subconjunto de estas plantas T1, que son, putativamente, condicionalmente estériles, o, alternativamente, plántulas de los eventos T0 (regenerantes directos de transformación) se tratan con D-fosfinotricina, D-alanina, D-leucina, D-metionina, D-asparragina, D-aspartato o D-glutamato en diversas cantidades y en fases del crecimiento variables. Cuando se tratan las plantas T0, se clonan vegetativamente, de forma que los hermanos sin tratar de los eventos se apartan para la producción de semillas. La fertilidad observada se usa entonces como base para seleccionar líneas de plantas adecuadas que presenten el fenotipo de esterilidad condicional más claro. Por ejemplo, estos aminoácidos son D-enantiómeros o, alternativamente, racematos DL. Por ejemplo, se aplican como un pulverizador foliar, previamente o durante las etapas tempranas de formación de la flor, en proporciones usualmente entre 0,25 y 20 kg/ha. Los aminoácidos que pueden eliminarse por cristalización de la solución sobre las hojas, tras la aplicación foliar, se pueden volver a disolver y volverse a movilizar para la absorción por las hojas mediante nuevas aplicaciones de agua en forma de una nebulización de pulverizador. Los aminoácidos se aplican también, por ejemplo, como empape de raíces y, opcionalmente se pueden aplicar además como ~ 50 ml de una solución 10-200 mM que inunda directamente los capullos de las florecillas emergentes. The tobacco plant material is transformed via Agrobacterium with the vector and transgenic plants are regenerated in a similar way to that described in the previous example. The plants produced are self-fertile but are conditionally male-sterile. Seeds of the T1 generation are planted in the field. Once the seedlings have grown to a sufficient size, they are assayed by PCR for the presence of the transgene. The PCR positive plants are transferred to the greenhouse. These plants are fully fertile in the absence of an exogenously applied herbicide precursor. A subset of these T1 plants, which are, putatively, conditionally sterile, or, alternatively, seedlings of the T0 (direct regenerative transformation) events are treated with D-phosphinothricin, D-alanine, D-leucine, D-methionine, D -asparragin, D-aspartate or D-glutamate in various amounts and in varying stages of growth. When T0 plants are treated, they are cloned vegetatively, so that untreated siblings of the events are set aside for seed production. The observed fertility is then used as the basis for selecting suitable plant lines that display the clearest conditional sterility phenotype. For example, these amino acids are D-enantiomers or, alternatively, DL racemates. For example, they are applied as a foliar spray, before or during the early stages of flower formation, in proportions usually between 0.25 and 20 kg / ha. Amino acids that can be removed by crystallization from the solution on the leaves, after foliar application, can be re-dissolved and mobilized again for absorption by the leaves by new applications of water in the form of a spray mist. Amino acids are also applied, for example, as root drench and optionally can also be applied as ~ 50 ml of a 10-200 mM solution that directly floods the buds of the emerging florets.

Se recoge el polen de las plantas tratadas y se ensaya su viabilidad. Se obtienen plantas que producen relativamente poco o ningún polen y/o polen que no es viable. El polen recogido de algunas de las plantas tratadas se ensaya y se encuentra que tiene malformaciones o no es viable. Sin embargo, tales plantas masculino-estériles permanecen femenino-fértiles y producen semilla (híbrida) cuando se polinizan con polen recogido de otras plantas de tabaco sin tratar no transgénicas o condicionalmente femenino-estériles. Las plantas control son transgénicas y no transgénicas, y se cultivan bajo condiciones idénticas a los tratamientos físicos, excepto porque las soluciones de tratamiento son agua, Pollen is collected from the treated plants and its viability is tested. Plants are obtained that produce relatively little or no pollen and / or pollen that is not viable. Pollen collected from some of the treated plants is tested and found to be malformed or not viable. However, such male-sterile plants remain female-fertile and produce (hybrid) seed when pollinated with pollen collected from other non-GM or conditionally female-sterile untreated tobacco plants. Control plants are transgenic and non-transgenic, and are grown under conditions identical to physical treatments, except that the treatment solutions are water,

o una concentración equivalente de L-aminoácido puro. or an equivalent concentration of pure L-amino acid.

De forma análoga al ejemplo 1, en una variante del ejemplo, el aminoácido aplicado es DL-fosfinotricina racémica. En este caso, la construcción de ADN usada para la transformación comprende, además de la secuencia de ADN que codifica la D-aminoácido-oxidasa bajo control de expresión modulable de una región promotora floral masculina específica de tejido, como “TA29”, también una secuencia de ADN que codifica un gen de fosfinotricina-N-acetiltransferasa, como el gen “PAT”, bajo el control modulable de una región promotora, como la del gen de plastocianina (en este caso la región del gen de plastocianina de Pisum sativum). A tiempos y proporciones de pulverización apropiados entre 250 g/ha y 5 kg/ha de DL-fosfinotricina, las plantas tratadas no se dañan visiblemente, pero se vuelven condicionalmente masculino-estériles, mientras que permanecen normales, o cercanas a la normalidad en cuanto a la fertilidad femenina. Analogously to Example 1, in a variant of the example, the applied amino acid is racemic DL-phosphinothricin. In this case, the DNA construct used for transformation comprises, in addition to the DNA sequence encoding the D-amino acid oxidase under modulable expression control of a tissue-specific male floral promoter region, such as "TA29", also a DNA sequence encoding a phosphinothricin-N-acetyltransferase gene, such as the "PAT" gene, under the modulable control of a promoter region, such as that of the plastocyanin gene (in this case the Pisto sativum plastocyanin gene region) . At appropriate spraying times and ratios between 250 g / ha and 5 kg / ha of DL-phosphinothricin, the treated plants are not visibly damaged, but become conditionally male-sterile, while remaining normal, or close to normal as to to female fertility.

Ejemplo 3. Genes quiméricos expresados preferentemente en estructuras reproductivas femeninas y que codifican enzimas capaces de oxidar D-fosfinotricina y/o D-alanina y/o D-leucina y/o D-metionina y/o Dasparragina y/o D-aspartato y/o D-glutamato Example 3. Chimeric genes preferentially expressed in female reproductive structures and encoding enzymes capable of oxidizing D-phosphinothricin and / or D-alanine and / or D-leucine and / or D-methionine and / or Dasparragin and / or D-aspartate and / or D-glutamate

Se obtienen secuencias de ADN que codifican la proteína D-aminoácido-oxidasa, según se describe en los ejemplos 1 y DNA sequences encoding the D-amino acid oxidase protein are obtained, as described in Examples 1 and

2. 2.

El clon genómico pSH64 se depositó bajo los términos del Tratado de Budapest el 27/02/1998 con NRRL y se le asignó el número NRRL B-21920. Se detectó como un clon genómico que hibridaba con el clon de ADNc específico de la seda B200i4-2 (WO 98/39462). Se construyen genes quiméricos que se expresan preferentemente en estructuras reproductivas femeninas como sigue. Se construyó un plásmido derivado de Bluescript ks, similar a pSH70 que tiene una casete de expresión “vacía”, que comprende, de 5’ a 3’: la región promotora en 5’ B200i, que consiste en los nucleótidos 1-3790 de SEQ ID Nº 11 de WO 98/39462, un sitio BamH1 y la región terminadora no traducida B200i en 3’, que comprende los nucleótidos 4427-6397 de la SEQ ID Nº 11 de WO 98/39462, según se describe en WO 98/39462. Usando una digestión parcial con BamH1 o, alternativamente, mediante nuevas etapas de subclonación, PCR y ligamiento, se ligan secuencias codificadoras alternativas de D-aminoácido-oxidasa en la posición del sitio BamH1 o adyacentes al mismo, de forma que están en posición inmediatamente 3’ respecto de la región promotora B200i y 5’ de la región terminadora B200i. Consecuentemente, se crean una serie de vectores Bluescript pBLB200_Q99042, pBLB200_P80324, pBLB200_Q9HGY3 y pBLB200_P24552, que codifican las casetes alternativas de expresión B200iD-aminoácido-oxidasa-B200i. The genomic clone pSH64 was deposited under the terms of the Budapest Treaty on 02/27/1998 with NRRL and was assigned NRRL B-21920. It was detected as a genomic clone that hybridized to the silk-specific cDNA clone B200i4-2 (WO 98/39462). Chimeric genes that are preferentially expressed in female reproductive structures are constructed as follows. A Bluescript ks-derived plasmid similar to pSH70 was constructed having an "empty" expression cassette, comprising, from 5 'to 3': the 5 'promoter region B200i, consisting of nucleotides 1-3790 of SEQ ID No. 11 of WO 98/39462, a BamH1 site and the 3 'B200i untranslated terminator region, comprising nucleotides 4427-6397 of SEQ ID No. 11 of WO 98/39462, as described in WO 98/39462 . Using partial digestion with BamH1 or, alternatively, through new steps of subcloning, PCR and ligation, alternative D-amino acid oxidase coding sequences are ligated at or adjacent to the BamH1 site position, so that they are immediately positioned 3 'with respect to the B200i promoter region and 5' from the B200i terminator region. Consequently, a series of Bluescript vectors pBLB200_Q99042, pBLB200_P80324, pBLB200_Q9HGY3 and pBLB200_P24552 are created, encoding the alternative expression cassettes B200iD-amino acid oxidase-B200i.

Alternativamente, según se describe en WO 98/39462, se escinde un fragmento Pst I/Neo I de la región promotora en 5’ del gen P19, del clon genómico X2-1, que se depositó bajo los términos del Tratado de Budapest el 27/02/1998 en NRRL y al cual se asignó el número de acceso B-21919. El sitio Nco I en el nucleótido 1088 de SEQ ID Nº 14 de WO 98/39462 corresponde al inicio de la traducción ATG del gen P19. Usando etapas apropiadas de subclonación, restricción, ligamiento y PCR, este fragmento se liga para formar una fusión en marco de lectura con una u otra de las secuencias de ADN que codifican D-aminoácido-oxidasa y se añade una secuencia terminadora nos en posición 3’ respecto de la secuencia codificadora. Consecuentemente, se crea una serie de vectores Bluescript pBLP19_Q99042, pBLP19_P80324, pBLP19_Q9HGY3 y pBLP19_P24552, etc., que codifican las casetes alternativas de expresión P19D-aminoácido-oxidasa. Alternativamente, usando métodos estándar alternativos, se obtienen plásmidos similares que tienen la región promotora en 5’ (que comprende algunos o todos los nucleótidos 1-3987 de SEQ ID Nº 2 de WO 98/39462) del gen P26 en lugar de la región promotora de P19. El clon P26-A4 genómico, pCIB10302, depositado bajo los términos del Tratado de Budapest el 21 de enero de 1997 con el nº de acceso NRRL B-21655 de la colección de cultivos de patentes del Agricultural Research Service, se subclona según se describe en WO 98/39462. Consecuentemente, se crea una serie de vectores Bluescript pBLP26_Q99042, pBLP26_P80324, pBLP26_Q9HGY3 y pBLP26_P24552, que codifican las casetes de expresión alternativas P19-D-aminoácido-oxidasa-nos. Alternatively, as described in WO 98/39462, a Pst I / Neo I fragment from the 5 'promoter region of the P19 gene is cleaved from the X2-1 genomic clone, which was deposited under the terms of the Budapest Treaty on 27 / 02/1998 in NRRL and to which the access number B-21919 was assigned. The Nco I site at nucleotide 1088 of SEQ ID No. 14 of WO 98/39462 corresponds to the start of the ATG translation of the P19 gene. Using appropriate subcloning, restriction, ligation and PCR steps, this fragment is ligated to form an in-frame fusion with one or the other of the DNA sequences encoding D-amino acid oxidase and a terminator sequence nos is added at position 3 'with respect to the coding sequence. Consequently, a series of Bluescript vectors pBLP19_Q99042, pBLP19_P80324, pBLP19_Q9HGY3 and pBLP19_P24552, etc. are created, encoding the alternative P19D-amino acid oxidase expression cassettes. Alternatively, using alternative standard methods, similar plasmids having the 5 'promoter region (comprising some or all nucleotides 1-3987 of SEQ ID No. 2 of WO 98/39462) of the P26 gene are obtained instead of the promoter region from P19. The genomic clone P26-A4, pCIB10302, deposited under the terms of the Budapest Treaty on January 21, 1997 with accession number NRRL B-21655 from the Agricultural Research Service patent culture collection, is subcloned as described in WO 98/39462. Consequently, a series of Bluescript vectors pBLP26_Q99042, pBLP26_P80324, pBLP26_Q9HGY3 and pBLP26_P24552 are created, encoding the alternative expression cassettes P19-D-amino acid-oxidase-us.

Ejemplo 4. Genes quiméricos expresados preferentemente en estructuras reproductivas masculinas y que codifican enzimas capaces de oxidar D-fosfinotricina y/o D-alanina y/o D-leucina y/o D-metionina y/o Dasparragina y/o D-aspartato y/o D-glutamato Example 4. Chimeric genes preferentially expressed in male reproductive structures and encoding enzymes capable of oxidizing D-phosphinothricin and / or D-alanine and / or D-leucine and / or D-methionine and / or Dasparragin and / or D-aspartate and / or D-glutamate

Se obtienen secuencias de la proteína D-aminoácido-oxidasa, según se describe en los ejemplos 1 y 2. D-amino acid oxidase protein sequences are obtained as described in Examples 1 and 2.

El plásmido pGK73 lleva la región promotora TA29s EcoR1-fragmento BamI-II de ~ 810 a +54 (Kriete el al. (1996), 9, 809-818). Este fragmento de restricción o un fragmento similar adecuado generado mediante PCR, se clona, preferiblemente como una fusión en marco, en una posición aguas arriba de la secuencia de ADN que codifica la Daminoácido-oxidasa, en Bluescript sk. Usando una serie adecuada de etapas de restricción, ligamiento y subclonación, se añade un terminador transcripcional nos en posición 3’ respecto de la región codificadora para generar, según la secuencia codificadora, casetes de expresión alternativa del tipo TA29-D-aminoácido-oxidasa-nos, en plásmidos Bluescript sk. Plasmid pGK73 carries the promoter region TA29s EcoR1-fragment BamI-II from ~ 810 to +54 (Kriete et al. (1996), 9, 809-818). This restriction fragment or a suitable similar fragment generated by PCR is cloned, preferably as an in-frame fusion, at a position upstream of the DNA sequence encoding Daminoacid oxidase, in Bluescript sk. Using a suitable series of restriction, ligation and subcloning steps, a transcriptional terminator nos is added in position 3 'with respect to the coding region to generate, according to the coding sequence, alternative expression cassettes of the type TA29-D-amino acid oxidase- nos, in Bluescript sk plasmids.

En un ejemplo adicional, se usa la región promotora SGB6 específica de la antera, SEQ ID Nº 1 del documento US 5470359. Por ejemplo, pSGBNE1, que contiene un fragmento de EcoR1-Nhe1 genómico subclonado de pSGB6g1 (US 5470359) se subclona nuevamente para colocar un fragmento ApaII/Xba1 de 1558 pb con extremos romos en Bluescript ks, en el sitio SmaI. Como anteriormente, mediante nuevas etapas de restricción y clonación, este fragmento se fusiona en marco, aguas arriba de la secuencia codificadora de D-aminoácido-oxidasa. Nuevamente, se añade un terminador nos en 3’ respecto de la secuencia codificadora para crear plásmidos Bluescript sk alternativos, que comprenden las casetes de expresión alternativas SGB6-D-aminoácido-oxidasa-nos. In a further example, the anther-specific SGB6 promoter region, SEQ ID No. 1 of US 5470359 is used. For example, pSGBNE1, which contains a subcloned genomic EcoR1-Nhe1 fragment from pSGB6g1 (US 5470359) is subcloned again to place a 1558 bp ApaII / Xba1 blunt-ended fragment in Bluescript ks at the SmaI site. As before, by new restriction and cloning steps, this fragment is fused in-frame, upstream of the D-amino acid oxidase coding sequence. Again, a nos terminator is added 3 'to the coding sequence to create alternative Bluescript sk plasmids, comprising the alternative SGB6-D-amino acid oxidase-nos expression cassettes.

En un grupo similar de ejemplos, la región promotora específica de antera de arroz, RAS (nº de acceso de EMBL/Genbank AP042275; Jean Js et al. (1999) PMB, 39, 35-44) se fusiona también de manera similar en un sitio en marco y aguas arriba de una u otra de las secuencias de ADN que codifican D-aminoácido-oxidasa y un terminador nos en 3’, para comprender casetes de expresión alternativos RA8-D-aminoácido-oxidasa-nos en una serie de vectores Bluescript sk. In a similar group of examples, the rice anther specific promoter region, RAS (EMBL / Genbank Accession No. AP042275; Jean Js et al. (1999) PMB, 39, 35-44) is also similarly fused into an in-frame and upstream site of one or another of the DNA sequences encoding D-amino acid oxidase and a 3 'nos terminator, to comprise alternative RA8-D-amino acid oxidase-nos expression cassettes in a series of Bluescript sk vectors.

Ejemplo 5. Un par de construcciones complementarias útiles en un método para proporcionar (a) una línea parental consanguínea femenina, que es condicionalmente masculino-estéril, dependiendo de la aplicación de DL-fosfinotricina y (b) una línea parental consanguínea masculina complementaria, que es condicionalmente femenino-estéril, dependiendo de la aplicación de DL-fosfinotricina. Example 5. A pair of complementary constructs useful in a method of providing (a) a female inbred parental line, which is conditionally male-sterile, depending on the application of DL-phosphinothricin and (b) a complementary male inbred parent line, which it is conditionally feminine-sterile, depending on the application of DL-phosphinothricin.

La primera construcción de ADN adecuada para proporcionar una línea parental consanguínea femenina de plantas de arroz o cereal, que es condicionalmente masculino-estéril, dependiendo de la aplicación de DL-fosfinotricina, comprende tres genes A), B) y C). A) consiste en una secuencia de ADN que codifica una enzima PAT, capaz de N-acetilar Lfosfinotricina bajo el control modulable de la región promotora de ~ 1 kb del gen de plastocianina de cebada (EMBL Z28347) y una región terminadora adecuada como la del gen nos o 35S, B) consiste en una secuencia codificadora de PAT similar a la primera, pero esta vez bajo el control modulable de una región promotora floral femenina específica de tejido (como P19 o P26, según se describe en el ejemplo 4), más un terminador adecuado; y C) consiste en una secuencia codificadora de DAMOX adecuada, según se describe en los ejemplos 1, 2, 9 y 10, por ejemplo, un mutante de la D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula gracilis que tiene una arginina, serina, cisteína, lisina, asparragina o alanina reemplazando la metionina en posición 213 y/o una histidina, serina, cisteína, asparragina o alanina reemplazando la tirosina en posición 238, bajo el control modulable de una región promotora floral masculina específico de tejido (como SGB6 O RA8, según se describió en el ejemplo 5), y una región terminadora adecuada. Esta construcción se ensambla usando métodos que son estándar en la técnica y se describen en los ejemplos previos. The first suitable DNA construct to provide a female inbred parental line of rice or cereal plants, which is conditionally male-sterile, depending on the application of DL-phosphinothricin, comprises three genes A), B) and C). A) consists of a DNA sequence encoding a PAT enzyme capable of N-acetylating Lphosphinothricin under the modulable control of the ~ 1 kb promoter region of the barley plastocyanin gene (EMBL Z28347) and a suitable terminator region such as that of gene nos or 35S, B) consists of a PAT coding sequence similar to the first, but this time under the modulable control of a tissue-specific female floral promoter region (such as P19 or P26, as described in Example 4), plus a suitable terminator; and C) consists of a suitable DAMOX coding sequence, as described in Examples 1, 2, 9 and 10, for example, a Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase mutant having an arginine, serine, cysteine, lysine, asparagine, or alanine replacing methionine at position 213 and / or a histidine, serine, cysteine, asparagine, or alanine replacing tyrosine at position 238, under the modulable control of a tissue-specific male floral promoter region (such as SGB6 or RA8, as described in Example 5), and a suitable terminator region. This construction is assembled using methods that are standard in the art and described in the previous examples.

La segunda construcción de ADN adecuada para proporcionar una línea parental consanguínea masculina de plantas de cereal o arroz, que es condicionalmente femenino-estéril dependiendo de la aplicación de DL-fosfinotricina, comprende tres genes A), D) y F). A) consiste en una secuencia de ADN que codifica una enzima PAT capaz de Nacetilar L-fosfinotricina bajo el control modulable de la región promotora del gen de plastocianina de cebada y una región terminadora adecuada, como la del gen nos o 35S; D) consiste en una secuencia PAT, similar a la primera, pero esta vez bajo el control modulable de la misma región promotora floral masculina específica de tejido (como SGB6 o RA8, según se usan en el ejemplo 4), que la usada en la construcción 1, más un terminador adecuado; y F) consiste en un gen DAMOX adecuado, según se describió en los ejemplos 1, 2, 9 y 10, y, por ejemplo, que codifica una forma mutante de la D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula gracilis que tiene una arginina, serina, cisteína, lisina, asparragina o alanina reemplazando la metionina en posición 213 y/o una histidina, serina, cisteína, asparragina o alanina reemplazando la tirosina en posición 238, bajo el control modulable de una región promotora floral femenina (como P19 o P26, según se describió en el ejemplo 3), según se usa en la construcción 1, y una región terminadora adecuada. Esta construcción se ensambla usando métodos que son estándar en la técnica y se describen en los ejemplos previos. The second DNA construct suitable for providing a male inbred parental line of cereal or rice plants, which is conditionally female-sterile depending on the application of DL-phosphinothricin, comprises three genes A), D) and F). A) consists of a DNA sequence encoding a PAT enzyme capable of Nacetyl L-phosphinothricin under the modulable control of the promoter region of the barley plastocyanin gene and a suitable terminator region, such as that of the nos or 35S gene; D) consists of a PAT sequence, similar to the first, but this time under the modulable control of the same tissue-specific male floral promoter region (such as SGB6 or RA8, as used in Example 4), as used in construction 1, plus a suitable terminator; and F) consists of a suitable DAMOX gene, as described in Examples 1, 2, 9 and 10, and, for example, encoding a mutant form of Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase having an arginine, serine , cysteine, lysine, asparagine or alanine replacing methionine at position 213 and / or a histidine, serine, cysteine, asparagine or alanine replacing tyrosine at position 238, under the modulable control of a female floral promoter region (such as P19 or P26, as described in Example 3), as used in Construction 1, and a suitable terminator region. This construction is assembled using methods that are standard in the art and described in the previous examples.

Un par de construcciones de ADN de este ejemplo contienen, por ejemplo, los siguientes elementos: A pair of DNA constructs in this example contain, for example, the following elements:

Construcción 1 Construction 1

A = región promotora de plastocianina de cebada → secuencia codificadora de PAT, terminador Nos; A = barley plastocyanin promoter region → PAT coding sequence, terminator Nos;

B = región promotora P19 → secuencia codificadora de PAT, terminador 35S; B = P19 promoter region → PAT coding sequence, 35S terminator;

C = región promotora RA8 → aminoácido-oxidasa de Rhodotorula (mutante M213R), terminador Nos. C = RA8 promoter region → Rhodotorula amino acid oxidase (mutant M213R), terminator Nos.

Construcción 2 Construction 2

A = región promotora de plastocianina de cebada → región codificadora de PAT, terminador Nos A = barley plastocyanin promoter region → PAT coding region, terminator Nos

B = región promotora RA8 → región codificadora de PAT, terminador 35S; B = RA8 promoter region → PAT coding region, 35S terminator;

E = región promotora P19 → región codificadora de D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula (mutante M213R), terminador Nos. E = P19 promoter region → Rhodotorula D-amino acid oxidase coding region (M213R mutant), terminator Nos.

Ejemplo 6. Vectores polinucleotídicos para transformación de trigo. Example 6. Polynucleotide vectors for wheat transformation.

Los ejemplos 3, 4 y 5 describen la construcción de varios genes quiméricos en casetes de expresión que se clonan usualmente en Bluescript sk (por ejemplo, pBLRA8_Q01470, pBLRA8_P37967, pBLRA8_P40363, pBLB200_Q99042, pBLB200_P80324, pBLB200_Q9HGY3 y pBLB200_P24552, etc.). Opcionalmente, estos vectores se preparan a granel para la transformación de ADN directa para uso con un marcador seleccionable bombardeado conjuntamente, como pSOG35 (DHFR/metotrexato) o pUbi-Hyg (higromicina-fosfotransferasa/higromicina), según se describe en WO 98/39462. Preferiblemente, tras la preparación a granel, los vectores se linealizan usando una enzima de restricción adecuada para eliminar el gen de resistencia a ampicilina de Bluescript. Examples 3, 4 and 5 describe the construction of various chimeric genes in expression cassettes that are usually cloned in Bluescript sk (for example, pBLRA8_Q01470, pBLRA8_P37967, pBLRA8_P40363, pBLB200_Q99042, pBLB200_P80324, pBLB200_Q9H200_P, etc.). Optionally, these vectors are prepared in bulk for direct DNA transformation for use with a co-bombarded selectable marker, such as pSOG35 (DHFR / methotrexate) or pUbi-Hyg (hygromycin-phosphotransferase / hygromycin), as described in WO 98/39462 . Preferably, after bulk preparation, the vectors are linearized using a suitable restriction enzyme to remove the Bluescript ampicillin resistance gene.

Opcionalmente, mejor que usar bombardeo conjunto, dichos vectores Bluescript se transforman adicionalmente mediante ingeniería genética mediante métodos estándar, de forma que comprendan adicionalmente un gen marcador seleccionable como el gen de resistencia a kanamicina, resistencia a higromicina, resistencia a metotrexato o resistencia a glifosato, y se usan directamente. En algunos de los ejemplos previos, un gen PAT es integral al diseño del vector y, en estos casos, se puede usar opcionalmente DL-fosfinotricina para selección en alguna etapa tras la transformación. Optionally, rather than using co-bombardment, said Bluescript vectors are further engineered by standard methods, further comprising a selectable marker gene such as the kanamycin resistance, hygromycin resistance, methotrexate resistance, or glyphosate resistance gene, and are used directly. In some of the previous examples, a PAT gene is integral to the vector design and, in these cases, DL-phosphinothricin can optionally be used for selection at some stage after transformation.

Alternativamente, las casetes de expresión se eliminan en fragmentos de restricción adecuados y se clonan en vectores derivados de pIGPD9 (descrito en la Figura 12 de WO 00/66748). El uso de este vector para transformación evita la transferencia de genes marcadores de antibióticos a la planta, ya que su mantenimiento en la bacteria se basa en la complementación de un mutante de E. coli his B auxotrófico. El vector comprende un gen que expresa IGPD (el producto de HisB) y se transforma nuevamente mediante ingeniería genética para que comprenda un gen marcador seleccionable de planta, como un gen EPSPS, clonado en el sitio Xma I como, por ejemplo en pZEN16i y pZEN18i de WO 00/66748. Alternativamente, se usa un gen marcador que proporciona una selección positiva sobre manosa o xilosa (US 5767378). Alternatively, the expression cassettes are removed into suitable restriction fragments and cloned into vectors derived from pIGPD9 (described in Figure 12 of WO 00/66748). The use of this vector for transformation avoids the transfer of antibiotic marker genes to the plant, since its maintenance in the bacterium is based on the complementation of a mutant of E. coli his B auxotrophic. The vector comprises a gene that expresses IGPD (the HisB product) and is genetically engineered to comprise a plant-selectable marker gene, such as an EPSPS gene, cloned into the Xma I site, such as pZEN16i and pZEN18i of WO 00/66748. Alternatively, a marker gene that provides positive selection for mannose or xylose is used (US 5767378).

En ejemplos particulares de uso de vectores pIGPD9, se construyen plásmidos para transformación de trigo. Ejemplos ilustrativos son pZEN18_BLB200_Q99042 y pZEN18_BLRA8_Q01470. Estos son vectores derivados de pIGPD9 que comprenden el gen pZEN18 EPSPS (WO 00/66748) y, en este caso, las casetes de expresión B200i-(Q99042)Daminoácido-oxidasa-B200i o RA8-(Q01470)carboxilesterasa-nos, respectivamente. In particular examples of use of pIGPD9 vectors, plasmids are constructed for wheat transformation. Illustrative examples are pZEN18_BLB200_Q99042 and pZEN18_BLRA8_Q01470. These are vectors derived from pIGPD9 that comprise the pZEN18 EPSPS gene (WO 00/66748) and, in this case, the B200i- (Q99042) Daminoacid oxidase-B200i or RA8- (Q01470) carboxylesterase-nos expression cassettes, respectively.

Se obtienen preparaciones de ADN a gran escala para uso en transformación de plantas, usando el procedimiento Maxiprep (Qiagen), usando los protocolos proporcionados por el fabricante. Large scale DNA preparations for use in plant transformation are obtained using the Maxiprep procedure (Qiagen) using the protocols provided by the manufacturer.

Ejemplo 7. Tranformación/regeneración de trigo con polinucleótidos que comprenden genes quiméricos expresados preferentemente en estructuras reproductivas masculinas o femeninas, y que codifican enzimas capaces de oxidar D-fosfinotricina y/o D-alanina y/o D-leucina y/o D-metionina y/o D-asparragina y/o D-aspartato y/o D-glutamato Example 7. Transformation / regeneration of wheat with polynucleotides that comprise chimeric genes preferably expressed in male or female reproductive structures, and that encode enzymes capable of oxidizing D-phosphinothricin and / or D-alanine and / or D-leucine and / or D- methionine and / or D-asparagine and / or D-aspartate and / or D-glutamate

En un ejemplo, se siembran en placa embriones inmaduros (0,75-1,0 mm de longitud) de genotipo UC703, sobre medio MS que contiene 3 mg/l de 2,4-D y sacarosa al 3%. Tras aproximadamente 4 h, los embriones se siembran en placa en medio MS que contiene maltosa al 15%, sacarosa al 3% y 3 mg/l de 2,4-D, cubierto con una capa de agarosa soportada sobre papel de filtro, que contiene los mismos componentes. Los embriones se dejan plasmolizar durante 2-3 h antes del bombardeo. In one example, immature embryos (0.75-1.0 mm long) of the UC703 genotype are plated on MS medium containing 3 mg / L 2,4-D and 3% sucrose. After approximately 4 h, the embryos are plated in MS medium containing 15% maltose, 3% sucrose and 3 mg / l 2,4-D, covered with an agarose layer supported on filter paper, which contains the same components. The embryos are left to plasmolyze for 2-3 h before bombardment.

El ADN preparado según se describe en el ejemplo 6 y en los ejemplos posteriores, se precipita sobre partículas de oro de tamaño micrométrico, usando procedimientos estándar. Cuatro placas diana con 16 embriones por diana se bombardean dos veces con un dispositivo de helio de DuPont Biolistics, usando una presión de estallido de 1100 psi. Las placas se bombardean con una pantalla de trama 80 colocada entre la fase de portador y la diana. Tras el bombardeo, las dianas se colocan en la oscuridad a 25ºC durante 24 h antes de que las capas con los embriones se depositen sobre placas de medio MS que contiene sacarosa al 3% y 3 mg/l de 2,4-D. Los embriones individuales se eliminan de las láminas y se colocan directamente en medio recién preparado de la misma composición tras otras 48 h. Aproximadamente 6 semanas después del suministro de genes, el tejido se coloca sobre medio MS con 3 mg/l de 2,4-D, sacarosa al 3% y 0,2 mg/l de metotrexato, durante un período de 3 semanas. El tejido se coloca luego en medio de regeneración que comprende medio MS que contiene 1 mg/l de ribósido de zeatina y 1 mg/l de metotrexato. Tras 2 semanas de regeneración, las plántulas se colocan en contenedores estériles con medio MS de fuerza media que contiene sacarosa al 2%, 1 mg/l de ácido naftil-acético y 4 mg/l de metotrexato. DNA prepared as described in Example 6 and subsequent examples, is precipitated onto micron-sized gold particles, using standard procedures. Four target plates with 16 embryos per target are bombarded twice with a DuPont Biolistics helium device, using a burst pressure of 1100 psi. The plates are bombarded with a screen 80 screen placed between the carrier phase and the target. After bombardment, the targets are placed in the dark at 25 ° C for 24 h before the layers with the embryos are deposited on plates of MS medium containing 3% sucrose and 3 mg / l 2,4-D. The individual embryos are removed from the slides and placed directly in freshly prepared medium of the same composition after another 48 h. Approximately 6 weeks after gene delivery, the tissue is placed on MS medium with 3 mg / l 2,4-D, 3% sucrose and 0.2 mg / l methotrexate, over a period of 3 weeks. The tissue is then placed in regeneration medium comprising MS medium containing 1 mg / l zeatin riboside and 1 mg / l methotrexate. After 2 weeks of regeneration, the seedlings are placed in sterile containers with medium strength MS medium containing 2% sucrose, 1 mg / l naphthyl acetic acid and 4 mg / l methotrexate.

En particular, se bombardean conjuntamente variantes del ejemplo de los vectores que comprenden genes quiméricos expresados preferentemente en estructuras reproductivas masculinas con genes marcadores seleccionables alternativos. Así, por ejemplo, se prepara ADN de plásmidos como pBLRA8_P24552 (que expresa una D-aminoácidooxidasa) bajo el control modulable de la región promotora RA8 y se reviste sobre partículas de oro junto con pUbiHyg (un plásmido que codifica higromicina-fosfotransferasa bajo el control modulable del promotor de poliubiquitina de maíz). En este caso, la transformación y regeneración se realiza según se describió anteriormente excepto porque, a continuación del bombardeo, el medio de regeneración contiene concentraciones crecientes de higromicina entre 2 y 20 mg/l. In particular, example variants of the vectors comprising chimeric genes expressed preferentially in male reproductive structures are co-bombarded with alternative selectable marker genes. Thus, for example, plasmid DNA such as pBLRA8_P24552 (expressing a D-amino acid oxidase) is prepared under the modulable control of the RA8 promoter region and coated on gold particles together with pUbiHyg (a plasmid encoding hygromycin phosphotransferase under control modulable from the corn polyubiquitin promoter). In this case, transformation and regeneration is carried out as described above except that, following bombardment, the regeneration medium contains increasing concentrations of hygromycin between 2 and 20 mg / l.

En un ejemplo adicional, el trigo se transforma con pZEN18_BLB200_Q99042, seleccionado usando glifosato y regenerado según se describe en el ejemplo 15 de WO 00/66748. In a further example, the wheat is transformed with pZEN18_BLB200_Q99042, selected using glyphosate and regenerated as described in Example 15 of WO 00/66748.

Se extrae ADN de tejidos de hojas de plantas derivados de transformación y se realiza la PCR para la presencia del gen marcador seleccionable y del gen que codifica la D-aminoácido-oxidasa. Las plantas positivas para PCR se propagan. Durante la floración, se recogen los pistilos y anteras y se prepara ARN. La expresión de ADN se confirma mediante análisis de Northern. Además, los genes de D-aminoácido-oxidasa se expresan usando vectores pET en E. coli y se purifican parcialmente. Las bandas proteicas de la proteína expresada se obtienen por corte de un gel SDS y se usan para generar anticuerpos policlonales. Estos anticuerpos se usan para detectar la expresión en tejidos florales y otros tejidos mediante análisis de Western. DNA is extracted from tissues of plant leaves derived from transformation and PCR is performed for the presence of the selectable marker gene and the gene encoding D-amino acid oxidase. PCR positive plants are propagated. During flowering, the pistils and anthers are collected and RNA is prepared. DNA expression is confirmed by Northern analysis. Furthermore, D-amino acid oxidase genes are expressed using pET vectors in E. coli and are partially purified. Protein bands of the expressed protein are obtained by cutting an SDS gel and used to generate polyclonal antibodies. These antibodies are used to detect expression in floral and other tissues by Western analysis.

Ejemplo 8. Se aplica un método de producción eficiente de cultivos de cereal híbrido en los que se aplica DLfosfinotricina para control de malas hierbas y, al mismo tiempo, como sustancia química hibridante, y en el que la generación híbrida F1 de plantas resultante de semilla híbrida así producida es sustancialmente tolerante, tanto vegetativa como reproductivamente, a la aplicación de DL-fosfinotricina. Example 8. An efficient production method of hybrid cereal crops is applied in which DLphosphinothricin is applied for weed control and, at the same time, as a hybridizing chemical, and in which the hybrid F1 generation of plants resulting from seed hybrid thus produced is substantially tolerant, both vegetatively and reproductively, to the application of DL-phosphinothricin.

Las sustancias hibridantes químicas son caras. Sería deseable usar una sustancia relativamente barata, como un herbicida comercial, como hibridante químico. Esto lograría también mayor eficiencia, ya que el control de las malas hierbas se podría combinar con la hibridación química. Sin embargo, existen diversos problemas a solventar a fin de lograr este propósito. Primeramente, se necesitaría establecer líneas parentales masculina y femenina que sean tolerantes al herbicida en cuestión. Además, a fin de lograr la fertilidad “condicional” deseada en respuesta a la aplicación del herbicida, se necesitaría que las dos líneas se transformen por ingeniería genética de tal forma que la tolerancia al herbicida no se extienda a todos los tejidos, sino que se exprese en un tejido de forma específica, de manera que cada uno de los tejidos florales requeridos permanezca susceptible selectivamente. Por tanto, en una línea (la línea parental femenina), el grueso de la planta más el tejido femenino se tiene que volver tolerante, mientras que alguna parte crítica del tejido floral femenino tiene que permanecer susceptible a la aplicación, mientras que en la otra (la línea parental masculina), se precisa lo contrario, permaneciendo susceptible sólo alguna parte crítica del tejido formador de gametos femeninos. Incluso aunque esto se pudiese conseguir, queda un problema adicional por solventar respecto a la semilla híbrida y a la producción de F1. Dado que esta generación del cultivo contendría, necesariamente, al menos dos genes capaces de conferir resistencia al herbicida, sería deseable que este mismo herbicida pudiese usarse para el control de las malas hierbas en el cultivo. Sin embargo, es muy difícil concebir una combinación de herbicidas, regiones promotoras específicas de tejido y genes de tolerancia que permita este uso del mismo herbicida en la generación F1. Sería probable que el cultivo híbrido presentase tolerancia vegetativa, pero poco o ningún rendimiento de grano, tras la aplicación de herbicida a la generación F1. Por ejemplo, para el herbicida glifosato, el mecanismo usual de resistencia es la expresión de una forma resistente de EPSP-sintasa. Es difícil identificar una región promotora o combinación de regiones promotoras que permita una expresión suficiente de un R-EPSPS en todos los tejidos y momentos distintos de, digamos, una etapa crítica en el desarrollo de los estambres o estigmas. La forma más directa a este respecto sería usar un enfoque antisentido o similar, en el que la expresión del R-EPSPS esté dirigida por un promotor inespecífico de tejido/constitutivo y suprimido sólo local y transitoriamente, por ejemplo, en los estambres, debido a la expresión de un gen EPSPS antisentido (véase por ejemplo WO 9946396). Sin embargo, en este caso la supresión de expresión en el estambre (o estigma) estaría dirigida por un gen dominante. Está claro que, para cualquier mecanismo de este tipo, la aplicación del herbicida a la generación F1 produciría un cultivo estéril, no productivo, debido a los efectos aditivos de los genes de esterilidad condicional dominantes masculinos y femeninos. Chemical hybridizing substances are expensive. It would be desirable to use a relatively cheap substance, such as a commercial herbicide, as a chemical hybridizer. This would also achieve greater efficiency, since weed control could be combined with chemical hybridization. However, there are several problems to solve in order to achieve this purpose. Firstly, it would be necessary to establish male and female parental lines that are tolerant to the herbicide in question. Furthermore, in order to achieve the desired “conditional” fertility in response to herbicide application, both lines would need to be engineered so that tolerance to the herbicide does not extend to all tissues, but express in a tissue specifically, so that each of the required floral tissues remains selectively susceptible. Therefore, in one line (the female parental line), the thickness of the plant plus the female tissue must become tolerant, while some critical part of the female floral tissue must remain susceptible to application, while in the other (the male parental line), the opposite is required, with only a critical part of the female gamete-forming tissue remaining susceptible. Even if this could be achieved, there is an additional problem to solve regarding hybrid seed and F1 production. Since this generation of the crop would necessarily contain at least two genes capable of conferring resistance to the herbicide, it would be desirable if this same herbicide could be used for the control of weeds in the crop. However, it is very difficult to conceive of a combination of herbicides, tissue-specific promoter regions and tolerance genes that allows this use of the same herbicide in the F1 generation. It would be probable that the hybrid culture presented vegetative tolerance, but little or no grain yield, after the application of herbicide to the F1 generation. For example, for the glyphosate herbicide, the usual mechanism of resistance is the expression of a resistant form of EPSP synthase. It is difficult to identify a promoter region or combination of promoter regions that allows sufficient expression of an R-EPSPS in all tissues and at times other than, say, a critical stage in the development of stamens or stigmas. The most direct way in this regard would be to use an antisense or similar approach, in which the expression of R-EPSPS is driven by a tissue / constitutive non-specific promoter and only locally and transiently suppressed, for example in stamens, due to expression of an antisense EPSPS gene (see eg WO 9946396). However, in this case the suppression of expression in the stamen (or stigma) would be directed by a dominant gene. It is clear that, for any such mechanism, application of the herbicide to the F1 generation would produce a sterile, non-productive culture, due to the additive effects of the dominant male and female conditional sterility genes.

La presente invención proporciona un método para solventar el problema de permitir el uso de un herbicida comercial barato, DL-fosfinotricina, como control de malas hierbas y sustancia hibridante en la producción de cereales híbridos y, proporcionando tal método además, cereales o arroz híbridos resultantes, en el que se puede usar DL-fosfinotricina (o L-fosfinotricina) de forma segura para el control de malas hierbas sin pérdida sustancial de rendimiento. Como ventaja adicional, la semilla homogénea de la generación F1, que puede crecer más tarde como planta de regeneración natural en cultivos posteriores, será más fácil de manejar ya que, será por sí misma generalmente estéril si se pulveriza con cantidades controladas de DL-fosfinotricina. Lo mismo ocurrirá con la progenie del polen entrecruzado de las plantas F1 para malas hierbas (p.ej. arroz rojo) u otros cereales. La presente invención proporciona genes y enzimas que convierten un componente no fitotóxico, D-fosfinotricina, de una formulación de DL-fosfinotricina de herbicida comercial, en la forma L activa. El gen PAT, que convierte L-fosfinotricina en N-acetil-L-fosfinotricina es conocido y se usa comercialmente para proporcionar tolerancia a DL-fosfinotricina en cultivos. Una observación adicional crítica que guarda relación con el presente ejemplo es que, sorprendentemente, se descubrió que el trigo que contenía el gen PAT bajo el control de expresión modulable de la región promotora de plastocianina de cebada, es sustancialmente tolerante reproductivamente a la aplicación de DL-fosfinotricina en proporciones de al menos 2 kg/ha. Por tanto, una característica crítica de las construcciones descritas en el ejemplo 5, que se usan para proporcionar las plantas del presente ejemplo, es que el gen PAT, que proporciona la característica de resistencia, se expresa bajo el control modulable de una región promotora que proporciona la expresión sustancialmente sólo en los tejidos verdes. Una característica de tal región promotora útil es que debería expresar PAT de tal forma que proteja adecuadamente todos los tejidos florales no verdes de la DL-fosfinotricina aplicada foliarmente, mientras que proporcione, al mismo tiempo, sólo un nivel mínimo de expresión de PAT en el tejido floral propiamente dicho, y especialmente baja en aquellas partes a las que se dirige la esterilidad condicional. Con PAT expresado bajo el control de la región promotora de plastocianina de cebada, esta condición parece cumplirse, ya que sustancialmente toda la L-fosfinotricina que se pulveriza entra vía las hojas, se intercepta y se convierte en N-acetil-L-fosfinotricina no tóxica, antes de ser translocada a los tejidos florales en desarrollo. Por tanto, en la presente invención, la L-fosfinotricina que produce los efectos de esterilidad selectiva de tejido en las líneas parentales, se genera sólo transitoria y localmente de D-fosfinotricina no fitotóxica móvil a través del floema, vía D-aminoácido-oxidasa. Asociando exactamente los elementos de control florales que dirigen la expresión de PAT con aquellos elementos que dirigen la expresión de la D-aminoácido-oxidasa en el par complementario de construcciones (ejemplo 5), se asegura que, en el híbrido de F1, la explosión transitoria de L-fosfinotricina en el tejido floral diana sea rápidamente neutralizada por una explosión correspondiente de la expresión de PAT al mismo tiempo y en el mismo tejido local. Por tanto, la aplicación del herbicida induce un efecto de no esterilidad en el híbrido. Sin embargo, en las generaciones siguientes, el PAT y la D-aminoácido-oxidasa floralmente correspondientes del híbrido, se segregarán y por tanto, una vez más, las plantas resultantes serán masculino- o femenino-estériles tras la aplicación de cantidades controladoras de DL-fosfinotricina. The present invention provides a method of solving the problem of allowing the use of a cheap commercial herbicide, DL-phosphinothricin, as a weed control and hybridizing substance in the production of hybrid cereals and, providing such a method in addition, resulting hybrid cereals or rice. , in which DL-phosphinothricin (or L-phosphinothricin) can be used safely for weed control without substantial loss of performance. As an added bonus, homogeneous F1 generation seed, which can later grow as a naturally regenerating plant in subsequent crops, will be easier to handle since it will itself be generally sterile if sprayed with controlled amounts of DL-phosphinothricin . The same will be true of the cross pollen progeny of F1 plants for weeds (eg red rice) or other cereals. The present invention provides genes and enzymes that convert a non-phytotoxic component, D-phosphinothricin, to a commercial herbicide DL-phosphinothricin formulation into the active L-form. The PAT gene, which converts L-phosphinothricin to N-acetyl-L-phosphinothricin, is known and is used commercially to provide tolerance to DL-phosphinothricin in cultures. A further critical observation relating to the present example is that, surprisingly, wheat containing the PAT gene under the control of modulatory expression of the barley plastocyanin promoter region was found to be substantially reproductively tolerant to the application of DL -phosphinothricin in proportions of at least 2 kg / ha. Therefore, a critical feature of the constructs described in Example 5, which are used to provide the plants of the present example, is that the PAT gene, which provides the resistance characteristic, is expressed under the modulable control of a promoter region that it provides expression substantially only in green tissues. A feature of such a useful promoter region is that it should express PAT in a way that adequately protects all non-green flower tissues from foliar applied DL-phosphinothricin, while providing, at the same time, only a minimal level of PAT expression in the floral fabric itself, and especially low in those parts to which conditional sterility is directed. With PAT expressed under the control of the barley plastocyanin promoter region, this condition appears to be met, since substantially all of the L-phosphinothricin that is sprayed enters via the leaves, is intercepted, and is converted to non-N-acetyl-L-phosphinothricin. toxic, before being translocated to developing floral tissues. Therefore, in the present invention, the L-phosphinothricin that produces the effects of selective tissue sterility in the parental lines, is generated only temporarily and locally by mobile non-phytotoxic D-phosphinothricin through the phloem, via D-amino acid oxidase . By associating exactly the floral control elements that direct the expression of PAT with those elements that direct the expression of D-amino acid oxidase in the complementary pair of constructs (Example 5), it is ensured that, in the F1 hybrid, the explosion Transient L-phosphinothricin in the target floral tissue is rapidly neutralized by a corresponding explosion of PAT expression at the same time and in the same local tissue. Therefore, the application of the herbicide induces a non-sterility effect in the hybrid. However, in subsequent generations, the floral-corresponding PAT and D-amino acid oxidase of the hybrid will segregate and therefore, once again, the resulting plants will be male- or female-sterile after application of controlling amounts of DL -phosphinothricin.

Usando los métodos descritos en los ejemplos 6 y 7, las construcciones descritas en el ejemplo 5 se transforman en trigo o (usando métodos de vectores superbinarios estándar) arroz, que se selecciona y regenera en plántulas. Usando métodos esencialmente como los descritos en los ejemplos 1 y 2, se seleccionan los eventos transformantes de T0 (usando propagación clonal de retoños para mantener las líneas sin tratar) y eventos adecuados para reproducir, alternativamente, líneas parentales consanguíneas masculinas que son condicionalmente femenino-estériles, dependientes de la aplicación de DL-fofinotricina o líneas consanguíneas femeninas que son condicionalmente masculino-estériles, dependientes de la aplicación de DL-fosfinotricina. Las mejores líneas presentan la mejor tolerancia a herbicida, mínima perdida de rendimiento, el fenotipo más claro de esterilidad condicional, etc. Se seleccionan las líneas parentales alternativas masculina y femenina y, opcionalmente, se retrocruzan en líneas de élite adecuadas durante varias generaciones. Los insertos genéticos en estos eventos seleccionados finalmente están totalmente caracterizados como lo está la genética de la herencia de las características de fertilidad condicional y resistencia a herbicida, y las características de los productos génicos expresados. Using the methods described in Examples 6 and 7, the constructs described in Example 5 are transformed into wheat or (using standard superbinary vector methods) rice, which is selected and regenerated into seedlings. Using methods essentially as described in Examples 1 and 2, we select the transforming events of T0 (using clonal propagation of shoots to keep the lines untreated) and suitable events to alternatively reproduce male inbred parental lines that are conditionally female- sterile, dependent on the application of DL-fofinotricina or female inbred lines that are conditionally masculine-sterile, dependent on the application of DL-fosfinotricina. The best lines have the best herbicide tolerance, minimal loss of performance, the clearest phenotype of conditional sterility, etc. Alternate male and female parental lines are selected and optionally backcrossed into suitable elite lines for several generations. The genetic inserts in these selected events are finally fully characterized as are the inheritance genetics of the characteristics of conditional fertility and herbicide resistance, and the characteristics of the expressed gene products.

Las líneas parentales femenina y masculina así seleccionadas, se plantan entonces juntas de forma intercalada, en proporciones adecuadas en un terreno, y se pulverizan con DL-fosfinotricina en una proporción adecuada entre 0,05 y 5 kg/ha y a un ritmo hasta el período de floración temprana, seleccionado para optimizar la producción de semilla híbrida. La semilla así producida tiene la ventaja de que originará plantas que no se benefician sólo del vigor de los híbridos, sino que son también tolerantes a las formulaciones herbicidas que contienen DL-fosfinotricina, que pueden usar, por tanto, para el control de las malas hierbas. La semilla híbrida tiene también la ventaja de que el rasgo de tolerancia a herbicida que expresa sólo se transmitirá de forma incompleta a las generaciones homogéneas futuras o exocruzadas con malas hierbas relacionadas. Por tanto, por ejemplo, el arroz híbrido resultante de esta invención se puede cultivar usando DL-fosfinotricina como sustancia de control de malas hierbas, sin pérdida significativa de rendimiento. Sin embargo, las generaciones futuras de plantas de arroz rojo que se generen como la progenie procedente del exocruzamiento de arroz híbrido con genitores femeninos de arroz rojo, serán tolerantes vegetativamente al tratamiento con DL-fofinotricina, pero tienen autofertilidad reducida (debido a la expresión de una D-aminoácido-oxidasa en el tejido floral) y, por tanto, producen poco grano. Por tanto, usando el arroz híbrido de la presente invención, se puede usar DLfosfinotricina para el control de las malas hierbas con un riesgo futuro muy reducido de contaminación del grano con arroz rojo, como resultado de que el rasgo de resistencia a herbicida se haya exocruzado hacia el arroz rojo, estrechamente relacionado. De forma similar, las plantas de regeneración natural de la segunda generación, que se generan del cultivo híbrido, no producirán grano, en su mayor parte, tras pulverización con DL-fosfinotricina. The female and male parental lines thus selected are then planted interleaved together, in suitable proportions in a field, and sprayed with DL-phosphinothricin in a suitable proportion between 0.05 and 5 kg / ha and at a rate up to the period Early flowering, selected to optimize hybrid seed production. The seed thus produced has the advantage that it will originate plants that not only benefit from the vigor of the hybrids, but are also tolerant to herbicidal formulations containing DL-phosphinothricin, which they can therefore use to control weeds. herbs. Hybrid seed also has the advantage that the herbicide tolerance trait it expresses will only be incompletely transmitted to future homogeneous or exocruced generations of related weeds. Thus, for example, the hybrid rice resulting from this invention can be grown using DL-phosphinothricin as a weed control substance, without significant yield loss. However, future generations of red rice plants that are generated as progeny from hybrid rice exocrossing with female red rice generators will be vegetatively tolerant to DL-phinothricin treatment, but have reduced self-fertility (due to expression of a D-amino acid oxidase in the floral tissue) and therefore produce little grain. Therefore, using the hybrid rice of the present invention, DLphosphinothricin can be used for weed control with a greatly reduced future risk of contamination of the grain with red rice, as a result of the herbicide resistance trait being exocruciated towards red rice, closely related. Similarly, second generation natural regeneration plants, which are generated from the hybrid crop, will not produce grain, for the most part, after spraying with DL-phosphinothricin.

Ejemplo 9. Mutagénesis dirigida para generar genes que codifican D-aminoácido-oxidasas que oxidan Dfosfinotricina. Example 9. Targeted mutagenesis to generate genes encoding D-amino acid oxidases that oxidize Dphosphinothricin.

Este ejemplo se refiere a la producción de genes que codifican variantes de D-aminoácido-oxidasa de R. gracilis que tienen una capacidad mejorada para oxidar D-fosfinotricina. Estos genes se usan en realizaciones preferidas de la invención, descritas en los otros ejemplos, en las que la esterilidad se hace condicional tras la aplicación de Dfosfinotricina. En el presente ejemplo, estos genes codifican enzimas que tienen un único cambio de aminoácido en la posición “213” y/o en la posición “238”. La metionina en posición “213” se identifica como M en el motivo de la secuencia de la proteína nativa RCTMDSS. La tirosina en posición 238 se identifica como la “Y” en el motivo de la secuencia de la proteína nativa GGTYGVG. Hay muchos enfoques conocidos en la técnica para proporcionar una serie de genes que codifican una serie de variantes de D-aminoácido-oxidasa con cambios de aminoácido en una o ambas de estas posiciones. La elección del ADN molde para la mutagénesis depende también del uso. Así, por ejemplo, cuando el uso al que se destina el gen mutante es para expresión en plantas, entonces un punto de partida adecuado es un ADN sintético que codifica una D-aminoácido-oxidasa de R. gracilis, como SEQ ID Nº 7. Por otra parte, cuando el uso inmediato al que se destina el gen mutante es para rondas posteriores de mutagénesis y mejora en un sistema de selección basado en levaduras (como en el ejemplo 10), entonces la secuencia de ADN nativa (opcionalmente mejorada para expresión en S. cerevisiae) es más adecuada. This example relates to the production of genes encoding R. gracilis D-amino acid oxidase variants that have an enhanced ability to oxidize D-phosphinothricin. These genes are used in preferred embodiments of the invention, described in the other examples, where sterility is made conditional upon application of Dphosphinothricin. In the present example, these genes encode enzymes that have a single amino acid change at position "213" and / or at position "238". Methionine at position "213" is identified as M in the sequence motif of the native protein RCTMDSS. Tyrosine at position 238 is identified as "Y" in the motif of the native GGTYGVG protein sequence. There are many approaches known in the art to provide a series of genes encoding a series of D-amino acid oxidase variants with amino acid changes at one or both of these positions. The choice of template DNA for mutagenesis also depends on the use. Thus, for example, when the intended use of the mutant gene is for expression in plants, then a suitable starting point is synthetic DNA encoding a R. gracilis D-amino acid oxidase, such as SEQ ID No. 7. On the other hand, when the immediate use of the mutant gene is for subsequent rounds of mutagenesis and enhancement in a yeast-based selection system (as in Example 10), then the native DNA sequence (optionally enhanced for expression in S. cerevisiae) it is more suitable.

Un método preferido para proporcionar variantes adecuadas de D-aminoácido-oxidasa de R. gracilis es a través del uso de oligonucleótidos degenerados, usando el kit de mutagénesis Quickchange de Stratagene. Los métodos se usan según las instrucciones del fabricante. A preferred method of providing suitable variants of R. gracilis D-amino acid oxidase is through the use of degenerate oligonucleotides, using the Stratagene Quickchange Mutagenesis Kit. The methods are used according to the manufacturer's instructions.

Por ejemplo, (en el caso en el que la secuencia de ADN nativa de R. gracilis que codifica D-aminoácido-oxidasa sea el molde de ADN para mutagénesis), parejas de oligonucleótidos degenerados “inicial” (RGMUTTOP) y “final” (RGMUTBOT) pueden tener de forma adecuada 50-250 nucleótidos de longitud y estar diseñadas para comprender en su seno, regiones de secuencia como sigue: For example, (in the case where the native R. gracilis DNA sequence encoding D-amino acid oxidase is the template DNA for mutagenesis), pairs of degenerate "start" (RGMUTTOP) and "end" oligonucleotides ( RGMUTBOT) may suitably be 50-250 nucleotides in length and designed to comprise within it sequence regions as follows:

RGMUTTOP comprende una secuencia (SEQ ID Nº 8) RGMUTTOP comprises a sequence (SEQ ID No. 8)

tccccatgcaagcgatgcacgNNNgactcgtccgaccccgcttctcccgcctacatcattccccgaccaggiggcgaagtcatctgcggcgggacgNNNggcgtgg gagactgggacttg. tccccatgcaagcgatgcacgNNNgactcgtccgaccccgcttctcccgcctacatcattccccgaccaggiggcgaagtcatctgcggcgggacgNNNggcgtgg gagactgggacttg.

RGMUTBOT comprende una secuencia (SEQ ID Nº 9) RGMUTBOT comprises a sequence (SEQ ID No. 9)

caagtcccagtctcccacgccNNNcgtcccgccgcagatgacttcgccacctggtcggggaatgatgtaggcgggagaagcggggtcggacgagtcNNNcgtgca tcgcttgcatgggga. caagtcccagtctcccacgccNNNcgtcccgccgcagatgacttcgccacctggtcggggaatgatgtaggcgggagaagcggggtcggacgagtcNNNcgtgca tcgcttgcatgggga.

Además, estos dos oligonucleótidos RGMUTTOP y RGMUTBOT comprenden en cada extremo secuencias que, una vez que los dos oligonucleótidos están hibridados entre sí, constituyen extremos 5’ y 3’ que se corresponderán exactamente con los extremos creados cuando el molde de ADN se corta en un par adecuado de sitios de restricción únicos (es decir, diseñados de forma que los oligonucleótidos hibridados pueden reemplazar un fragmento de restricción único cortado del ADN molde que codifica la D-aminoácido-oxidasa). Furthermore, these two oligonucleotides RGMUTTOP and RGMUTBOT comprise at each end sequences that, once the two oligonucleotides are hybridized to each other, constitute 5 'and 3' ends that will correspond exactly to the ends created when the DNA template is cut into a suitable pair of unique restriction sites (ie designed such that hybridized oligonucleotides can replace a single restriction fragment cut from the template DNA encoding D-amino acid oxidase).

Se transfieren 0,5 a 1,0 μg de cada oligonucleótido a un tubo de centrífuga de Eppendorf de 0,5 ml y se calienta a una temperatura adecuada (p.ej., 94 ºC, dependiendo de los puntos de fusión calculados), durante 5 minutos, y se hibrida lentamente enfriando hasta temperatura ambiente. El ADN molde (por ejemplo el vector transportador de levadura pYES6/CT) se corta entonces con dos enzimas de restricción (según los dos únicos sitios de restricción en el ADN molde que abarcan la región que incluye los dos codones a reemplazar y que caracterizan los extremos del ADN hibridado), se purifica en gel, se liga con el oligonucleótido hibridado y se transforma en levadura como se describe, por ejemplo, en el ejemplo 19, de forma que las D-aminoácido-oxidasas alternativas, creadas por mutagénesis, se expresan en levadura. Luego, según se describe, se seleccionan los clones de levadura que producen el mejor rendimiento en análogos de D-fosfinotricina (como ácido D-homocistéico) o en D-fosfinotricina (cuando se coexpresa el gen PAT) como única fuente de nitrógeno, como aquéllos que contienen las secuencias que codifican una variante de D-aminoácidooxidasa con las propiedades deseadas. Alternativamente, la expresión de D-aminoácido-oxidasa se realiza en algún microorganismo distinto de levadura y, por ejemplo, bajo el control de expresión del promotor t7 de un vector pET en un lisógeno de E. coli. En este caso, tras la transformación, se pueden recoger colonias individuales, sembrar réplicas en placa, cultivar, inducir, lisar y seleccionar para la actividad de sustrato deseada frente a D-fosfinotricina, usando métodos conocidos en la técnica (por ejemplo, una selección fluorimétrica para generación de peróxido o un ensayo colorimétrico para generación de amoníaco). Los clones de levadura u otros microorganismos así seleccionados se cultivan, se prepara ADN y se clona la secuencia de ADN completa de D-aminoácido-oxidasa vía corrección de pruebas por PCR y clonación en pCRBluntII, usando el kit Zero Blunt TOPO de Invitrogen. Se determinan las secuencias codificadoras de D-aminoácido-oxidasa que caracterizan los clones seleccionados. Estas secuencias codificadoras de D-aminoácido-oxidasa se subclonan nuevamente para expresión en un vector pET (p.ej. Novagen pET 24a), y se transforman en E. coli BL21 DE3. Las células se cultivan en un fermentador en medio LCM50 que contiene 100 μg/ml de kanamicina, se inducen con IPTG, se recogen, se rompen y el extracto se purifica parcialmente y se ensaya para actividad D-aminoácido-oxidasa (según se detalla más adelante). Se seleccionan genes de D-aminoácido-oxidasa que codifican enzimas D-aminoácido-oxidasas que producen una estabilidad aceptable y la actividad más elevada (kcat/Km) por mg de proteína pura frente a D-fosfinotricina a pH 7,0. 0.5 to 1.0 µg of each oligonucleotide is transferred to a 0.5 ml Eppendorf centrifuge tube and heated to a suitable temperature (eg, 94 ° C, depending on the calculated melting points), for 5 minutes, and hybridize slowly, cooling to room temperature. The template DNA (for example the yeast transporter vector pYES6 / CT) is then cut with two restriction enzymes (according to the only two restriction sites in the template DNA that span the region that includes the two codons to be replaced and that characterize the ends of the hybridized DNA), gel purified, ligated with the hybridized oligonucleotide, and transformed into yeast as described, for example, in Example 19, so that alternative D-amino acid oxidases, created by mutagenesis, were express in yeast. Then, as described, the yeast clones that produce the best yield are selected in D-phosphinothricin analogs (such as D-homocysteic acid) or in D-phosphinothricin (when the PAT gene is co-expressed) as the sole source of nitrogen, such as those that contain the sequences that encode a variant of D-amino acid oxidase with the desired properties. Alternatively, D-amino acid oxidase expression is performed in some microorganism other than yeast and, for example, under the control of the expression of the t7 promoter of a pET vector in an E. coli lysogen. In this case, after transformation, individual colonies can be harvested, plated replicas, cultured, induced, lysed, and screened for the desired substrate activity against D-phosphinothricin, using methods known in the art (eg, screening fluorimetric for generation of peroxide or a colorimetric test for generation of ammonia). Yeast clones or other microorganisms thus selected are cultured, DNA prepared and the entire DNA sequence of D-amino acid oxidase cloned via PCR proofreading and cloning into pCRBluntII, using the Zero Blunt TOPO kit from Invitrogen. The D-amino acid oxidase coding sequences that characterize the selected clones are determined. These D-amino acid oxidase coding sequences are subcloned again for expression in a pET vector (eg Novagen pET 24a), and transformed into E. coli BL21 DE3. Cells are grown in a fermenter in LCM50 medium containing 100 µg / ml kanamycin, induced with IPTG, harvested, disrupted, and the extract partially purified and assayed for D-amino acid oxidase activity (as detailed further). ahead). D-amino acid oxidase genes that encode D-amino acid oxidase enzymes that produce acceptable stability and the highest activity (kcat / Km) per mg of pure protein against D-phosphinothricin at pH 7.0 are selected.

Adicionalmente, se genera una serie de secuencias de ADN particulares, que codifican enzimas D-aminoácido-oxidasa particularmente dirigidas a diana. En particular, genes que codifican D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula gracilis con una arginina, serina, cisteína, lisina, asparragina o alanina reemplazando la metionina en posición 213 y/o una histidina, serina, cisteína, asparragina o alanina reemplazando la tirosina en posición 238. Los métodos usados son los mismos que los descritos anteriormente, excepto porque, más que una mezcla de oligonucleótidos, se diseñan pares individuales de oligonucleótidos, y se usan para efectuar cada cambio sencillo o doble de aminoácidos. Cada secuencia codificadora de D-aminoácido-oxidasa mutante resultante se clona para expresión (no etiquetada) detrás del promotor T7 en Pet 24A de Novagen, y se transforman en E. coli BL21 DE3. Las células se cultivan en un fermentador de 1,0 l, en medio LCM50 complementado con 100 μg/ml de kanamicina, se inducen para expresión con IPTG 1 Mm y se recogen mediante centrifugación a baja velocidad. Additionally, a series of particular DNA sequences are generated, encoding D-amino acid oxidase enzymes particularly targeting. In particular, genes encoding Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase with an arginine, serine, cysteine, lysine, asparagine or alanine replacing methionine at position 213 and / or a histidine, serine, cysteine, asparagine or alanine replacing tyrosine in position 238. The methods used are the same as those described above, except that, rather than a mixture of oligonucleotides, individual pairs of oligonucleotides are designed, and used to effect each single or double amino acid change. Each resulting mutant D-amino acid oxidase coding sequence is cloned for expression (unlabelled) behind the T7 promoter in Novagen's Pet 24A, and transformed into E. coli BL21 DE3. Cells are grown in a 1.0 L fermenter, in LCM50 medium supplemented with 100 µg / ml Kanamycin, induced for expression with 1 Mm IPTG and harvested by low speed centrifugation.

El medio LCM5 contiene (en 1 litro) LCM5 medium contains (in 1 liter)

KH2PO4 (3 g), Na2HPO4 (6 g), NaCl (0,5 g), hidrolizado de caseína (Oxoid) (2 g), (NH4)2SO4 (10 g), extracto de levadura (Difco (10 g), glicerol (35 g) (estos ingredientes se obtienen en solución y se esterilizan en autoclave). Los siguientes ingredientes adicionales se esterilizan por filtración en forma de soluciones y se añaden a los medios: MgSO4 (2,5 ml de solución 246,5 mg/ml). Tiamina.HCl (1 ml de solución 8 mg/ml); CaCl2.2H2O (0,2 ml de solución 147 g/l); *FeSO4.7H2O/ácido cítrico de reserva (2 ml); **elementos traza en solución (5 ml), y se completa hasta 1 litro. KH2PO4 (3 g), Na2HPO4 (6 g), NaCl (0.5 g), casein hydrolyzate (Oxoid) (2 g), (NH4) 2SO4 (10 g), yeast extract (Difco (10 g), glycerol (35 g) (these ingredients are obtained in solution and autoclaved.) The following additional ingredients are filter sterilized in solutions and added to the media: MgSO4 (2.5 ml of 246.5 mg solution / ml) .Thiamine.HCl (1 ml of 8 mg / ml solution); CaCl2.2H2O (0.2 ml of 147 g / l solution); * FeSO4.7H2O / reserve citric acid (2 ml); ** trace elements in solution (5 ml), and make up to 1 liter.

*FeSO4.7H2O/solución de reserva de ácido cítrico por 100 ml consiste en FeSO4.7H2O (0,415 mg), ácido cítrico (0,202 mg). * FeSO4.7H2O / citric acid stock solution per 100 ml consists of FeSO4.7H2O (0.415 mg), citric acid (0.202 mg).

** La composición de la solución de elementos traza por 1 ml es AlCl3.6 H2O (20 mg), CoCl2.6 H2O (8 mg), KCo(SO4)2.12 H2O (2 mg), CuCl2,H2O (2 mg), H3BO3 (1 mg), KI (20 mg), MnSO4.H2O (0,8 mg), Na2MoO4.2H2O (4 mg), ZnSO4.7H2O (4 mg). ** The composition of the trace element solution per 1 ml is AlCl3.6 H2O (20 mg), CoCl2.6 H2O (8 mg), KCo (SO4) 2.12 H2O (2 mg), CuCl2, H2O (2 mg) , H3BO3 (1 mg), KI (20 mg), MnSO4.H2O (0.8 mg), Na2MoO4.2H2O (4 mg), ZnSO4.7H2O (4 mg).

Se lavan en agua aproximadamente 7 g de peso húmedo de células. Las células se vuelven a suspender en un volumen igual de tampón KOH/Mops 50 mM a pH 7,0, que contiene EDTA 2 mM, DTT 2 mM y FAD 0,01 mM. Las células se ponen en suspensión uniformemente usando un homogeneizador de vidrio y luego se disgregan usando una cabeza golpeadora del disgregador Basic Z cell de Constant Systems (BudBrooke Rd., Warwick, U.K.), a 93.079 KPa. El extracto bruto se mantiene frío (~ 4 ºC), se centrifuga a 30.000 gav durante 1 h y se desecha el pellet. Algo de la proteína extraída se corre sobre un gel SDS-PAGE teñido con azul de Coomassie y, mediante comparación lado a lado con extractos de células preparados de forma similar que contienen sólo vector pET “vacío” se estima que 2-50% de la proteína soluble total en el extracto es D-aminoácido-oxidasa. Algo de la proteína extraída se intercambia en tampónMops/KOH 50 mM a pH 7,0 que contiene FAD 0,01 mM. Ésta se diluye con el mismo tampón en una célula de electrodo de oxígeno estándar (calibrada a 25 ºC entre cero y una concentración de oxígeno saturada). Opcionalmente, la Daminoácido-oxidasa se purifica nuevamente usando intercambio de iones, fenil-sefarosa, precipitación fraccionada en sulfato amónico y filtración en gel. Los ensayos, a 25 ºC, se inician mediante adición de una solución 200 mM de la sal de amonio de DL-fosfinotricina a la enzima diluida. El volumen de reacción final en la célula del electrodo de oxígeno es 2 ml. Se miden las proporciones de consumo de oxígeno (tras eliminación de cualquier deriva en la línea de bases). La forma mutante M213R (sustitución de arginina por metionina) de la D-aminoácido-oxidasa de R. gracilis oxida la DLfosfinotricina en una proporción de ~14 nmol/min/mg de proteína del extracto bruto (siendo la pureza estimada de la Daminoácido-oxidasa en el extracto de 35 +/- 15% de la proteína total). La forma mutante M213S (sustitución de arginina por metionina) de la D-aminoácido-oxidasa de R. gracilis oxida la DL-fosfinotricina en una proporción de ~4 nmol/min/mg de proteína del extracto bruto (siendo la pureza estimada de la D-aminoácido-oxidasa en el extracto de 35 +/- 15% de la proteína total). En experimentos de control, la forma L pura no se oxida nada y, dependiendo de la concentración, la forma D pura se oxida hasta dos veces la proporción en que se oxida la forma DL. Bajo condiciones similares, la Daminoácido-oxidasa de R. gracilis nativa (sin mutar), no presenta ninguna capacidad significativa (<0,4 nmol/min/mg) de oxidar DL- o D-fosfinotricina. About 7 g of wet cell weight are washed in water. The cells are resuspended in an equal volume of 50mM KOH / Mops buffer at pH 7.0, containing 2mM EDTA, 2mM DTT and 0.01mM FAD. The cells are uniformly suspended using a glass homogenizer and then disaggregated using a Basic Z cell disruptor stripping head from Constant Systems (BudBrooke Rd., Warwick, U.K.), at 93,079 KPa. The crude extract is kept cold (~ 4 ºC), centrifuged at 30,000 gav for 1 h and the pellet is discarded. Some of the extracted protein is run on a Coomassie blue stained SDS-PAGE gel and, by side-by-side comparison with similarly prepared cell extracts containing only "empty" pET vector, it is estimated that 2-50% of the Total soluble protein in the extract is D-amino acid oxidase. Some of the extracted protein is exchanged in 50 mM Mops / KOH buffer at pH 7.0 containing 0.01 mM FAD. This is diluted with the same buffer in a standard oxygen electrode cell (calibrated at 25 ° C between zero and a saturated oxygen concentration). Optionally, Daminoacid oxidase is further purified using ion exchange, phenyl-sepharose, ammonium sulfate fractional precipitation and gel filtration. Assays at 25 ° C are initiated by adding a 200mM solution of the DL-phosphinothricin ammonium salt to the diluted enzyme. The final reaction volume in the oxygen electrode cell is 2 ml. The proportions of oxygen consumption are measured (after elimination of any drift at the baseline). The mutant form M213R (substitution of arginine for methionine) of R. gracilis D-amino acid oxidase oxidizes DLphosphinothricin at a ratio of ~ 14 nmol / min / mg protein from crude extract (the estimated purity of Daminoacid being - oxidase in the extract of 35 +/- 15% of the total protein). The mutant form M213S (substitution of arginine for methionine) of R. gracilis D-amino acid oxidase oxidizes DL-phosphinothricin at a ratio of ~ 4 nmol / min / mg protein from crude extract (the estimated purity of the D-amino acid oxidase in the extract of 35 +/- 15% of the total protein). In control experiments, the pure L-form is not oxidized at all and, depending on the concentration, the pure D-form is oxidized up to twice the proportion that the DL-form is oxidized. Under similar conditions, the native R. gracilis Daminoacid oxidase (unmutated) does not show any significant capacity (<0.4 nmol / min / mg) to oxidize DL- or D-phosphinothricin.

Ejemplo 10. Mutación y selección para generar genes de D-aminoácido-oxidasa que codifican enzimas con especificidad mejorada (kcat/Km) para la oxidación de D-fosfinotricina. Example 10. Mutation and selection to generate D-amino acid oxidase genes encoding enzymes with improved specificity (kcat / Km) for D-phosphinothricin oxidation.

La secuencia que codifica D-aminoácido-oxidasa nativa de Rhodotorula gracilis se clona en el vector portador pYES6/CT de Invitrogen, como un fragmentos HindIII/PmeI, aguas abajo del promotor GAL1. de forma similar, la secuencia que codifica la D-aminácido-oxidasa nativa de Rhodotorula, se clona en el vector portador de expresión de proteína pAUR123 (Panvera) como un fragmento XhaI, aguas abajo del promotor constitutivo ADH1. La construcción de estos vectores se realiza en E. coli, seguida de transformación en Saccharomyces cerevisiae S288C. Cuando sea apropiado, el gen PAT se usa para reemplazar los genes de resistencia a antibióticos blasticidina o aureobasidina en los vectores pYES6/CT/pAUR123, respectivamente, y la DL-fosfinotricina, mejor que el antibiótico, se usa para mantener la selección. Además, las secuencias que codifican los genes M213R o M213S, o M213S, Y238S o las formas mutantes de D-aminoácido-oxidasa de Rhodotorula, se clonan en lugar de la secuencia que codifica la forma silvestre. The sequence encoding native Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase is cloned into the Invitrogen carrier vector pYES6 / CT, as a HindIII / PmeI fragment, downstream of the GAL1 promoter. similarly, the sequence encoding Rhodotorula native D-amino acid oxidase is cloned into the protein expression carrier vector pAUR123 (Panvera) as an XhaI fragment downstream of the constitutive promoter ADH1. The construction of these vectors is carried out in E. coli, followed by transformation in Saccharomyces cerevisiae S288C. When appropriate, the PAT gene is used to replace blasticidin or aureobasidine antibiotic resistance genes in vectors pYES6 / CT / pAUR123, respectively, and DL-phosphinothricin, better than the antibiotic, is used to maintain selection. Furthermore, sequences encoding the M213R or M213S genes, or M213S, Y238S, or mutant forms of Rhodotorula D-amino acid oxidase, are cloned in place of the sequence encoding the wild-type.

Se crean variantes mutantes adicionales de D-aminoácido-oxidasa, usando varios métodos de mutagénesis. Por ejemplo, se generan múltiples variantes de la secuencia que codifica D-aminoácido-oxidasa, mediante PCR envenenada con Mn2+, la población mixta se clona frente a los promotores GAL1 o ADH1 de los dos vectores portadores, se transforma en levadura y se realiza la selección basada en la capacidad de la nueva secuencia para conferir a la levadura la capacidad de crecer en ácido D-homocistéico como única fuente de nitrógeno. Alternativamente, la mutación y selección se realiza directamente sobre la levadura transformada. Por ejemplo, se cultivan levaduras transformadas con los plásmidos anteriores en un fermentador, en presencia de un mutágeno químico como EMS, en un medio de cultivo con nitrógeno limitado, que contiene ácido D-homocistéico 10-50 mM o (en caso de que se exprese el gen PAT), DL-fosfinotricina 20-100 mM, y se inducen para expresión de D-aminoácido-oxidasa (p.ej., cultivando sobre galactosa como fuente de carbono). Tras sucesivos subcultivos, se identifican los subcultivos que crecen en ácido D-homocistéico Additional mutant D-amino acid oxidase variants are created using various methods of mutagenesis. For example, multiple variants of the D-amino acid oxidase-encoding sequence are generated by Mn2 + poisoned PCR, the mixed population is cloned against the GAL1 or ADH1 promoters of the two carrier vectors, transformed into yeast, and the selection based on the ability of the new sequence to confer on the yeast the ability to grow on D-homocysteic acid as the sole source of nitrogen. Alternatively, the mutation and selection is done directly on the transformed yeast. For example, yeasts transformed with the above plasmids are cultured in a fermenter, in the presence of a chemical mutagen such as EMS, in a culture medium with limited nitrogen, containing 10-50 mM D-homocystic acid or (if express the PAT gene), 20-100 mM DL-phosphinothricin, and are induced for D-amino acid oxidase expression (eg, cultured on galactose as a carbon source). After successive subcultures, subcultures growing in D-homocystic acid are identified

o fosfinotricina como única fuente de N, se siembran en placa, y las secuencias que codifican D-aminoácido-oxidasa se subclonan, se secuencian y se expresan en E. coli para su caracterización posterior. or phosphinothricin as the sole source of N, are plated, and the D-amino acid oxidase-encoding sequences are subcloned, sequenced, and expressed in E. coli for further characterization.

En un método preferido adicional, se realiza mutagénesis en los dos vectores portadores usando amplificación y paso a través de la cepa XL-1-red de E. coli. Esta cepa es deficiente en tres vías de reparación principales de ADN, mut S, mut D y mut T. Esto produce un incremento de ~ 5000 veces en la proporción de mutación durante la replicación del ADN. El protocolo usado es de Stratagene. Por ejemplo, se transforman 10 ng de vector portador en la cepa XL1-red de E. coli, las células se cultivan y luego se siembran en placa sobre caldo de cultivo de L-agar que contiene ampicilina, durante 24 In a further preferred method, mutagenesis is performed on the two carrier vectors using amplification and passage through the E. coli XL-1-red strain. This strain is deficient in three major DNA repair pathways, mut S, mut D, and mut T. This produces a ~ 5000-fold increase in the rate of mutation during DNA replication. The protocol used is from Stratagene. For example, 10 ng of carrier vector is transformed into the E. coli XL1-red strain, cells are grown, and then plated onto ampicillin-containing L-agar broth for 24

h. De cada placa se reúnen lotes de colonias de >200 transformantes, eliminando por raspado las colonias de la placa en el caldo de cultivo L y, luego, se cultivan en diluciones 1/100 y 1/1000, y se subcultivan sucesivamente en caldo L/ampicilina a 37ºC, durante 1-2 semanas, de forma que se haya producido un gran número de divisiones celulares. Se realiza un procedimiento similar partiendo de diversas placas. Se preparan minipreparaciones de ADN del vector portador a partir de células cultivadas durante la noche y transformadas de nuevo en levadura. Las levaduras transformadas se cultivan y se seleccionan las colonias que contienen D-aminoácido-oxidasas mejoradas, según se describió anteriormente. h. Colony batches of> 200 transformants are pooled from each plate, scraping off the colonies from the plate into L-broth, and then grown in 1/100 and 1/1000 dilutions, and successively subcultured in L-broth. / ampicillin at 37 ° C, for 1-2 weeks, so that a large number of cell divisions have occurred. A similar procedure is performed starting from various plates. DNA mini-preparations of the carrier vector are prepared from cells grown overnight and transformed back into yeast. The transformed yeasts are grown and colonies containing improved D-amino acid oxidases are selected, as described above.

Alternativamente, se realiza la expresión y selección de D-aminoácido-oxidasa en algunos microorganismos distintos de la levadura y, por ejemplo, bajo el control de expresión del promotor t7 de un vector pET en un lisógeno de E. coli. En este caso, la secuencia que codifica la D-aminoácido-oxidasa (opcionalmente mutagenizada mediante PCR) se clona en un vector pET, se transforma en E. coli XL1red y, tras el paso por varias generaciones, se transforma de nuevo en un lisógeno de E. coli, como E. coli BL212 DE3. Las colonias individuales se pueden recoger a continuación, sembrarse réplicas en placa, cultivarse, inducirse con ITPG, lisarse y escrutarse para la actividad de sustrato deseada frente a Dfofinotricina, usando métodos conocidos en la técnica (por ejemplo, un cribado fluorimétrico para generación de peróxido Alternatively, expression and selection of D-amino acid oxidase is performed in some microorganisms other than yeast and, for example, under the control of expression of the t7 promoter of a pET vector in an E. coli lysogen. In this case, the sequence coding for D-amino acid oxidase (optionally mutagenized by PCR) is cloned into a pET vector, transformed into E. coli XL1red, and, after several generations, transformed into a lysogen again. E. coli, such as E. coli BL212 DE3. Individual colonies can then be harvested, plated replicas plated, cultured, ITPG-induced, lysed, and screened for desired substrate activity against Dfofinotricin, using methods known in the art (eg, fluorometric screening for peroxide generation).

o un ensayo colorimétrico para generación de amoníaco). or a colorimetric test for ammonia generation).

Alternativamente, se realiza la mutagénesis y selección para las secuencias que codifican D-aminoácido-oxidasa mejorada, directamente en Rhodotorula gracilis. Se cultiva R. gracilis en medio mínimo con D-alanina o D-glutamato como única fuente de nitrógeno, se somete a sucesivas series de mutagénesis con EMS y selección mediante cultivo en medios de condiciones de rigor creciente, en los que la única fuente de nitrógeno varía de D-glutamato hasta ácido Dhomocistéico. En una variante de este ejemplo, la Rhodotorula gracilis se transforma con uno de los vectores de levadura descritos anteriormente, de forma que expresa PAT (bien cuando se cultiva en galactosa o constitutivamente), y la etapa final de selección rigurosa se realiza sobre DL-fosfinotricina o D-fosfinotricina como única fuente de nitrógeno. Alternatively, mutagenesis and selection for sequences encoding enhanced D-amino acid oxidase is performed directly on Rhodotorula gracilis. R. gracilis is cultivated in minimal medium with D-alanine or D-glutamate as the only nitrogen source, it is subjected to successive series of mutagenesis with EMS and selection by cultivation in media under conditions of increasing rigor, in which the only source of Nitrogen varies from D-glutamate to Dhomocysteic acid. In a variant of this example, Rhodotorula gracilis is transformed with one of the yeast vectors described above, so that it expresses PAT (either when cultured in galactose or constitutively), and the final stage of rigorous selection is performed on DL- phosphinothricin or D-phosphinothricin as the sole source of nitrogen.

Opcionalmente, los medios usados para selección de levadura contienen una baja concentración de disolvente (p.ej., DMSO al 0,1%). Optionally, the media used for yeast selection contains a low solvent concentration (eg 0.1% DMSO).

LISTADO DE SECUENCIAS SEQUENCE LISTING

<110> Syngenta Limited <110> Syngenta Limited

<120> Método para producir selectivamente plantas estériles masculinas o femeninas. <120> Method for selectively producing male or female sterile plants.

<130> PPD50695 <130> PPD50695

<160> 11 <160> 11

<170> PatentIn versión 3.1 <170> PatentIn version 3.1

<400> 1 <400> 1

<400> 2 <400> 2

<210> 5 <210> 5

<211> 27 <211> 27

<212> DNA <212> DNA

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Cebador <223> primer

<400> 5 aactgcagct ttttggttag cgaatgc 27 <400> 5 aactgcagct ttttggttag cgaatgc 27

<210> 6 <210> 6

<211> 35 <211> 35

<212> DNA <212> DNA

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> <223 Cebador <220> <223 Primer

<400> 6 cagactagtt ttagctaatt tctttaagta aaaac 35 <400> 6 cagactagtt ttagctaatt tctttaagta aaaac 35

<210> 7 <210> 7

<211> 1107 <211> 1107

<212> DNA <212> DNA

<213> Rhodotorula gracilis <213> Rhodotorula gracilis

<400> 7 <400> 7

imagen1image 1

<210> 8 5 <211> 120 <210> 8 5 <211> 120

<212> DNA <212> DNA

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> 10 <223> Cebador <220> 10 <223> Primer

<220> <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> <222>
(22)..(22) 15 <223> Donde n = a, t, c o g. (22) .. (22) 15 <223> Where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> <222>
(23)..(23) 20 <223> donde n = a, t, c o g. (23) .. (23) 20 <223> where n = a, t, c or g.

<220> <221> característica miscelánea <220> <221> miscellaneous feature

<222> (24)..(24) <222> (24) .. (24)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> Where n = a, t, c or g.

<220> <220>
5 <221> característica miscelánea 5 <221> miscellaneous characteristic

<222> (97)..(97) <222> (97) .. (97)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (98)..(98) <222> (98) .. (98)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>
15 <221> característica miscelánea 15 <221> miscellaneous characteristic

<222> (99)..(99) <222> (99) .. (99)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<400> 8 <400> 8

imagen1image 1

<210> 9 <210> 9

<211> 120 <211> 120

<212> DNA 25 <213> Secuencia Artificial <212> DNA 25 <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Cebador <223> primer

<220> <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (22)..(22) <222> (22) .. (22)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

35 <220> 35 <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (23)..(23) <222> (23) .. (23)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (24)..(24) <222> (24) .. (24)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

45 <220> 45 <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (97)..(97) <222> (97) .. (97)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (98)..(98) <222> (98) .. (98)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

55 <220> 55 <220>

<221> característica miscelánea <221> miscellaneous feature

<222> (99)..(99) <222> (99) .. (99)

<223> Donde n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<400> 9 <400> 9

imagen1image 1

<210> 10 <210> 10

<211> 7 <211> 7

<212> PRT <212> PRT

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Motivo <223> Reason

imagen1image 1

10 10

<210> 11 <210> 11

<211> 7 <211> 7

<212> PRT <212> PRT

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

15 fifteen

<220> <220>

<223> Motivo <223> Reason

<400> 11 <400> 11

20 <400> 11 20 <400> 11

imagen1image 1

Claims (18)

REIVINDICACIONES 1.Método de producción de plantas masculino- o femenino-estériles, que comprende la etapa de transformar material vegetal con un polinucleótido que codifica al menos una enzima que reacciona con una sustancia no fitotóxica para producir una fitotóxica, y regenerar el material así transformado en una planta, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica a la planta hasta el momento de la formación y/o maduración del gameto masculino o femenino, de forma que la sustancia no fitotóxica origina la producción de una fitotóxica que evita selectivamente la formación de los gametos, o bien los vuelve no funcionales, en el que la enzima se expresa en estructuras reproductivas masculinas o femeninas, caracterizado por que: (i) la sustancia no fitotóxica es un D-alfa-aminoácido y (ii) la enzima es una D-aminoácidooxidasa. 1. Male-or female-sterile plant production method, comprising the step of transforming plant material with a polynucleotide that encodes at least one enzyme that reacts with a non-phytotoxic substance to produce a phytotoxic, and regenerate the material thus transformed into a plant, in which said non-phytotoxic substance is applied to the plant until the formation and / or maturation of the male or female gamete, so that the non-phytotoxic substance causes the production of a phytotoxic that selectively prevents the formation of gametes, or renders them non-functional, in which the enzyme is expressed in male or female reproductive structures, characterized in that: (i) the non-phytotoxic substance is a D-alpha-amino acid and (ii) the enzyme is a D-amino acid oxidase.
2.2.
Método según la reivindicación 1, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica mezclada junto con otra sustancia adicional, que se selecciona del grupo que consiste en protectores, gametocidas, inductores de glutatión-S-transferasa, inductores de citocromo P450, herbicidas, fertilizantes, nematocidas, sinergistas, fungicidas, hormonas, reguladores del crecimiento vegetal e inhibidores del citocromo P450.  Method according to claim 1, wherein said non-phytotoxic substance is applied mixed with another additional substance, which is selected from the group consisting of protectors, gametocides, glutathione-S-transferase inducers, cytochrome P450 inducers, herbicides, fertilizers , nematocides, synergists, fungicides, hormones, plant growth regulators, and cytochrome P450 inhibitors.
3.3.
Método según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la sustancia no fitotóxica se aplica foliarmente y es un sustrato oxidable, metabólicamente estable, de la enzima, móvil a través del floema, en el que la enzima proporciona el producto fitotóxico, como producto directo o indirecto de la sustancia no fitotóxica.  Method according to claims 1 or 2, in which the non-phytotoxic substance is applied foliarly and is a metabolically stable, oxidizable substrate of the enzyme, mobile through the phloem, in which the enzyme provides the phytotoxic product, as a direct product or indirect of the non-phytotoxic substance.
4.Four.
Método según la reivindicación precedente, en el que el producto fitotóxico es un producto indirecto, producido en forma de anión peróxido y/o superóxido.  Method according to the preceding claim, in which the phytotoxic product is an indirect product, produced in the form of peroxide and / or superoxide anion.
5.Método según una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que la sustancia no fitotóxica es un D-alfaaminoácido seleccionado del grupo que consiste en D-alanina, D-valina, D-metionina, D-serina, D-leucina y Disoleucina, y dicha enzima es una D-aminoácido-oxidasa que oxida dicho aminoácido hasta un 2-ceto-ácido, con reducción concomitante de oxígeno hasta un anión peróxido. 6.Método según una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que la sustancia no fitotóxica es D-aspartato o Dglutamato y dicha enzima es una D-aminoácido-oxidasa que oxida dicho aminoácido hasta un 2-ceto-ácido, con reducción concomitante de oxígeno hasta anión peróxido. 5. Method according to any one of claims 3 or 4, in which the non-phytotoxic substance is a D-alpha-amino acid selected from the group consisting of D-alanine, D-valine, D-methionine, D-serine, D-leucine and Disoleucine, and said enzyme is a D-amino acid oxidase that oxidizes said amino acid to a 2-keto-acid, with concomitant reduction of oxygen to a peroxide anion. 6. Method according to any one of claims 3 or 4, wherein the non-phytotoxic substance is D-aspartate or Dglutamate and said enzyme is a D-amino acid oxidase that oxidizes said amino acid to a 2-keto-acid, with reduction concomitant from oxygen to peroxide anion. 7.Método según la reivindicación precedente, en el que la enzima es una D-aminoácido-oxidasa mutante, obtenible de Rhodotorula gracilis, la cual comprende sustituciones en las posiciones 213 y/o 238, cuando se compara con la secuencia de tipo silvestre, o es una D-aspartato-oxidasa. 7. Method according to the preceding claim, in which the enzyme is a mutant D-amino acid oxidase, obtainable from Rhodotorula gracilis, which comprises substitutions at positions 213 and / or 238, when compared with the wild type sequence, or it is a D-aspartate oxidase. 8.Método según la reivindicación precedente, en el que la oxidasa obtenible de Rhodotorula tiene en posición 213 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Arg, Lys, ser, Cys, Asn y Ala, y/o en posición 238 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en His, Ser, Cys, Asn y Ala. Method according to the preceding claim, in which the oxidase obtainable from Rhodotorula has at position 213 an amino acid selected from the group consisting of Arg, Lys, ser, Cys, Asn and Ala, and / or at position 238 an amino acid selected from group consisting of His, Ser, Cys, Asn and Ala.
9.9.
Método según una cualquiera de las reivindicaciones 3-8, en el que la enzima se dirige a otro punto distinto del peroxisoma.  Method according to any one of claims 3-8, in which the enzyme is directed to another point other than the peroxisome.
10.10.
Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que la enzima es una D-aminoácido-oxidasa y la sustancia no fitotóxica es el enantiómero D de fosfinotricina o el enantiómero D de bialafos.  Method according to claim 1 or 2, in which the enzyme is a D-amino acid oxidase and the non-phytotoxic substance is the D-enantiomer of phosphinothricin or the D-enantiomer of bialaphos.
11.eleven.
Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la sustancia no fitotóxica está comprendida en una mezcla, que contiene una sustancia no fitotóxica, y en el que la enzima es una D-aminoácido-oxidasa, que es capaz de oxidar un aminoácido hasta 2-ceto-ácido con reducción concomitante de oxígeno hasta anión peróxido.  Method according to either of claims 1 or 2, in which the non-phytotoxic substance is comprised in a mixture, which contains a non-phytotoxic substance, and in which the enzyme is a D-amino acid oxidase, which is capable of oxidizing a amino acid to 2-keto-acid with concomitant reduction of oxygen to peroxide anion.
12.Método según la reivindicación precedente, en el que la enzima es una D-aminoácido-oxidasa mutante, obtenible de Rhodotorula gracilis, comprendiendo dicha oxidasa sustituciones en las posiciones 213 y/o 238, cuando se compara con la secuencia de tipo silvestre, o es una D-aspartato-oxidasa. 12. Method according to the preceding claim, wherein the enzyme is a mutant D-amino acid oxidase, obtainable from Rhodotorula gracilis, said oxidase comprising substitutions at positions 213 and / or 238, when compared to the wild type sequence, or it is a D-aspartate oxidase. 13.Método según la reivindicación precedente, en el que la oxidasa obtenible de Rhodotorula tiene en posición 213 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Arg, Lys, Ser, Cys, Asn y Ala y/o, en posición 238, un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en His, Ser, Cys, Asn y Ala. 13. Method according to the preceding claim, in which the oxidase obtainable from Rhodotorula has at position 213 an amino acid selected from the group consisting of Arg, Lys, Ser, Cys, Asn and Ala and / or, at position 238, a selected amino acid from the group consisting of His, Ser, Cys, Asn and Ala. 14.Método según una cualquiera de las reivindicaciones 11-13, en el que la mezcla comprende D- y L-fosfinotricina y el material vegetal expresa un gen PAT, sustancialmente sólo en tejidos verdes y en tejido floral femenino de la planta condicionalmente masculino-estéril y en tejido floral masculino de la planta condicionalmente femenino-estéril. 14. Method according to any one of claims 11-13, in which the mixture comprises D- and L-phosphinothricin and the plant material expresses a PAT gene, substantially only in green tissues and in conditionally male female floral tissue of the plant- sterile and in masculine floral fabric of the conditionally feminine-sterile plant. 15. Una casete de expresión de ADN quimérico, que comprende al menos: a.un elemento promotor que funciona en plantas o células vegetales, b.una molécula de ADN que codifica una D-aminoácido-oxidasa, c. un elemento terminador transcripcional, en el que el elemento promotor dirige la expresión de las estructuras reproductivas masculinas o femeninas. 15. A chimeric DNA expression cassette, comprising at least: a. A promoter element that functions in plants or plant cells, b. A DNA molecule encoding a D-amino acid oxidase, c. a transcriptional terminator element, in which the promoter element directs the expression of the male or female reproductive structures. 16. Una casete de expresión quimérica según la reivindicación 15, en la que la molécula de ADN que codifica la D16. A chimeric expression cassette according to claim 15, wherein the DNA molecule encoding D 5 aminoácido-oxidasa, se selecciona del grupo de moléculas de ADN aisladas de Rhodosporidium sp., Rhodotorula sp., Trigonopsis sp., pig, Fusarium sp., Candida sp., Schizosaccharomyces sp. y Verticilium sp. Amino acid oxidase is selected from the group of DNA molecules isolated from Rhodosporidium sp., Rhodotorula sp., Trigonopsis sp., Pig, Fusarium sp., Candida sp., Schizosaccharomyces sp. and Verticilium sp. 17. Un vector de expresión que comprende una casete de expresión quimérica de una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16. 17. An expression vector comprising a chimeric expression cassette of any one of claims 15 to 16. 10 10 18. Una célula de planta transgénica o una planta transgénica que comprende un vector de expresión según se reivindica en la reivindicación 17, o una casete de expresión quimérica de una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18. A transgenic plant cell or a transgenic plant comprising an expression vector as claimed in claim 17, or a chimeric expression cassette of any one of claims 15 to 16. 16.
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