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ES2376665T3 - SELECTIVE PRODUCTION PROCEDURE FOR MALE OR FEMALE STERILE PLANTS. - Google Patents

SELECTIVE PRODUCTION PROCEDURE FOR MALE OR FEMALE STERILE PLANTS. Download PDF

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ES2376665T3
ES2376665T3 ES04736419T ES04736419T ES2376665T3 ES 2376665 T3 ES2376665 T3 ES 2376665T3 ES 04736419 T ES04736419 T ES 04736419T ES 04736419 T ES04736419 T ES 04736419T ES 2376665 T3 ES2376665 T3 ES 2376665T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
amino acid
male
phosphinothricin
enzyme
phytotoxic
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
ES04736419T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
Richard Dale
Timothy Robert Hawkes
Paul Anthony Thompson
Russell Viner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Syngenta Ltd
Original Assignee
Syngenta Ltd
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Publication date
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  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Un procedimiento de producción de plantas estériles masculinas o femeninas que comprende las etapas de transformar material vegetal con un polinucleótido que codifica al menos una enzima que reacciona con una sustancia no fitotóxica para producir una citotóxica y regenerar el material transformado de este modo en una planta, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica a la planta hasta el momento de la formación y/o maduración de gametos masculinos o femeninos, de modo que la sustancia no fitotóxica posibilita la producción de una fitotóxica que evita selectivamente la formación de o hace de otro modo a dichos gametos no funcionales, en el que la enzima se expresa preferentemente en estructuras reproductoras masculinas o femeninas y la sustancia no fitotóxica es un aminoácido D-alfa, caracterizado porque la enzima es una D-aminoácido oxidasa obtenida de Rhodotorula gracilis y codificada por la secuencia de ácido nucleico como se representa en SEC ID Nº: 3, siendo dicha enzima una versión mutada de la proteína codificada por SEC ID Nº: 3 y comprendiendo una lisina en la posición 58 y en la posición 213 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Thr, Gln y Gly; en la posición 238 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Thr, Gln y Gly y/o en la posición 223 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Thr, Cys, Gly, Gln y/o Asn.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 cytotoxic 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 male or female gametes, so that the non-phytotoxic substance enables the production of a phytotoxic that selectively prevents the formation of or acts as a otherwise to said non-functional gametes, in which the enzyme is preferentially expressed in male or female reproductive structures and the non-phytotoxic substance is a D-alpha amino acid, characterized in that the enzyme is a D-amino acid oxidase obtained from Rhodotorula gracilis and encoded by the nucleic acid sequence as represented in SEQ ID NO: 3, said enzyme being a mutated version of the protein encoded by SEQ ID NO: 3 and comprising a lysine at position 58 and at position 213 an amino acid selected from the group consisting of Thr, Gln and Gly; at position 238 an amino acid selected from the group consisting of Thr, Gln and Gly and / or at position 223 an amino acid selected from the group consisting of Thr, Cys, Gly, Gln and / or Asn.

Description

Procedimiento de producción de forma selectiva plantas estériles masculinas o femeninas Selective production procedure for male or female sterile plants

La heterosis en plantas de cultivo puede tener un efecto notable en la mejora del rendimiento. En general, los híbridos muestran rendimientos aumentados en comparación con variedades no híbridas. Los híbridos habitualmente proporcionan una mayor unidad de retorno para factores de crecimiento tales como agua y fertilizantes. Los híbridos con frecuencia ofrecen superior tolerancia a tensión, uniformidad en producto y madurez y también proporcionan una oportunidad de reproducción sencilla para combinar características o rasgos que pueden ser difíciles de combinar de otras maneras. El vigor del híbrido en plantas es generalmente de suficiente magnitud para garantizar la explotación comercial. Los híbridos comerciales se usan de forma extensiva en muchos cultivos incluyendo maíz, sorgo, remolacha azucarera, girasol y colza. Sin embargo, debido principalmente a la falta de procedimientos de producción de semillas híbridas económicos, el trigo, cebada y arroz aún se cultivan principalmente como endogámicos. Heterosis in crop plants can have a noticeable effect on improving performance. In general, hybrids show increased yields compared to non-hybrid varieties. Hybrids usually provide a greater return unit for growth factors such as water and fertilizers. Hybrids often offer superior strain tolerance, product uniformity and maturity, and also provide a simple breeding opportunity 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 used extensively on many crops including corn, sorghum, sugar beet, sunflower, and rapeseed. However, mainly due to the lack of inexpensive hybrid seed production procedures, wheat, barley and rice are still mainly cultivated as inbreeds.

Tradicionalmente, la producción de semillas híbridas implica plantar bloques separados de líneas parentales masculinas y femeninas recogiéndose solamente la semilla de los parentales femeninos. Para asegurar que esta semilla es híbrida, deben minimizarse la autopolinización de la línea parental femenina haciendo a la línea masculina estéril. Los procedimientos para hacer a la línea femenina parental masculina estéril incluyen procedimientos mecánicos, químicos y genéticos. En plantas dioicas, tales como maíz, la esterilidad masculina puede conseguirse fácilmente de forma mecánica por despenachado de la inflorescencia masculina. Sin embargo la mayoría de los cultivos son monoicos y el tener órganos masculinos y femeninos dentro de la misma flor hace dicha emasculación física poco práctica. Por lo tanto se han usado en ocasiones enfoques genéticos. Traditionally, hybrid seed production involves planting separate blocks of male and female parental lines with only the seed being collected from the female parent. To ensure that this seed is hybrid, self-pollination of the female parental line should be minimized by making the male line sterile. Procedures for making the female parent line sterile include mechanical, chemical, and genetic procedures. In dioecious plants, such as corn, male sterility can be easily achieved mechanically by detachment of the male inflorescence. However most crops are monoecious and having male and female organs within the same flower makes such physical emasculation impractical. Therefore genetic approaches have been used on occasion.

Los rasgos de esterilidad masculina genética que aparecen normalmente se controlan por genes nucleares en los que los alelos asociados con el fenotipo estéril generalmente se expresan de forma recesiva con respecto a lo alelos correspondientes asociados con fertilidad. Cuando se produce esterilidad masculina genética normalmente está asociada con un gen recesivo sencillo que debe ser homocigoto para que se exprese la esterilidad masculina. Para hacer uso práctico de tales rasgos de esterilidad masculina genética, los obtentores habitualmente desarrollan una línea femenina fenotípicamente uniforme que segrega en plantas estériles masculinas y fértiles masculinas. Las plantas fértiles masculinas, una vez identificadas, necesitan depurarse lo que requiere mucho trabajo. Existe siempre un problema con el mantenimiento de la línea parental puesto que las plantas fértiles masculinas no pueden eliminarse de la población debido a que son esenciales para el mantenimiento de la población. En lugar de basarse en la existencia de alelos de esterilidad masculina naturales también es posible usar procedimientos biológicos moleculares. Pueden obtenerse por ingeniería genética plantas que expresen, por ejemplo, genes antisentido o de ribozimas que disminuyen o eliminan la expresión de genes clave necesarios para la formación de polen viable. Tales líneas transgénicas de plantas son estériles masculinas y se usan para la producción de semilla híbrida usando de forma cruzada polen de plantas fértiles masculinas. El problema principal con tales líneas es que solamente pueden mantenerse en un estado heterocigoto 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, puede ser posible depurar de forma selectiva las plantas fértiles masculinas esto aún necesita que las plantas se planten inicialmente a densidades muy altas. Genetic male sterility traits that normally appear are controlled by nuclear genes in which alleles associated with the sterile phenotype are generally expressed recessively relative to the corresponding alleles associated with fertility. When genetic male sterility occurs it is normally associated with a single recessive gene that must be homozygous for male sterility to be expressed. To make practical use of such genetic male sterility traits, breeders typically develop a phenotypically uniform female line that secretes into male sterile and male fertile plants. Male fertile plants, once identified, need to be refined which requires a lot of work. There is always a problem with maintaining the parental line since male fertile plants cannot be removed from the population because they are essential for population maintenance. Instead of relying on the existence of natural male sterility alleles, it is also possible to use molecular biological procedures. Plants can be engineered to express, for example, antisense or ribozyme genes that decrease or eliminate the expression of key genes necessary for the formation of viable pollen. Such transgenic plant lines are male sterile and are used for hybrid seed production by cross-pollen from male fertile plants. The main problem with such lines is that they can only be kept in a heterozygous 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, it may be possible to selectively debug male fertile plants this still requires plants to be initially planted at very high densities.

El uso de esterilidad masculina citoplásmica para producción híbrida comercial requiere un citoplasma estéril masculino estable y una fuente de polen. El sistema genético citoplásmico de esterilidad masculina requiere la existencia de tres tipos de línea para producción híbrida, la línea A (estéril masculino citoplásmico), línea B (mantenedora fértil masculina) y línea R (fértil masculina con genes restauradores). Cruces de tres vías producidos con este sistema implican el mantenimiento y producción de cuatro líneas, una línea A y una B de un endogámico y endogámicos masculinos fértiles de las otras dos. La dependencia de una fuente sencilla de citoplasma estéril masculino puede minimizar la flexibilidad de cultivo y conducir a descendencia con susceptibilidad generalizada a enfermedades particulares. The use of cytoplasmic male sterility for commercial hybrid production requires a stable male sterile cytoplasm and a source of pollen. The male sterility cytoplasmic genetic system requires the existence of three types of line for hybrid production: line A (male cytoplasmic sterile), line B (male fertile maintainer) and line R (male fertile with restorative genes). Three-way crossings produced with this system involve the maintenance and production of four lines, one line A and one B of one inbred and fertile male inbred of the other two. Dependence on a single source of male sterile cytoplasm can minimize culture flexibility and lead to offspring with widespread susceptibility to particular diseases.

La semilla híbrida también puede producirse a través del uso de agentes químicos que inhiben la formación de polen viable. Estos agentes químicos, llamados gametocidas, se usan para transmitir esterilidad masculina transitoria. Sea cual sea el gasto, la registrabilidad y fiabilidad de los gametocidas ha limitado su uso. Hybrid seed can also be produced through the use of chemical agents that inhibit the formation of viable pollen. These chemical agents, called gametocides, are used to transmit transient male sterility. Whatever the expense, the registrability and reliability of gametocides has limited their use.

Un defecto de los sistemas de producción de semillas híbridas tradicionales es la necesidad de plantar filas o bloques separados de las líneas parentales masculinas y femeninas. Aquí la polinización de baja eficacia es un problema especialmente agudo en especies de cultivo, tales como trigo, que liberan cantidades pequeñas de polen que no viaja lejos con el viento. En tales cultivos necesitan dedicarse hasta dos tercios del campo productor de híbrido a plantas donadores de polen masculinas y después la producción de semilla híbrida se hace por lo tanto antieconómica. A shortcoming of traditional hybrid seed production systems is the need to plant separate rows or blocks of the male and female parent lines. Here low-efficiency pollination is an especially acute problem in crop species, such as wheat, that release small amounts of pollen that does not travel far in the wind. In such crops up to two-thirds of the hybrid-producing field needs to be devoted to male pollen-donor plants, and then the production of hybrid seed is therefore wasteful.

Para conseguir producción de semilla más económica en trigo y otros cultivos es necesario mover las plantas masculinas y femeninas más cerca entre sí para una transferencia del polen más eficaz; de forma más eficaz plantando de forma intercalada machos y hembras a una distancia de centímetros entre sí en las mismas filas. En un To achieve cheaper seed production in wheat and other crops it is necessary to move the male and female plants closer to each other for a more efficient pollen transfer; more effectively by interleaving males and females at a distance of centimeters from each other in the same rows. In a

sistema tal no sería práctico recoger solamente la semilla de los parentales femeninos (masculinos estériles). La contaminación con semilla no híbrida que se origina del parental masculino puede minimizarse usando un porcentaje tan bajo de tales plantas parentales masculinas en la mezcla de plantación como sea posible y/o usando plantas masculinas que son estériles femeninas. Un procedimiento para construir una línea estéril femenina dominante se ha descrito (documento EP 412.006 A1 (1990); Goldman y col., (1994) EMBO. J., 13, 2976-2984) pero, como con las líneas estériles masculinas, la línea tiene que mantenerse como un heterocigoto. Such a system would not be practical to collect only the seed from the female (male sterile) parents. Contamination with non-hybrid seed originating from the male parent can be minimized by using as low a percentage of such male parent plants in the planting mixture as possible and / or by using male plants that are female sterile. A procedure for constructing a dominant female sterile line has been described (EP 412.006 A1 (1990); Goldman et al., (1994) EMBO. J., 13, 2976-2984) but, as with male sterile lines, the line has to be kept heterozygous.

En consecuencia sigue existiendo una necesidad de procedimientos económicos sencillos de producción de semilla híbrida. En particular, para producir de forma eficaz semilla híbrida sigue existiendo una necesidad de proporcionar tanto líneas femeninas parentales estériles masculinas como líneas masculinas parentales estériles femeninas que pueden mantenerse fácilmente como líneas homocigotas puras y que son útiles para producción de semilla híbrida eficaz. Los procedimientos que se describen en la técnica para conseguir esto incluyen procedimientos en los que se produce semilla híbrida a partir de líneas parentales masculinas y femeninas al menos una de las cuales comprende un gen quimérico heterólogo, preferentemente expresado en tejido floral, que hace a la línea condicionalmente estéril dependiendo de la aplicación exógena de una sustancia no fitotóxica que puede convertirse especifica y localmente a una fitotoxina por una enzima que se codifica por el gen quimérico heterólogo y que se expresa preferentemente en las estructuras reproductoras masculina o femenina. La sustancia no fitotóxica puede ser un proherbicida. La ventaja de tener tales líneas parentales condicionalmente estériles es que permite que se mantengan como homocigotos con respecto al rasgo de esterilidad. La fertilidad se interrumpe sólo tras la aplicación exógena de la sustancia no fitotóxica. En un ejemplo tal de un sistema de esterilidad masculina condicional un gen que codifica una enzima desacetilasa se expresa preferentemente en células del tapete de tejido de flores masculinas en el que convierte el proherbicida N-acetil L fosfinotricina aplicado de forma exógena a la fitotoxina L fosfinotricina y de este modo evita la formación de polen viable. En ejemplos similares adicionales: (i) la expresión preferente en el tapete de un citocromo bacteriano P450 catalizada la conversión de proherbicida R7402 a una fitotoxina de sulfonilurea que evita la producción de polen viable y (ii) la expresión preferente en el tapete de una fosfonato monoéster hidrolasa cataliza la conversión de proherbicida de gliceril glifosfato a la fitotoxina glifosato que también evita la producción de polen viable. El documento WO 98/03838 describe ejemplos de un sistema de esterilidad femenina condicional en el que las enzimas capaces de convertir los proherbicidas a fitotoxinas se expresan preferentemente en estructuras reproductoras femeninas. Consequently, there remains a need for simple inexpensive hybrid seed production procedures. In particular, to efficiently produce hybrid seed there remains a need to provide both male sterile parental female lines and female sterile male parental lines that can be easily maintained as pure homozygous lines and that are useful for efficient hybrid seed production. Procedures described in the art to achieve this include procedures in which 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 makes the conditionally sterile line depending on the exogenous application of a non-phytotoxic substance that can be specifically and locally converted to a phytotoxin by an enzyme that is encoded by the heterologous chimeric gene and that is preferentially expressed in the male or female reproductive structures. The non-phytotoxic substance can be a proherbicide. 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 interrupted only after exogenous application of the non-phytotoxic substance. In such an example of a conditional male sterility system a gene encoding a deacetylase enzyme is preferentially expressed in cells of the male flower tissue mat in which it converts the proherbicide N-acetyl L phosphinothricin applied exogenously to phytotoxin L phosphinothricin and thus avoids the formation of viable pollen. In additional similar examples: (i) the preferred expression on the mat of a bacterial cytochrome P450 catalyzed the conversion of proherbicide R7402 to a sulfonylurea phytotoxin that prevents the production of viable pollen and (ii) the preferred expression on the mat of a phosphonate Monoester hydrolase catalyzes the conversion of glyceryl glyphosate proherbicide to phytotoxin glyphosate which also prevents the production of viable pollen. WO 98/03838 describes examples of a conditional female sterility system in which enzymes capable of converting proherbicides to phytotoxins are preferably expressed in female reproductive structures.

A pesar de la existencia de estos procedimientos para hacer líneas parentales masculinas y femeninas que sean condicionalmente estériles, la producción de semillas híbridas sigue estando lejos de la rutina en cultivos tales como trigo. Las actuales invenciones se refieren, entre otros, a mejoras en la técnica con respecto a la generación de líneas parentales femeninas que sean condicionales estériles masculinas y líneas parentales masculinas que sean condicionales estériles femeninas. Despite the existence of these procedures for making male and female parental lines that are conditionally sterile, hybrid seed production remains far from routine in crops such as wheat. The current inventions relate, among others, to improvements in the technique with respect to the generation of female parental lines that are sterile male conditional and male parental lines that are sterile female conditional.

La presente invención se refiere a mejoras en procedimientos para la producción de semilla híbrida de cultivo. En particular la invención se refiere a un procedimiento de producción de semilla híbrida de líneas parentales masculinas y femeninas al menos una de las cuales es condicionalmente estéril femenina o masculina dependiendo de la aplicación exógena de una sustancia que no es fitotóxica para el cultivo y que incluye proherbicidas. La invención se refiere adicionalmente a un procedimiento en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica en un momento y en cantidad suficiente para que la autofertilización se minimice o se evite en la línea o líneas parentales condicionalmente estériles. La presente invención también se refiere a un procedimiento para generar plantas condicionalmente estériles masculinas o femeninas i) transformando el material vegetal con uno o más genes quiméricos que, individualmente o juntos, codifican una o más enzimas capaces de reaccionar con una sustancia no fitotóxica, preferentemente en forma de un proherbicida, para producir uno fitotóxico. Las enzimas se expresan bajo el control operativo de uno o más promotores que, en el caso de plantas condicionalmente estériles masculinas, provoca que la enzima o enzimas se expresen preferentemente en las estructuras reproductoras masculinas o que, en el caso de plantas condicionalmente estériles femeninas, provoca que dicha enzima o enzimas se expresen preferentemente en las estructuras reproductoras femeninas. El material vegetal se regenera en plantas fértiles morfológicamente normales que son condicionales estériles masculinas o femeninas. La invención también incluye el uso de plantas condicionalmente estériles masculinas en combinación con plantas condicionalmente estériles femeninas para producir semilla híbrida más eficazmente, el uso, como sustancias no fitotóxicas, de ciertos proherbicidas y el uso de genes quiméricos para producir más eficazmente semillas híbridas, genes quiméricos y enzimas útiles para la invención. La invención también proporciona plantas condicionalmente estériles masculinas, condicionalmente estériles femeninas, semillas de estas plantas y semillas híbridas producidas por el procedimiento. En realizaciones preferidas de la invención las plantas de cultivo a las que se aplica procedimiento para realizar semillas híbridas son maíz, arroz, sorgo, trigo, mijo, avena, colza y cebada. The present invention relates to improvements in processes for the production of hybrid crop seed. In particular, the invention relates to a method of producing hybrid seed from male and female parental lines, at least one of which is conditionally sterile female or male depending on the exogenous application of a substance that is not phytotoxic for cultivation and that includes proherbicides. The invention further relates to a process in which said non-phytotoxic substance is applied at a time and in sufficient quantity so that self-fertilization is minimized or avoided in the conditionally sterile parental line or lines. The present invention also relates to a method of generating conditionally sterile male or female plants i) by transforming plant material with one or more chimeric genes that, individually or together, encode one or more enzymes capable of reacting with a non-phytotoxic substance, preferably in the form of a proherbicide, to produce a phytotoxic one. Enzymes are expressed under the operational control of one or more promoters that, in the case of conditionally male sterile plants, cause the enzyme or enzymes to be preferentially expressed in male reproductive structures or that, in the case of conditionally female sterile plants, it causes said enzyme or enzymes to be preferentially expressed in the female reproductive structures. Plant material is regenerated into fertile, morphologically normal plants that are male or female sterile conditionals. The invention also includes the use of conditionally male sterile plants in combination with conditionally female sterile plants to produce hybrid seed more effectively, the use, as non-phytotoxic substances, of certain proherbicides, and the use of chimeric genes to more efficiently produce hybrid seeds, genes chimerics and enzymes useful for the invention. The invention also provides conditionally male sterile plants, conditionally female sterile plants, seeds of these plants, and hybrid seeds produced by the method. In preferred embodiments of the invention, the crop plants to which the process for making hybrid seeds is applied are corn, rice, sorghum, wheat, millet, oats, rapeseed and barley.

De acuerdo con la presente invención se proporciona un procedimiento para producir plantas estériles masculinas o femeninas que comprenden 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 la que dicha sustancia no fitotóxica se aplica a la planta hasta el momento de formación de gametos masculinos o femeninos y/o maduración, de modo que las sustancia no fitotóxica posibilita la producción de una fitotóxica que evita selectivamente la formación de o hace de otro modo a dichos gametos no funcionales, en el que la enzima se expresa preferentemente en estructuras reproductoras masculinas o femeninas, caracterizadas por que (i) la sustancia no fitotóxica se selecciona del grupo que consiste en aminoácidos D-alfa, 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 moment of formation of male or female gametes and / or maturation, so that the non-phytotoxic substance enables the production of a phytotoxic that selectively avoids the formation of or otherwise such non-functional gametes, in which the enzyme is preferentially expressed in male or female reproductive structures, characterized in that (i) the non-phytotoxic substance is selected from the group consisting of D-alpha amino acids,

derivados peptídicos de aminoácidos D-alfa no proteicos y (ii) la enzima es una forma mutante de una D-aminoácido oxidasa que tiene una lisina en la posición correspondiente a la fenilalanina en la posición 58 de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis de tipo silvestre. peptide derivatives of non-protein D-alpha amino acids and (ii) the enzyme is a mutant form of a D-amino acid oxidase that has a lysine at the position corresponding to phenylalanine at position 58 of Rhodotorula gracilis type D-amino acid oxidase wild.

Puesto que es un objetivo deseable maximizar el rendimiento de la semilla híbrida y por lo tanto minimizar cualquier daño al cultivo, en realizaciones preferidas, la sustancia no fitotóxica es un proherbicida seleccionado entre compuestos que son relativamente no fitotóxicos para el cultivo. Para poder tener un efecto contra tejidos florales también es deseable que los proherbicidas sean progenitores de fitotoxinas que son eficaces en tejidos “no verdes”. Por lo tanto, en realizaciones preferidas de la invención, se seleccionan proherbicidas de los que son progenitores de fitotoxinas que son directamente fitotóxicos para tejidos no verdes en lugar de los que tienen un sitio de acción principal en fotosíntesis o en la generación de pigmentos fotosintéticos. También es un objetivo deseable minimizar los costes de producción de semillas híbridas. Por lo tanto, en realizaciones preferidas, se seleccionan proherbicidas entre las sustancias químicas para las que ya se ha concedido o está en trámite la aprobación de autoridades reguladoras apropiadas para su uso en cultivos. Since it is a desirable goal to maximize the yield of the hybrid seed and therefore to minimize any damage to the crop, in preferred embodiments, the non-phytotoxic substance is a proherbicide selected from compounds that are relatively non-phytotoxic to the crop. In order to have an effect against floral tissues it is also desirable that proherbicides be parents of phytotoxins that are effective in "non-green" tissues. Therefore, in preferred embodiments of the invention, proherbicides are selected from those that are parents of phytotoxins that are directly phytotoxic to non-green tissues rather than those that have a major site of action in photosynthesis or in the generation of photosynthetic pigments. It is also a desirable goal to minimize hybrid seed production costs. Therefore, in preferred embodiments, proherbicides are selected from those chemicals for which the approval of appropriate regulatory authorities for use in crops has already been granted or is pending.

Nomenclatura: Definiciones Nomenclature: Definitions

“Gen” como se usa en el presente documento se refiere a cualquier secuencia de ADN que comprende varios fragmentos de ADN ligados operativamente tal como un promotor y una región reguladora 5’, una secuencia codificante y una región 3’ no traducida 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 that comprises a site of polyadenylation.

“Quimérico” cuando se refiere a un gen o secuencia de ADN se usa para referirse al hecho de que en la naturaleza, la secuencia codificante no se asocia 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” como se usa en el presente documento se refiere a un gen en el 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 gene" as used herein refers to a gene in which, in nature, the coding sequence is not associated with the promoter or with at least one other DNA regulatory region in the gene.

“Casete de expresión” como se usa en el presente documento se refiere a una región transferible de ADN que comprende un gen quimérico que está flanqueado por uno o más sitios de restricción u otros que facilitan la escisión precisa de un locus de ADN e 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 others that facilitate precise excision of a DNA locus and insertion into other.

“Sustancias no fitotóxicas” son, en el contexto de la presente invención, sustancias que son relativamente no fitotóxicas para plantas, células o tejidos de cualquier cultivo particular al que se aplique el procedimiento de la invención. Las sustancias no fitotóxicas no necesitan ser no fitotóxicas en todos los tejidos vegetales de todas las plantas. Las sustancias no fitotóxicas incluye proherbicidas que son sustancias sin efecto tóxico directo apreciable en tejidos vegetales pero que son progenitoras de fitotoxinas activas. En especies vegetales susceptibles tales proherbicidas actúan de forma indirecta como herbicidas a través de la acción de enzimas endógenas que los convierten en la planta en una fitotoxina. "Non-phytotoxic substances" are, in the context of the present invention, substances that are relatively non-phytotoxic to plants, cells or tissues of any particular culture to which the method of the invention is applied. Non-phytotoxic substances need not be non-phytotoxic in all plant tissues of all plants. Non-phytotoxic substances include proherbicides which are substances with no appreciable direct toxic effect on plant tissues but which are progenitors of active phytotoxins. In susceptible plant species, such proherbicides act indirectly as herbicides through the action of endogenous enzymes that convert them into a phytotoxin in the plant.

“Fitotoxinas” son, en el contexto de la presente invención, sustancias que son tóxicas para plantas, tejidos vegetales y células vegetales del cultivo particular para el que se aplica el procedimiento de la invención. Tales fitotoxinas no necesitan ser fitotoxinas para todos los tejidos vegetales 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 for which the method of the invention is applied. Such phytotoxins need not be phytotoxins for all plant tissues of all plant species.

“Estructura reproductora femenina” significa los gametos femeninos y las partes de la planta que se especializan en la producción, maduración y viabilidad de gametos femeninos. Normalmente esto comprende las partes de una planta que comprenden el carpelo o gineceo (“pistilo”). El carpelo de una planta incluye pero sin limitación, un estigma, estilo, ovario y células o tejidos que están comprendidos por el estigma, estilo y ovario. "Female reproductive structure" means the female gametes and the parts of the plant that specialize in the production, maturation, and viability of female gametes. Normally this includes the parts of a plant that comprise the carpel or gyneceus ("pistil"). Carpel of a plant includes, but is not limited to, a stigma, style, ovary, and cells or tissues that are comprised of the stigma, style, and ovary.

“Estructura reproductora masculina” significa los gametos masculinos y las partes de la planta que están especializadas en la producción, maduración y viabilidad de gametos masculinos. Esto comprende las partes de una planta que comprende, por ejemplo, microsporas, estambres, tapete, anteras y el polen. "Male reproductive structure" means the male gametes and the parts of the plant that are specialized in the production, maturation, and viability of male gametes. This comprises the parts of a plant comprising, for example, microspores, stamens, rugs, anthers, and pollen.

“Planta estéril femenina” como se usa en el presente documento es una planta que es incapaz de soportar la formación de semillas viables cuando se poliniza con polen funcional o viable. Tal esterilidad femenina puede ser el resultado de selección reproductiva o la presencia de un transgén. Una “planta condicionalmente estéril femenina” se refiere a una planta que en condiciones de crecimiento normales es fértil femenina y que puede hacerse estéril femenina en condiciones específicas. En el contexto de la presente invención dichas condiciones comprenden la aplicación exógena de un proherbicida u otra sustancia no fitotóxica. En el contexto de la presente invención dicha “planta estéril femenina” o “planta condicionalmente estéril femenina” sigue siendo fértil masculina y capaz de producir polen viable. "Female sterile plant" as used herein 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 reproductive selection or the presence of a transgene. A "conditionally female sterile plant" refers to a plant that under normal growing conditions is female fertile and can be made female sterile under specific conditions. In the context of the present invention, said conditions comprise the exogenous application of a proherbicide or other non-phytotoxic substance. In the context of the present invention, said "female sterile plant" or "conditionally female sterile plant" continues to be male fertile and capable of producing viable pollen.

“Planta estéril masculina” como se usa en el presente documento es una planta que es incapaz de soportar la formación de polen viable. Dicha esterilidad masculina puede ser el resultado de selección reproductora o la presencia de un transgén. Una “planta condicionalmente estéril masculina” se refiere a una planta que en condiciones de crecimiento normales es fértil masculina y que puede hacerse estéril masculina en condiciones específicas. Por ejemplo las condiciones podrían comprender emasculación física o aplicación de un gametocida químico específico. En el contexto de la presente invención dichas condiciones particularmente comprenden la aplicación exógena de un proherbicida u otra sustancia no fitotóxica. En el contexto de la presente invención una "Male sterile plant" as used herein is a plant that is unable to withstand the formation of viable pollen. Such male sterility may be the result of reproductive selection or the presence of a transgene. A "conditionally male sterile plant" refers to a plant that under normal growing conditions is male fertile and can be made male sterile under specific conditions. For example, conditions could include physical emasculation or application of a specific chemical gametocide. In the context of the present invention, said conditions particularly comprise the exogenous application of a proherbicide or other non-phytotoxic substance. In the context of the present invention a

“planta estéril masculina” o “planta condicionalmente estéril masculina” tal sigue siendo fértil femenina y capaz de producir semillas viables cuando se poliniza con polen funcional o viable. Such a "male sterile plant" or "conditionally male sterile plant" remains fertile female and capable of producing viable seeds when pollinated with functional or viable pollen.

“Región promotora” como se usa en el presente documento es una región de ADN que comprende al menos un promotor funcional y, opcionalmente, alguna o todas sus secuencias reguladoras cadena arriba asociadas incluyendo secuencias potenciadoras y/o secuencias cadena abajo asociadas incluyendo parte de o toda la región 5’ no traducida del gen endógeno del promotor. "Promoter region" as used herein is a DNA region comprising at least one functional promoter and, optionally, some or all of its upstream associated regulatory sequences including enhancer sequences and / or downstream associated sequences including part of or the entire 5 'untranslated region of the endogenous promoter gene.

“Plantación intercalada” como se usa en el presente documento se refiere a un procedimiento de plantar semillas o plantas en un campo que asegura polinización cruzada adecuada de plantas estériles masculinas o condicionalmente estériles masculinas por las plantas fértiles masculinas. Esto puede conseguirse mediante mezcla aleatoria de semilla parental femenina y masculina en diferentes mezclas (80/20; 90/10; etc.) antes de plantar o plantando en patrones de campo específicos por los que se alternan semillas diferentes. Cuando se requiere recogida separada de diferentes plantas se prefiere la plantación en bloques o filas alternantes. "Intercropping" as used herein refers to a method of planting seeds or plants in a field that ensures adequate cross-pollination of male sterile or conditionally male sterile plants by male fertile plants. This can be accomplished by randomly mixing male and female parent seed in different mixes (80/20; 90/10; etc.) before planting or planting in specific field patterns where different seeds alternate. When separate collection of different plants is required, planting in alternating blocks or rows is preferred.

En el procedimiento de acuerdo con la invención dicha sustancia no fitotóxica puede aplicarse en mezcla junto con al menos una sustancia adicional que puede seleccionarse del grupo que consiste en aminoácidos, sanadores, gametocidas, inductores de glutatión-S-transferasa, inductores de citocromo P450, fertilizadores, herbicidas, nematocidas, sinergistas, insecticidas, fungicidas, hormonas, reguladores del crecimiento vegetal e inhibidores del citocromo P450. En realizaciones particulares dicha sustancia no fitotóxica puede aplicarse en una mezcla con la misma sustancia fitotóxica de la que es progenitora la sustancia no fitotóxica. In the process according to the invention, said non-phytotoxic substance can be applied in mixture together with at least one additional substance that can be selected from the group consisting of amino acids, healers, gametocides, 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 in a mixture with the same phytotoxic substance from which the non-phytotoxic substance is a parent.

La sustancia no fitotóxica es un D aminoácido y, en particular, puede ser el D enantiómero de fosfinotricina, el D enantiómero de bialafos o seleccionarse del grupo que consiste en D aspartato y D glutamato. The non-phytotoxic substance is a D amino acid and in particular it may be the D enantiomer of phosphinothricin, the D enantiomer of bialaphos or selected from the group consisting of D aspartate and D glutamate.

Las D-aminoácido oxidasas son formas mutantes de la enzima de Rhodotorula gracilis. Tales mutantes siempre tienen una lisina en la posición 58 (es decir son mutantes F58K de la secuencia de tipo silvestre) y comprenden sustituciones de aminoácidos adicionales sencillas, dobles o triples en las posiciones 213, 223 y 238 en comparación con la secuencia de tipo silvestre. En la posición 213 la metionina de tipo silvestre se reemplaza con Thr, Gly, o Gln y/o la tirosina de tipo silvestre en la posición 223 se reemplaza con Thr, Gly, Gln, Cys o Asn y/o la tirosina de tipo silvestre en la posición 238 se reemplaza con Thr, Gly, o Gln. En una realización particularmente preferida la metionina en la posición 213 se reemplaza con treonina. D-amino acid oxidases are mutant forms of the Rhodotorula gracilis enzyme. Such mutants always have a lysine at position 58 (ie they are F58K mutants of the wild type sequence) and comprise single, double or triple additional amino acid substitutions at positions 213, 223 and 238 compared to the wild type sequence . At position 213 the wild-type methionine is replaced with Thr, Gly, or Gln and / or the wild-type tyrosine at position 223 is replaced with Thr, Gly, Gln, Cys or Asn and / or the wild-type tyrosine at position 238 it is replaced with Thr, Gly, or Gln. In a particularly preferred embodiment the methionine at position 213 is replaced with threonine.

Cuando la sustancia no fitotóxica es un D aminoácido distinto de D-fosfinotricina o D-bialafos entonces el D aminoácido preferentemente no es un metabolito vegetal endógeno y se selecciona para ser móvil en el floema, metabólicamente estable en la planta (preferentemente que tenga una t 1/2 en la planta de más de ∼ 1 semana) y un sustrato eficaz de la D-aminoácido oxidasa. La oxidación de D aminoácido por la enzima es conjunta con la reducción de oxígeno a aniones de peróxido fitotóxicos. When the non-phytotoxic substance is a D-amino acid other than D-phosphinothricin or D-bialaphos then the D-amino acid is preferably not an endogenous plant metabolite and is selected to be mobile in the phloem, metabolically stable in the plant (preferably having a t 1/2 in the plant over ∼ 1 week) and an effective substrate for D-amino acid oxidase. The oxidation of D amino acid by the enzyme is combined with the reduction of oxygen to phytotoxic peroxide anions.

En una realización preferida la enzima oxidasa se dirige a una localización subcelular distinta del peroxisoma. Esto se consigue, por ejemplo, modificando el gen de modo que se supriman o modifiquen tres aminoácidos C terminales (por ejemplo SKL en el caso de la aminoácido oxidasa D derivada de Rhodotorula gracilis) y/o por adición de secuencia para añadir un cloroplasto o péptido de tránsito mitocondrial al extremo N terminal. In a preferred embodiment the enzyme oxidase targets a subcellular location other than the peroxisome. This is achieved, for example, by modifying the gene so that three C-terminal amino acids are deleted or modified (for example SKL in the case of the amino acid oxidase D derived from Rhodotorula gracilis) and / or by adding sequence to add a chloroplast or Mitochondrial transit peptide to the N-terminus.

Pueden obtenerse D-aminoácido oxidasas adecuadas adicionales preferentemente de fuentes fúngicas, por la mutación y procedimientos selectivos conocidos por los expertos en la materia y aumentados por la presente divulgación. Additional suitable D-amino acid oxidases can be obtained preferably from fungal sources, by mutation and selective procedures known to those skilled in the art and augmented by the present disclosure.

Se obtienen enzimas D-aminoácido oxidasa mutantes y secuencias codificantes de ADN adicionales adecuadas para elaborar la invención expresando bibliotecas de D-aminoácido oxidasas mutantes candidatas en una célula huésped adecuada tal como E. coli o una levadura (las cepas huésped adecuadas carecen de una actividad oxidasa Mutant D-amino acid oxidase enzymes and additional DNA coding sequences suitable for making the invention are obtained by expressing candidate mutant D-amino acid oxidase libraries in a suitable host cell such as E. coli or yeast (suitable host strains lack activity oxidase

o deshidrogenasa endógena frente a D-fosfinotricina) para transformación a un fenotipo con sensibilidad aumentada a inhibición del crecimiento por D-fosfinotricina en un medio mínimo. Este procedimiento se basa en la capacidad de los clones de E. coli transformados para producir L-PPT a partir de D-PPT mediante la acción combinada de su actividad L transaminasa endógena y la oxidasa expresada de forma heteróloga. Como alternativa, se seleccionan genes adecuados y mejorados basándose en ensayo in vitro de la enzima expresada con respecto a la capacidad deseada para oxidar D-fosfinotricina. Existen muchos procedimientos para ensayar directamente las actividades de D-aminoácido oxidasas tales como basados en la detección de peróxido (Enzyme Microb. Technol., (2000), 27(8), 605-611), agotamiento de oxígeno usando un electrodo de oxígeno o basándose en detección directa de amoniaco o del producto ceto ácido. or endogenous dehydrogenase against D-phosphinothricin) for transformation to a phenotype with increased sensitivity to growth inhibition by D-phosphinothricin in minimal medium. This procedure 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 heterologously expressed 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 procedures for directly assaying for D-amino acid oxidase activities such as based on peroxide detection (Enzyme Microb. Technol., (2000), 27 (8), 605-611), oxygen depletion using an oxygen electrode or based on direct detection of ammonia or the keto acid product.

Se desvela que se clona un gen de DAMOX derivado de hongo en un vector lanzadera bajo el control operativo de un promotor (por ejemplo promotor GAL) capaz de expresión en el organismo huésped en el que la selección se llevará a cabo (preferentemente levadura). Este gen se somete después a mutagénesis, por ejemplo por PCR envenenada por Mn2+; replicación de ADN plasmídico en una cepa que es defectuosa en procesos de reparación/edición del ADN tal como la cepa de E. coli XL1 red; o por replicación de ADN plasmídico en una cepa huésped que se somete a mutagénesis usando por ejemplo Rayos X, luz ultravioleta, adición de un mutágeno químico y se transforma en un organismo huésped (preferentemente levadura). El ADN deseado que codifica una It is disclosed that a fungus-derived DAMOX gene is cloned into a shuttle vector under the operational control of a promoter (eg, GAL promoter) capable of expression in the host organism in which the selection will take place (preferably yeast). This gene is then subjected to mutagenesis, for example by Mn2 + poisoned PCR; replication of plasmid DNA in a strain that is defective in DNA repair / editing processes such as the E. coli XL1 red strain; or by replication of plasmid DNA in a host strain that undergoes mutagenesis using for example X-rays, ultraviolet light, addition of a chemical mutagen and is transformed into a host organism (preferably yeast). The desired DNA encoding a

DAMOX que tiene la propiedad deseada de una capacidad potenciada para oxidar D-PPT se selecciona (siguiendo una etapa de selección inicial opcional para transformantes basada en marcadores seleccionables presentes en el vector lanzadera que permiten, por ejemplo, selección mediante restauración de prototrofia o crecimiento en presencia de higromicina etc.) mediante, por ejemplo DAMOX having the desired property of an enhanced ability to oxidize D-PPT is selected (following an optional initial selection step for transformants based on selectable markers present in the shuttle vector that allow, for example, selection by prototrophy restoration or growth in presence of hygromycin etc.) by, for example

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

b) Selección de células transformadas capaces de utilizar D-PPT en sí mismo como única fuente de N. Para esta selección la célula huésped también se transforma con un gen capaz de negar el efecto inhibidor de Lfosfinotricina en glutamina sintetasa. Por ejemplo el vector lanzadera también comprende un gen que codifica una enzima tal 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, the host cell is also transformed with a gene capable of negating the inhibitory effect of Lphosphinotricin on glutamine synthetase. For example, the shuttle vector also comprises a gene encoding an enzyme such as PAT that inactivates L-PPT.

Los ciclos de mutación y selección pueden repetirse. Las D-aminoácido oxidasas pueden adicionalmente clonarse, expresarse, purificarse parcialmente y caracterizarse cinéticamente para identificar genes y DAMOX con las propiedades más adecuadas (por ejemplo estabilidad enzimática, alto valor de 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 additionally be cloned, expressed, partially purified and kinetically characterized to identify genes and DAMOX with the most suitable properties (for example enzymatic stability, high kcat / Km value for D-PPT oxidation, minimal oxidation of any substrate endogenous plant, optimal pH, etc.).

Cuando la sustancia no fitotóxica es D-fosfinotricina (PPT) esta puede obtenerse de una mezcla de D y L PPT. Por ejemplo, DL PPT puede añadirse a un medio de cultivo (preferentemente mínimo) de células E. coli (opcionalmente un mutante arg E para minimizar el nivel de fondo de actividad N-acetil PPT desacetilasa) cuando la E. coli se transforma para expresar un gen PAT (que codifica una enzima que transfiere un grupo acetilo de acetil CoA a L-PPT) a un alto nivel (por ejemplo de forma inducible, tras la adición de IPTG). Preferentemente, la E. coli también se modifica por ingeniería genética para expresar acetil CoA sintetasa. Después de permitir un tiempo adecuado para que el componente L de la fosfinotricina se N-acetile sustancialmente completo (juzgado, por ejemplo, controlando la conversión usando 31-P NMR) D-PPT se recupera y purifica del medio sin células usando etapas sucesivas de, por ejemplo, extracción de disolvente a pH alto y bajo, cromatografía de intercambio aniónico y catiónico, cristalización selectiva con cationes quirales tales como quincocina u otros procedimientos conocidos en la técnica tales como extracción de líquido/líquido con dos fases acuosas no miscibles como el sistema de fase (consúltense los procedimientos en el documento USP 5.153.355). Típicamente una etapa posterior es cromatografía de intercambio catiónico de la que se recupera D-PPT como la 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 the background level of N-acetyl PPT deacetylase activity) when E. coli is transformed to express a PAT gene (encoding an enzyme that transfers an acetyl group from acetyl CoA to L-PPT) at a high level (eg inducibly, after addition of IPTG). Preferably, E. coli is also genetically engineered to express acetyl CoA synthetase. After allowing adequate time for the L-component of the phosphinothricin to become substantially complete N-acetyl (judged, for example, by controlling the conversion using 31-P NMR) D-PPT is recovered and purified from the cell-free medium using successive steps of , eg, high and low pH solvent extraction, anion and cation exchange chromatography, selective crystallization with chiral cations such as quincocin, or other procedures known in the art such as liquid / liquid extraction with two aqueous non-miscible phases such as phase system (see procedures in USP 5,153,355). Typically a later step is cation exchange chromatography from which D-PPT is recovered as the ammonium salt.

Como alternativa, puede obtenerse D-PPT por un procedimiento enzimático en el que DL PPT + 2-cetoglutarato se convierte a principalmente una mezcla de D-PPT, 2-oxo PPT (y sus productos de descarboxilación) y GABA por las acciones combinadas de (I) L-aminotransferasa (por ejemplo de E. coli) y (II) glutamato descarboxilasa. La D-PPT pura deseada se resuelve a partir de la mezcla de reacción usando procedimientos conocidos en la técnica y como se ha descrito anteriormente. Alternatively, D-PPT can be obtained by an enzymatic procedure in which DL PPT + 2-ketoglutarate is converted to primarily a mixture of D-PPT, 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 resolved from the reaction mixture using procedures known in the art and as described above.

También puede obtenerse D-PPT usando un procedimiento enzimático en el que DL PPT + 2-cetoglutarato + NAD D-PPT can also be obtained using an enzymatic procedure in which DL PPT + 2-ketoglutarate + NAD

se convierte a principalmente una mezcla de D-PPT, 2-oxo PPT (y sus productos de descarboxilación) NADH y amoniaco por las acciones combinadas de (I) L-aminotransferasa y (II) glutamato deshidrogenasa. La D-PPT deseada se purifica a partir de la mezcla de reacción. it is converted to mainly 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 procedimiento adicional más para preparar D-PPT, DL PPT se trata con una L-aminoácido oxidasa de modo que el único aminoácido restante es la forma D deseada. Esta D-PPT se purifica después de la mezcla de reacción. In a still further procedure to prepare D-PPT, DL PPT is treated with an L-amino acid oxidase so that the only remaining amino acid is the desired D-form. This D-PPT is purified after the reaction mixture.

Un procedimiento adicional más implica (I) conversión de DL PPT a N-acetil DL PPT (usando anhídrido acético u otros reactivos acetilantes y procedimientos bien conocidos en la técnica) y (II) tratamiento de N-acetil DL PPT con D-aminoacilasa de modo que sólo se desacetila N-acetil-D-PPT. La D-PPT resultante se purifica de la mezcla de reacción. Por ejemplo, D-PPT se resuelve a partir de N-acetil-L-PPT uniéndose a la resina de intercambio aniónico Dowex y elución con ácido fórmico 40 mM. En condiciones de carga adecuadas este ácido eluye la D-PPT dejando la N-acetil L-PPT unida a la columna. A still further procedure involves (I) conversion of DL PPT to N-acetyl DL PPT (using acetic anhydride or other acetylating reagents and procedures well known in the art) and (II) treatment of N-acetyl DL PPT with D-aminoacylase from so only N-acetyl-D-PPT is deacetylated. The resulting D-PPT is purified from the reaction mixture. For example, D-PPT is resolved from N-acetyl-L-PPT by binding to 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.

Un procedimiento adicional más implica tratamiento de DL PPT con L-aminoacilasa y un agente acilante en un disolvente no acuoso de modo que solamente se deja la D-PPT deseada en una forma no acetilada. A still further procedure involves treatment of DL PPT with L-amino acylase and an acylating agent in a nonaqueous solvent so that only the desired D-PPT is left in a non-acetylated form.

Un procedimiento adicional más para preparar D-PPT pura implica cristalización enantioselectiva de DL PPT usando una base quiral tal como quincocina y adición de un núcleo de cristalización de la base quiral con D-PPT pura. A still further procedure to prepare pure D-PPT involves enantioselective crystallization of DL PPT using a chiral base such as quincocin and addition of a crystallization nucleus of the chiral base with pure D-PPT.

Un procedimiento adicional más para preparar D-PPT pura a partir de DL-PPT por cromatografía quiral directa usando una columna de base quiral. A further additional procedure to prepare pure D-PPT from DL-PPT by direct chiral chromatography using a chiral base column.

Se proporciona un procedimiento detallado para la producción de D-PPT en uno de los Ejemplos posteriores. A detailed procedure for the production of D-PPT is provided in one of the Examples below.

Las secuencias de ADN que codifican las enzimas usadas en la presente invención pueden, opcionalmente, mutarse y seleccionarse adicionalmente para generar enzimas útiles adicionales que tienen utilidad mejorada. Muchas características de las enzimas se mejoran de este modo incluyendo actividad catalítica (kcat/Km) frente al sustrato deseado, estabilidad de temperatura y pH óptimo. Se conocen bien procedimientos para generar, explorar y seleccionar con respecto a tales variantes mejoradas. Por ejemplo, se generan secuencias de ADN variantes adecuadas por un procedimiento de mutagénesis (por ejemplo pasando ADN a través de cepas bacterianas o de levadura con replicación de ADN propensa a errores tales como E. coli XL1 red, por mutagénesis por PCR de oligonucleótidos diana, química o UV). En particular tales genes se producen por cualquiera de varios procedimientos alternativos de barajado de ADN o “PCR sexual” como, por ejemplo, se resumen el documento WO 00/61740 de las páginas 28-41. Muchos procedimientos son adecuados para seleccionar tales genes mejorados. Los genes pueden expresarse de forma adecuada en una célula huésped adecuada tal como E. coli o levadura y seleccionarse para mejora usando ensayos adecuados tales como, por ejemplo, los descritos en el presente documento. The DNA sequences encoding the enzymes used in the present invention can, optionally, be further mutated and selected to generate additional useful enzymes that have improved utility. Many enzyme characteristics are improved in this way including catalytic activity (kcat / Km) against the desired substrate, temperature stability and optimal pH. Procedures for generating, exploring and selecting for such improved variants are well known. For example, suitable variant DNA sequences are generated by a mutagenesis procedure (eg, by passing DNA through bacterial or yeast strains with error-prone DNA replication such as E. coli XL1 red, by PCR mutagenesis of target oligonucleotides. , chemical or UV). In particular such genes are produced by any of several alternative DNA shuffling or "sexual PCR" procedures as, for example, document WO 00/61740 on pages 28-41 is summarized. Many procedures are suitable for selecting such improved genes. Genes can be adequately expressed in a suitable host cell such as E. coli or yeast and selected for improvement using suitable assays such as, for example, those described herein.

Los genes quiméricos que codifican enzimas para su uso en la invención que son capaces, individualmente o en combinación con otros, de convertir una sustancia no fitotóxica a una fitotóxica, pueden comprender cada uno una secuencia de ADN que codifica una de dichas enzimas ligada operativamente a una región promotora 5’ que dirige preferentemente la expresión a las estructuras reproductoras masculinas o femeninas. Esta especificidad de expresión asegura que el efecto de la enzima o enzimas expresadas se ejercerá solamente dentro de la localidad de los tejidos y células necesarios para la formación de semilla viable o polen viable y no será deletéreo para la planta más allá de su efecto en la fertilidad en presencia de una sustancia no fitotóxica adecuada, quizás un proherbicida. Además de genes quiméricos de regiones promotoras de acuerdo con la presente invención también comprende una secuencia terminadora de la transcripción 3’. Esta es responsable de la terminación de la transcripción y correcta poliadenilación de ARNm. Muchas secuencias terminadoras de la transcripción 3’ tales 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 de la transcripción 3’ se selecciona del terminador 35S de CMV, el terminador tml, el terminador de nopalina sintasa (nos) y el terminador rbcS E0 de guisante. Chimeric genes encoding enzymes for use in the invention that are capable, individually or in combination with one another, of converting a non-phytotoxic to a phytotoxic substance, may each comprise a DNA sequence encoding one of said enzymes operably linked to a 5 'promoter region that preferentially directs expression to male or female reproductive structures. This specificity of expression ensures that the effect of the expressed enzyme or enzymes will be exerted only within the locality of the tissues and cells necessary for the formation of viable seed or viable pollen and will not be deleterious to the plant beyond its effect on the fertility in the presence of a suitable non-phytotoxic substance, perhaps a proherbicide. In addition to chimeric genes from promoter regions according to the present invention it also comprises a 3 'transcription terminator sequence. This is responsible for the termination of transcription and correct polyadenylation of mRNA. Many such 3 'transcription 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 'transcription terminator sequence is selected from the CMV 35S terminator, the tml terminator, the nopaline synthase (nos) terminator, and the pea rbcS E0 terminator.

Las regiones promotoras 5’ adecuadas para su uso en ciertas realizaciones de dichos genes quiméricos incluyen regiones 5’ de genes que se expresan preferentemente en tejidos florales femeninos. En ciertas realizaciones la región promotora 5’ se selecciona del grupo que consiste en el promotor stig 1 del tabaco (Goldman y col., (1994) EMBO J., 13, 2976-2984), un promotor S13 modificado (Dzelkalns y col (1993) Plant Cell, 5, 8555), el promotor AGL5 (Savidge y col (1995) Plant Cell, 7, 721-733 y la región promotora 5’ del gen ZAG2 específico de carpelo de maíz (Thiessen y col (1995) Gene, 156, 155-166). Opcionalmente, se obtienen regiones promotoras adecuadas adicionales de regiones cadena arriba de las secuencias codificantes de ADN genómico que corresponden a secuencias de ADNc que se conoce en la técnica que se expresan preferentemente en estructuras reproductoras femeninas. En ciertas realizaciones tales ADNc sonda se seleccionan del grupo que consiste en genes Fbp7 y Fbp11 de Arabidopsis (Angenent y col., (1995) Plant Cell, 7, 1569-1582) y los ADNc específicos de orquídea O40, O108, 039, O126 y O141 (Nadeau y col., (1996) Plant Cell, 8, 213-239). En realizaciones particulares se seleccionan regiones promotoras 5’ que comprenden ADN genómico asociado con expresión preferente en estructuras reproductoras femeninas de regiones de ADN comprendidas dentro del grupo que consiste en el clon de ADN genómico pSH64 que tiene el número de acceso NRRL B-21920, clon genómico, pCIB10302 que hibrida con el 5 ’promoter regions suitable for use in certain embodiments of such chimeric genes include 5’ regions of genes that are preferentially 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 (Dzelkalns 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, additional suitable promoter regions are obtained from regions upstream of the genomic DNA coding sequences that correspond to cDNA sequences known in the art that are preferentially expressed in female reproductive structures. Embodiments such probe cDNAs are selected from the group consisting of Arabidopsis Fbp7 and Fbp11 genes (Angenent et al., (1995) Plant Cell, 7, 1569-1582) and orchid-specific cDNAs O40, O108, 039, O126 and O141 (Nadeau et al., (1996) Plant Cell, 8, 213-239.) In particular embodiments en 5 'promoter regions are selected which comprise genomic DNA associated with preferential expression in female reproductive structures of DNA regions comprised within the group consisting of the genomic DNA clone pSH64 having accession number NRRL B-21920, genomic clone, pCIB10302 that hybridizes with the

ADNc P26-A4 que tiene el número de acceso NRRL B-21655 y clon de ADN genómico X2-1 que hibrida con el clon de ADNc P 19-QA que tiene el número de acceso NRRL B-21919. En realizaciones particulares adicionales esta región promotora comprende los nucleótidos 1 a 1390 de SEC ID Nº: 11, SEC ID Nº: 2 y los nucleótidos 1 a 1093 de SEC ID Nº: 4 en el documento WO 98/39462. En realizaciones adicionales, se aíslan y clonan regiones promotoras 5’ adicionales adecuadas para su uso en los genes quiméricos de la invención por procedimientos que son familiares para los expertos en la materia. Por ejemplo, se identifican nuevos transcritos expresados en estructuras reproductoras femeninas aislando ARN de tejidos tales como sedas de maíz o pistilos de trigo seguido de exploración diferencial usando técnicas tales como presentación diferencial, sustracción de ADNc seleccionado por PCR y construcción de biblioteca de ADNc sustractiva. Se aíslan clones de ADNc que se expresan preferentemente en los tejidos femeninos y no en otras partes de la planta tales como las hojas, raíces y penachos. La especificidad de tejido de la expresión se confirma, opcionalmente, adicionalmente por transferencia de Northern. Los clones de ADNc se usan como sondas para exploración de biblioteca genómica. Se obtienen regiones promotoras 5’ y, opcionalmente, regiones de ADN no traducido 3’ asociadas con expresión preferente de tejido de los clones de ADN genómico y se usan en la construcción de genes quiméricos para expresión preferente en estructuras reproductoras femeninas. P26-A4 cDNA having accession number NRRL B-21655 and genomic DNA clone X2-1 that hybridizes to cDNA clone P 19-QA having accession number NRRL B-21919. In further particular embodiments this promoter region comprises 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, additional 5 'promoter regions suitable for use in the chimeric genes of the invention are isolated and cloned by procedures familiar to those skilled in the art. For example, new transcripts expressed in female reproductive structures are identified by isolating RNA from tissues such as corn silk or wheat pistil followed by differential scanning using techniques such as differential presentation, subtraction of selected cDNA by PCR, and construction of subtractive cDNA library. CDNA clones that are preferentially expressed in female tissues and not in other parts of the plant such as leaves, roots and tufts are isolated. The tissue specificity of the expression is optionally further confirmed by Northern blotting. The cDNA clones are used as probes for genomic library scanning. 5 ’promoter regions and, optionally, 3’ untranslated DNA regions associated with preferential tissue expression of genomic DNA clones are obtained and used in the construction of chimeric genes for preferential expression in female reproductive structures.

Las regiones promotoras 5’ adecuadas para su uso en ciertas realizaciones de dichos genes quiméricos incluyen regiones 5’ de genes que se expresan preferentemente en tejidos florales masculinos. Estas incluyen regiones promotoras para expresión en polen, el tapete u otras estructuras en la antera. En ciertas realizaciones, estas regiones promotoras 5’ se seleccionan del grupo que consiste en el promotor LAT52 (Twell y col., (1989) Dev., 109, 705-713), el promotor A127 del tomate (Dotson y col., (1996) Plant J., 10, 383-392), el promotor Zmg del maíz (Hamilton y col., (1989) Sex. Plant Reprod. 2, 208-212), el promotor CDPK del maíz (Guerro y col., (1990) Mol. Gen. Genet., 224, 161-168) y los promotores ant32 y ant43D específicos de anteras desvelados en el documento USP 5477002. En ciertas realizaciones adicionales la región promotora 5’ se selecciona del grupo que consiste en el promotor específico de tapete CA55 del maíz (“Pca55” descrito en el documento WO 92/13956), el promotor específico de tapete E1 del arroz (descrito en el documento USP 5639948), el promotor específico del tapete T72 de arroz (descrito en el documento USP 5639948), el promotor específico de antera RA8 del arroz (número de acceso de Genbank/EMBL AF042275; Jeon y col, (1999) PMB, 39, 35-44; documento WO 00/26389) el promotor Tap1 específico de antera (Spena y col (1992) Theor Appl Genet 84, 520-527) y el promotor específico de polen ZmC5 del maíz (número de acceso de Genbank/EMBL Y13285; Wakeley y col, (1998) PMB, 37, 187-192). Opcionalmente, se obtienen regiones promotoras adecuadas adicionales de regiones cadena arriba de las secuencias codificantes de ADN genómico correspondientes a secuencias de ADNc, que se sabe en la técnica que se expresan preferentemente en estructuras reproductoras masculinas. En ciertas realizaciones tales ADNc sonda se seleccionan del grupo que consiste en el gen de citocromo P450 específico de tubo polínico de orquídea (Nadeau y col., (1996) Plant Cell, 8,213-239), el gen Bcp1 de Arabidopsis (Xu y col (1995) P.N.A.S., 92, 2106-2110) y el gen MFS14 específico de flor masculina de maíz (Wright y col., (1993) Plant J, 3, 41-49). En realizaciones adicionales, se aíslan y clonan regiones promotoras 5’ adicionales adecuadas para su uso en los genes quiméricos de la invención por procedimientos que son familiares para los expertos en la materia. Por ejemplo, se identifican nuevos transcritos expresados en estructuras reproductoras masculinas aislando ARN de tejidos tales como penachos, tubos polínicos, antera o tapete seguido de exploración diferencial por técnicas tales como presentación diferencial, sustracción de ADNc seleccionado por PCR y construcción de biblioteca de ADNc sustractivo. Se aíslan clones de ADNc que se expresan preferentemente en los tejidos masculinos y no en otras partes de la planta tales como las hojas, raíces y estigma. La especificidad de tejido de la expresión se confirma, opcionalmente, por transferencia de Northern. Los clones de ADNc se usan como sondas para exploración de biblioteca genómica. Se obtienen regiones promotoras 5’ y regiones de ADN no traducido 3’ asociadas con expresión preferente de tejido de los clones de ADN genómico y se usan en la construcción de genes quiméricos para expresión preferente en estructuras reproductoras masculinas. 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 tissues. These include promoter regions for expression in pollen, the mat, or other structures in the anther. In certain embodiments, these 5 'promoter regions are selected from the group consisting of the LAT52 promoter (Twell et al., (1989) Dev., 109, 705-713), the tomato A127 promoter (Dotson et al., ( 1996) Plant J., 10, 383-392), the maize Zmg promoter (Hamilton et al., (1989) Sex. Plant Reprod. 2, 208-212), the maize CDPK promoter (Guerro et al., (1990) Mol. Gen. Genet., 224, 161-168) and the anther-specific ant32 and ant43D promoters disclosed in USP 5477002. In certain further embodiments the 5 'promoter region is selected from the group consisting of the promoter maize specific CA55 mat ("Pca55" described in WO 92/13956), the mat-specific promoter E1 of rice (described in USP 5639948), the T72 mat-specific promoter of rice (described in document USP 5639948), the rice-anther RA8-specific promoter (Genbank / EMBL accession number AF042275; Jeon et al, (1999) PMB, 39, 35-44; WO 00 / 26389) the anther specific Tap1 promoter (Spena et al (1992) Theor Appl Genet 84, 520-527) and the maize ZmC5 pollen specific promoter (Genbank / EMBL accession number Y13285; Wakeley et al, (1998) PMB, 37, 187-192). Optionally, additional suitable promoter regions are obtained from upstream regions of the genomic DNA coding sequences corresponding to cDNA sequences, which are known in the art to be preferentially expressed in male reproductive structures. In certain embodiments such probe cDNAs are selected from the group consisting of the orchid pollin tube specific cytochrome P450 gene (Nadeau et al., (1996) Plant Cell, 8,213-239), the Arabidopsis Bcp1 gene (Xu et al (1995) PNAS, 92, 2106-2110) and the male corn flower specific MFS14 gene (Wright et al., (1993) Plant J, 3, 41-49). In further embodiments, additional 5 'promoter regions suitable for use in the chimeric genes of the invention are isolated and cloned by procedures familiar to those skilled in the art. For example, new transcripts expressed in male reproductive structures are identified by isolating RNA from tissues such as tufts, pollen tubes, anther or mat followed by differential scanning by techniques such as differential presentation, subtraction of selected cDNA by PCR, and construction of subtractive cDNA library . CDNA clones that are preferentially expressed in male tissues and not in other parts of the plant such as leaves, roots and stigma are isolated. The tissue specificity of the expression is optionally confirmed by Northern blotting. The cDNA clones are used as probes for genomic library scanning. 5 ’promoter regions and 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.

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

Los genes quiméricos pueden comprender opcionalmente una región, inmediatamente precedente a la secuencia de ADN que codifica la enzima implicada en la conversión de sustancia no fitotóxica a fitotoxina, que codifican una secuencia peptídica capaz de dirigir dicha enzima a orgánulos subcelulares tales como el cloroplasto, peroxisoma (distinto de cuando la fitotoxina es un peróxido o anión superóxido) o mitocondrias y dicha proteína de dirección puede tener la secuencia de (i) un péptido de tránsito de cloroplastos o (ii) una parte N-terminal de péptido de tránsito de cloroplastos de una proteína de cloroplastos-péptido de tránsito de cloroplastos. En particular, para dirigir a la mitocondria, dicha región de ADN que precede inmediatamente a la secuencia de ADN codificante de enzima, codifica una secuencia peptídica de tránsito de mitocondrias. En ciertas realizaciones la secuencia peptídica de tránsito puede seleccionarse del grupo que consiste en las secuencias peptídicas de tránsito endógenas de la subunidad beta de ATP sintasa mitocondrial de Nicotinia plumbaginifolia, isocitrato deshidrogenasa dependiente de NADP específica de mitocondrias, subunidad de unión a NADPH del complejo de cadena respiratoria I y triptofanilARNt-sintetasa mitocondrial de levadura. Chimeric genes can optionally comprise a region, immediately preceding the DNA sequence encoding the enzyme involved in the conversion of non-phytotoxic substance to phytotoxin, encoding a peptide sequence capable of directing said enzyme to subcellular organelles such as the chloroplast, peroxisome (other than when the phytotoxin is a peroxide or superoxide anion) or mitochondria and said targeting protein may have the sequence of (i) a chloroplast transit peptide or (ii) an N-terminal part of chloroplast transit peptide from a chloroplast protein-chloroplast transit peptide. In particular, to target the mitochondria, said DNA region immediately preceding the enzyme-encoding DNA sequence, encodes a peptide sequence for transit of mitochondria. In certain embodiments, the transit peptide sequence can be selected from the group consisting of endogenous transit peptide sequences of the NADP beta subunit mitochondrial Nicotinia plumbaginifolia, mitochondria-specific NADP-dependent isocitrate dehydrogenase, NADPH-binding subunit of the complex of respiratory chain I and yeast mitochondrial tryptophanylRNA-synthetase.

Los polinucleótidos para su uso en el presente procedimiento de la invención pueden comprender uno o más genes The polynucleotides for use in the present method of the invention may comprise one or more genes.

quiméricos que codifican enzimas que catalizan reacciones implicadas en la generación de fitotoxinas de sustancias no fitotóxicas. Opcionalmente tales polinucleótidos comprenden más genes adicionales y genes quiméricos, tales como un gen marcador quimérico. Un gen marcador quimérico como se usa en el presente documento comprende un ADN marcador bajo el control de la expresión de un promotor que está activo en las células vegetales. El ADN marcador codifica una ARN, proteína o polipéptido que, cuando se expresa en una planta, tejido vegetal o célula vegetal permite que dicho material vegetal se distinga de material vegetal que no expresa el ADN marcador. Son ejemplos de genes marcadores genes que proporcionan un color específico a una célula tal como el gen A1 (Meyer y col. (1987) Nature 330, 667) o genes que hacen a las células vegetales resistentes a selección de otro modo letal con antibióticos (por ejemplo el gen aac(6’) que codifica resistencia a gentamicina, documento WO 94/01560 o genes de higromicina fosfotransferasa que proporcionan resistencia a higromicina) o herbicidas tales como glifosato (por ejemplo genes EPSPS tales como en el documento USP 5510471 o el documento WO 00/66748), fenmedifam (por ejemplo gen de pmph documento USP 5347047; documento USP 5543306), bromoxinilo (por ejemplo genes descritos en el documento USP 4810648) sulfonilureas (por ejemplo genes descritos en el documento EP 0360750), dalapon (genes descritos en el documento WO 99/48023), cianamida (genes descritos en los documentos WO 98/48023; WO 98/56238) y genes que codifican resistencia a inhibidores de glutamina sintetasa tales como Lfosfinotricina (tal como, por ejemplo, genes de N-acetil-transferasa descritos en los documentos 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 un gen marcador, dicho herbicida es un herbicida que es útil para control de malas hierbas en el cultivo y, adicionalmente, el gen de resistencia a herbicida se expresa de forma suficiente para proporcionar tolerancia robusta a tasas de campo de dicho herbicida. En una realización preferida adicional 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 proporcione selección positiva en la que el gen marcador codifica una enzima que proporciona, en el contexto de un medio particular, a las células vegetales transformadas una ventaja metabólica positiva. El documento USP 5767378 describe varios genes y sistemas de selección positiva adecuados. chimeric encoding enzymes that catalyze reactions involved in the generation of phytotoxins from non-phytotoxic substances. Optionally such polynucleotides comprise more additional genes and chimeric 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. Marker DNA encodes an RNA, protein, or polypeptide that, 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 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 make plant cells resistant to selection otherwise lethal with antibiotics ( for example the aac (6 ') gene encoding resistance to gentamicin, WO 94/01560 or hygromycin phosphotransferase genes that provide resistance to hygromycin) or herbicides such as glyphosate (for example EPSPS genes such as in USP 5510471 or WO 00/66748), fenmedipham (eg pmph gene USP 5347047; USP 5543306), bromoxynyl (eg genes described in USP 4810648) sulfonylureas (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 synthetase inhibitors such as Lphosphinothricin (t as, for example, N-acetyl transferase genes described in EP 0242246, EP 0242246 and EP 0257542). In a preferred embodiment of the polynucleotide of the present invention comprising a herbicide resistance gene as a marker gene, said herbicide is a herbicide that is useful for weed control in cultivation and, additionally, the herbicide resistance gene is expressed sufficiently to provide robust tolerance to field rates of said herbicide. In a further preferred embodiment 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, in the context of a particular medium, a transformed metabolic advantage to transformed plant cells. USP 5767378 describes several suitable positive selection genes and systems.

Cuando el polinucleótido de la presente invención comprende un gen de resistencia a herbicida, el herbicida se aplica de forma exógena a plantas de cultivo que se plantan de forma intercalada a una densidad suficiente para eliminar la producción de semilla no híbrida que se origina de plantas parentales autofértiles no transgénicas. En una realización preferida el herbicida es glifosato o una sal agronómicamente útil del mismo y dicho gen marcador de resistencia a herbicida se selecciona entre los genes que confieren resistencia a glifosato descritos en el documento WO 00166748. When the polynucleotide of the present invention comprises a herbicide resistance gene, the herbicide is applied exogenously to crop plants that are interleaved at a density sufficient to eliminate non-hybrid seed production originating from parent plants non-transgenic fertile. In a preferred embodiment the herbicide is glyphosate or an agronomically useful salt thereof and said herbicide resistance marker gene is selected from the glyphosate resistance conferring genes described in WO 00166748.

Cuando está presente un gen marcador, también pueden proporcionarse medios para la retirada de dicho gen marcador. Esto es deseable cuando, por ejemplo, se decide combinar rasgos. Además también es deseable retirar genes marcadores de resistencia a herbicida que podrían interferir con el funcionamiento del mecanismo de fertilidad condicional dependiente de proherbicida de la presente invención. Por ejemplo, sería deseable retirar un gen marcador de resistencia a herbicida de fosfinotricina N-acetil transferasa (PAT) de un polinucleótido que comprende también un gen quimérico, útil para proporcionar esterilidad condicional masculina o femenina dependiente de la aplicación exógena de proherbicida D-fosfinotricina. La presencia del gen PAT podría interferir potencialmente con esterilidad condicional exitosa inactivando la fitotoxina L-fosfinotricina. Por lo 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 que la secuencia se “expulse”. El cruce de una planta que porta el gen marcador flanqueado de este modo con una planta que porta un gen que codifica la recombinasa específica correspondiente da como resultado plantas descendientes de las que se escinde específicamente el marcador. Son ejemplos de tales sistemas de recombinación homóloga específicos de sitio adecuados el sistema flp/frt (Lyznik y col., (1996), Nucleic Acids Res. 24, 3784-3789) y el sistema Cre/Lox (Bayley, C. C. y col., (1992) PMB, 18, 353-361). When a marker gene is present, means may 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 remove herbicide resistance marker genes that could interfere with the functioning of the proherbicide dependent conditional fertility mechanism of the present invention. For example, it would be desirable to remove a phosphinothricin N-acetyl transferase (PAT) herbicide resistance marker gene from a polynucleotide that also comprises a chimeric gene, useful for providing conditional sterility male or female dependent on exogenous application of D-phosphinothricin proherbicide . The presence of the PAT gene could potentially interfere with successful conditional sterility by inactivating phytotoxin L-phosphinothricin. Therefore, polynucleotides comprising marker genes can optionally comprise specific recognition sites for specific recombinases at positions that flank the marker gene and allow the sequence to be "knocked out". Crossing a plant carrying the thus flanked marker gene with a plant carrying a gene encoding the corresponding specific recombinase results in offspring plants from which the marker is specifically cleaved. Examples of such suitable 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 procedimiento de la invención pueden comprender opcionalmente uno o más potenciadores traduccionales localizados dentro de las regiones no traducidas 5’ de las secuencias codificantes de proteína. El experto en la materia es consciente de la identidad de tales potenciadores traduccionales adecuados tales como las secuencias Omega y Omega prima derivadas de TMV y que derivaron del virus del grabado del tabaco y cómo tales potenciadores traduccionales pueden introducirse en el polinucleótido para proporcionar el resultado deseado de expresión proteica aumentada. Los ejemplos adicionales incluyen potenciadores traduccionales derivados del virus del moteado clorótico del maíz y virus del mosaico de la alfalfa (Gallie y col., (1987) Nucl. Acids Res., 15, 8693-8711; Skuzeski y col., (1990) PMB., 15, 65-79). Para optimizar adicionalmente la expresión de proteínas de genes quiméricos y genes marcadores quiméricos dichos polinucleótidos también pueden comprender adicionalmente elementos tales como potenciadores, regiones de unión a armazón o matriz (SARS o MARS) e intrones. Se ha mostrado que diversas secuencias intrónicas tales como el intrón 1 de adh1 del maíz potencian la expresión cuando se incluyen en la región no traducida 5’ de genes y, opcionalmente, se usan en los genes quiméricos de la presente invención. The polynucleotides used in the present method of the invention may optionally comprise one or more translational enhancers located within the 5 'untranslated regions of the protein coding sequences. The person skilled in the art is aware of the identity of such suitable translational enhancers such as the Omega and Omega prime sequences derived from TMV and derived from the tobacco engraving virus and how such translational enhancers can be introduced into the polynucleotide to provide the desired result. of increased protein expression. Additional examples include translational enhancers 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 the expression of chimeric gene proteins and chimeric marker genes, said polynucleotides may also further comprise elements such as enhancers, framework or matrix binding regions (SARS or MARS), and introns. Various intronic sequences such as maize adh1 intron 1 have been shown to enhance 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 transformado de acuerdo con la invención para mostrar las características de esterilidad femenina/masculina deseadas también se pueden haber transformado con un polinucleótido que comprende regiones que codifican proteínas capaces de conferir al material vegetal que lo contiene al menos uno de los siguientes rasgos agronómicamente deseables: resistencia a insectos, hongos, virus, bacterias, nematodos, tensión, desecación y herbicidas. Plants that have been transformed according to the invention to display the desired female / male sterility characteristics may also have been transformed with a polynucleotide comprising protein-encoding regions capable of conferring on plant material containing it at least one of the following agronomically desirable traits: resistance to insects, fungi, viruses, bacteria, nematodes, tension, desiccation and herbicides.

Los genes que confieren resistencia a herbicidas pueden, por ejemplo, seleccionarse del grupo que codifica las siguientes proteínas: glifosato oxidasa (GOX), EPSP sintasa, fosfinotricina acetil transferasa (PAT), hidroxifenil piruvato dioxigenasa (HPPD), glutatión S-transferasa (GST), citocromo P450, Acetil-CoA carboxilasa (ACCasa), Acetolactato sintasa (ALS), protoporfirinógeno oxidasa (PPO), dihidropteroato sintasa, proteínas de transporte de poliaminas, superóxido dismutasa (SOD), bromoxinil nitrilasa, fitoeno desaturasa (PDS), el producto del gen tfdA que puede obtenerse de Alcaligenes eutrophus, y variantes mutadas o modificadas de otro modo conocidas de dichas proteínas. El experto en la materia reconocerá la necesidad de elegir tales genes y los promotores que dirigen su expresión, cuidadosamente, teniendo en consideración la naturaleza de la enzima que usa para convertir la sustancia no fitotoxina. En el caso de que el polinucleótido proporcione resistencia a múltiples herbicidas tales herbicidas pueden seleccionarse del grupo que consiste en un herbicida de dinitroanilina, triazolo-pirimidinas, un herbicida de tipo uracilo, fenilurea, tricetona, isoxazol, acetanilida, oxadiazol, triazinona, sulfonanilida, amida, anilida, isoxaflutol, flurocloridona, norflurazon y triazolinona y el herbicida posterior a la aparición se selecciona del grupo que consiste en glifosato y sales del mismo, glufosinato, asulam, bentazon, bialafos, bromacilo, setoxidim u otra ciclohexanodiona, dicamba, fosamina, flupoxam, fenoxi propionato, quizalofop u otro ariloxi-fenoxipropanoato, picloram, fluormetron, butafenacilo, atrazina y otra triazina, metribuzina, clorimurón, clorsulfurón, flumetsulam, halosulfurón, sulfometrón, imazaquina, imazetapir, isoxabeno, imazamox, metosulam, piritrobac, rimsulfurón, bensulfurón, nicosulfurón, fomesafeno, fluroglicofeno, KIH9201, ET751, carfentrazona, mesotriona, sulcotriona, paraquat, diquat, bromoxinilo y fenoxaprop. Genes that confer resistance to herbicides can, for example, be selected from the group encoding the following proteins: glyphosate oxidase (GOX), EPSP synthase, phosphinothricin acetyl transferase (PAT), hydroxyphenyl pyruvate dioxygenase (HPPD), glutathione S-transferase (GST) ), cytochrome P450, Acetyl-CoA carboxylase (ACCase), Acetolactate synthase (ALS), protoporphyrinogen oxidase (PPO), dihydropteroate synthase, polyamine transport proteins, superoxide dismutase (SOD), bromoxynyl nitrilase, phytoene desaturase (PDS) product of the tfdA gene that can be obtained from Alcaligenes eutrophus, and otherwise known mutated or modified variants 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 that it uses to convert the non-phytotoxin substance. In the event that the polynucleotide provides resistance to multiple herbicides, such herbicides can be selected from the group consisting of a dinitroaniline, triazolo-pyrimidine herbicide, a uracil, phenylurea, tricetone, isoxazole, acetanilide, oxadiazole, triazinone, sulfonanil, herbicide amide, anilide, isoxaflutol, flurochloridone, norflurazon and triazolinone and the post-emergence herbicide is selected from the group consisting of glyphosate and salts thereof, glufosinate, asulam, bentazon, bialaphos, bromacil, setoxidim or other cyclohexanodione, dicamba, fos flupoxam, phenoxy propionate, quizalofop, or other aryloxy-phenoxypropanoate, picloram, fluormetron, butafenacil, atrazine, and other triazine, metribuzine, chlorimuron, chlorsulfuron, flumetsulam, belosulfuron, sulfometron, imazaquine, imazetapir, isoxapirur, isoxapirur , nicosulfuron, fomesaphene, fluroglycophen, KIH9201, ET751, carfentrazone, mesotrione, sulco trione, paraquat, diquat, bromoxynil and fenoxaprop.

En el caso de que el polinucleótido comprenda secuencias que codifican proteínas insecticidas, estas proteínas puede seleccionarse del grupo que consiste en toxinas cristalinas derivadas de Bt, incluyendo toxinas Bt secretadas tales como las 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 AFP conocidas, defensinas, quitinasas, glucanasas y Avr-Cf9. Son proteínas insecticidas particularmente preferidas cryIAc, cryIAb, cry3A, Vip 1A, Vip 1B, Vip3A, Vip3B, inhibidores de cisteína proteasa y lectina de campanilla de invierno. En el caso de que el polinucleótido comprenda genes que confieren resistencia bacteriana estos pueden seleccionarse del grupo que consiste en los que codifican cecropinas y tequiplesina y análogos de las mismas. Los genes que confieren resistencia a virus pueden seleccionarse del grupo que consiste en los que codifican proteínas de revestimiento de virus, proteínas de movimiento, replicasas virales y secuencias antisentido y de ribozimas que se sabe que proporcionan resistencia a virus; mientras que los genes que confieren resistencia a tensión, sal y sequía pueden seleccionarse de los que codifican Glutatión-S-transferasa y peroxidasa, la secuencia que constituye la secuencia reguladora de CBF1 conocida y genes que se sabe que proporcionan 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 toxins derived from Bt, including secreted Bt toxins such as those known as "VIP"; Xenhorabdus / Photorhabdus protease, lectin and toxin inhibitors. Genes that confer resistance to fungi can be selected from the group consisting of those that encode known AFPs, defensins, chitinases, glucanases, and Avr-Cf9. Particularly preferred insecticidal proteins are cryIAc, cryIAb, cry3A, Vip 1A, Vip 1B, Vip3A, Vip3B, cysteine protease inhibitors and snowdrop lectin. In the event that the polynucleotide comprises genes that confer bacterial resistance, these can be selected from the group consisting of those that encode cecropins and tequiplesin and analogs thereof. Genes that confer virus resistance can be selected from the group consisting of those that encode virus coat proteins, movement proteins, viral replicases, and antisense and ribozyme sequences known to provide virus resistance; while genes conferring stress, salt and drought resistance can be selected from those encoding Glutathione-S-transferase and peroxidase, the sequence constituting the known CBF1 regulatory sequence, and genes known to provide accumulation of trehalose.

Los polinucleótidos usados de acuerdo con la presente invención pueden haberse “modificado” para potenciar la expresión de las secuencias codificantes de proteínas comprendidas en ellos, por que los motivos de inestabilidad de ARNm y/o las regiones de corte y empalme casual pueden haberse retirado o pueden haberse usado codones preferidos para cultivo de modo que la expresión del polinucleótido modificado de este modo en una planta produce proteína sustancialmente similar que tiene una actividad/función sustancialmente similar a la obtenida por expresión de las regiones codificantes de proteínas del polinucleótido no modificado en el organismo en el que tales regiones del polinucleótido no modificado son endógenas. El grado de identidad entre el polinucleótido modificado y un polinucleótido contenido de forma endógena dentro de dicha planta y que codifican sustancialmente la misma proteína puede ser tal que prevenga la cosupresión entre las secuencias modificadas y endógenas. En este caso el grado de identidad entre las secuencias debería ser preferentemente menos de aproximadamente 70 %. Además la secuencia alrededor de una posición de inicio de la traducción puede modificarse de modo que sea “preferida de Kozack”. El experto en la materia conoce bien lo que esto significa. The polynucleotides used in accordance with the present invention may have been "modified" to enhance the expression of the protein coding sequences comprised therein, because the motifs of mRNA instability and / or the random splice regions may have been removed or Preferred codons may have been used for culture so that expression of the thus modified polynucleotide in a plant produces substantially similar protein having activity / function substantially similar to that obtained by expression of the protein coding regions of the unmodified polynucleotide 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 within said plant and encoding substantially the same protein may be such as to prevent 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 so that it is "Kozack preferred". The person skilled in the art knows well what this means.

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

Pueden seleccionarse plantas de la invención del grupo que consiste en grandes cultivos, frutas y verduras tales como colza, girasol, tabaco, remolacha azucarera, algodón, maíz, trigo, cebada, arroz, sorgo, remolacha, tomate, mango, melocotón, manzana, pera, fresa, plátano, melón, patata, zanahoria, lechuga, repollo, cebolla, soja spp., caña de azúcar, guisante, habas, álamo, uva, cítricos, alfalfa, centeno, avena, hierbas de césped y forraje, lino y colza y plantas productoras de nueces en la medida en que no se han mencionado específicamente ya, sus descendientes, semillas y partes. Plants of the invention can be selected from the group consisting of large crops, fruits and vegetables such as rape, sunflower, tobacco, sugar beet, cotton, corn, wheat, barley, rice, sorghum, beet, tomato, mango, peach, apple, pear, strawberry, banana, melon, potato, carrot, lettuce, cabbage, onion, soybean spp., sugar cane, pea, beans, poplar, grape, citrus, alfalfa, rye, oats, grass and forage herbs, flax and rapeseed and nut-producing plants to the extent that their descendants, seeds and parts have not been specifically mentioned already.

Las plantas tales particularmente preferidas incluyen trigo, cebada, avena, arroz, maíz, mijo y sorgo. Particularly preferred such plants include wheat, barley, oats, rice, corn, millet, and sorghum.

Un procedimiento preferido para producir semillas de trigo híbridas comprende las etapas de A preferred procedure for producing hybrid wheat seeds comprises the steps of

(i)(i)
transformar material vegetal con un polinucleótido o vector que comprenda un gen que confiera esterilidad masculina condicional tras aplicación exógena de un proherbicida u otra sustancia no fitotóxica;  transforming plant material with a polynucleotide or vector comprising a gene that confers conditional male sterility after exogenous application of a proherbicide or other non-phytotoxic substance;

(ii)(ii)
seleccionar el material transformado de este modo; y  select the transformed material in this way; and

(iii) regenerar el material seleccionado de este modo en plantas completas condicionalmente estériles masculinas morfológicamente normales. (iii) regenerate the material selected in this way in morphologically normal male conditionally sterile whole plants.

(iv) (iv)
cultivar una línea parental femenina condicionalmente estéril masculina homocigota cultivate a homozygous male conditionally sterile female parental line

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

(vi)(saw)
seleccionar el material transformado de este modo; y  select the transformed material in this way; and

(vii) regenerar el material seleccionado de este modo en plantas completas condicionalmente estériles femeninas morfológicamente normales. (vii) regenerate the material selected in this way in morphologically normal female conditionally sterile whole plants.

(viii) cultivar una línea parental masculina condicionalmente estéril femenina homocigota (viii) cultivate a homozygous female conditionally sterile male parental line

(ix) (ix)
plantación intercalada de dichas líneas parentales masculinas y femeninas condicionalmente estériles a una relación tal que asegure la polinización eficaz interspersed planting of such conditionally sterile male and female parental lines in such a relationship as to ensure effective pollination

(x)(x)
Aplicar dicha sustancia proherbicida u otra no fitotóxica a las líneas parentales plantadas de forma intercalada a una dosis y en una etapa del desarrollo tal que minimice la autofertilización  Apply this proherbicidal or other non-phytotoxic substance to the planted parental lines interleaved at a dose and at a stage of development that minimizes self-fertilization.

(xi)(xi)
Recoger las semillas de trigo híbridas de las plantas parentales de plantación intercalada.  Collect hybrid wheat seeds from the intercrop parent plants.

También se desvela un kit de diagnóstico que comprende medios para detectar las proteínas o secuencias de ADN que las codifican, que están presentes en plantas producidas de acuerdo con el presente procedimiento de la invención y por lo tanto adecuadas para identificar tejidos o muestras que las contienen. Las secuencias de ADN pueden detectarse por amplificación por PCR como se conoce por el experto en la materia, basándose en cebadores que puedan derivarse fácilmente de las secuencias codificantes de enzima que se desvelan o mencionan en la presente solicitud. Las enzimas por sí mismas pueden detectarse mediante, por ejemplo, el uso de anticuerpos que se han inducido contra ellas para distinguir de forma diagnóstica las regiones antigénicas que contienen. Also disclosed is a diagnostic kit comprising means for detecting the proteins or DNA sequences that encode them, which are present in plants produced according to the present method of the invention and therefore suitable for identifying tissues or samples containing them. . DNA sequences can be detected by PCR amplification as known to the person skilled in the art, based on primers that can be easily derived from the enzyme coding sequences disclosed or mentioned in the present application. Enzymes by themselves can be detected by, for example, the use of antibodies that have been raised against them to diagnostically distinguish the antigenic regions they contain.

Puede producirse D-Fosfinotricina (D-PPT) enantioméricamente pura por un procedimiento que comprende las etapas de: Enantiomerically pure D-Phosphinothricin (D-PPT) can be produced by a process comprising the steps of:

(a)(to)
Proporcionar células que contienen una enzima capaz de N-acilar de forma selectiva PPT;  Providing cells that contain an enzyme capable of selectively N-acylating PPT;

(b)(b)
Dejar crecer dichas células en un medio que contenga D-L PTT para producir medio condicionado;  Let these cells grow in a medium containing D-L PTT to produce conditioned medium;

(c)(c)
Separar las células del medio condicionado de (b);  Separate cells from conditioned medium from (b);

(d)(d)
Opcionalmente extraer el medio condicionado con una disolvente no acuoso, no miscible, a diversos pH, de modo que la fracción que contiene PPT se separa de la fracción que contiene moléculas más solubles en agua que PPT;  Optionally extracting the conditioned medium with a non-aqueous, non-miscible solvent at various pHs, so that the fraction containing PPT is separated from the fraction containing molecules more soluble in water than PPT;

(e)(and)
Opcionalmente mezclar con el medio extraído condicionado o que contiene PPT de la etapa (d) una resina de intercambio catiónico en su forma protonada, en una cantidad, y a un pH, suficiente para absorber una proporción sustancial de los cationes, distintos de PTT, del medio;  Optionally mix with the extracted conditioned or PPT-containing medium from step (d) a cation exchange resin in its protonated form, in an amount, and at a pH, sufficient to absorb a substantial proportion of the cations, other than PTT, from the means, medium;

(f)(F)
Mezclar con el medio condicionado, medio extraído o medio que resulta de la etapa (e) una resina de intercambio catiónico en su forma protonada, en una cantidad, y a un pH, suficiente para unir el volumen de la PTT en el medio;  Mix with the conditioned medium, extracted medium or medium resulting from step (e) a cation exchange resin in its protonated form, in an amount, and at a pH, sufficient to bind the volume of the PTT in the medium;

(g)(g)
Recoger la resina de intercambio de iones catiónicos de la etapa (f) a la que está unida la PPT y eluir de forma selectiva PPT de ella usando un medio de elución que tenga un pH y fuerza iónica suficientes, a condición de que el pH de dicho medio de elución no sea tan bajo que provoque racemización de la PPT eluida de este modo.  Collect the cationic ion exchange resin from step (f) to which the PPT is bound and selectively elute PPT from it using an elution medium having sufficient pH and ionic strength, provided that the pH of said elution medium is not so low as to cause racemization of the PPT thus eluted.

Con respecto a la transformación de material vegetal, los expertos en la materia reconocerán que aunque se especifican tipos particulares de material diana (por ejemplo cultivo de suspensión celular embriogénico o embriones inmaduros desdiferenciados) y procedimientos particulares de transformación (por ejemplo usando Agrobacterium o bombardeo de partículas) en los ejemplos posteriores, la presente invención no está limitada a estas realizaciones particulares y tales materiales y procedimientos diana pueden usarse de forma intercambiable. Además la expresión “células vegetales” como se usa a lo largo de la presente descripción de la invención puede referirse a células aisladas, incluyendo cultivos en suspensión así como a células en un tejido intacto o parcialmente intacto tal como embrión, escudete, microspora, embrión derivado de 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 una amplia serie de cultivos agrícolas que pueden transformarse usando procedimientos adecuados de transformación de células vegetales. With respect to transformation of plant material, those of skill in the art will recognize that although particular types of target material are specified (eg, embryogenic cell suspension culture or undifferentiated immature embryos) and particular transformation procedures (eg, using Agrobacterium or bombardment of Particles) In the Examples below, the present invention is not limited to these particular embodiments and such target materials and processes can be used interchangeably. Furthermore, the term "plant cells" as used throughout the present description of the invention can refer to isolated cells, including suspension cultures as well as cells in intact or partially intact tissue such as embryo, gusset, microspore, embryo derived from 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 procedures.

Se desvelan formas mutantes de enzimas D-aminoácido oxidasa y genes que las codifican en las que una lisina está presente en la posición correspondiente a la fenilalanina en la posición 58 de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis de tipo silvestre. Se desvela una forma doble mutante de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis que tiene una lisina en la posición 58 (F58K) y una serina en la posición 213 (M213S). En una realización preferida la presente invención proporciona una forma de doble mutante de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis que tiene una lisina en la posición 58 (F58K) y una treonina en la posición 213 (M213T). Estas enzimas son capaces de oxidar de forma eficaz D-fosfinotricina y otros aminoácidos D cargados negativamente similares tales como aspartato y glutamato. Mutant forms of D-amino acid oxidase enzymes and genes encoding them are disclosed in which a lysine is present at the position corresponding to phenylalanine at position 58 of wild type Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase. A double mutant form of Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase is disclosed having a lysine at position 58 (F58K) and a serine at position 213 (M213S). In a preferred embodiment the present invention provides a double mutant form of Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase having a lysine at position 58 (F58K) and a threonine at position 213 (M213T). These enzymes are capable of efficiently oxidizing D-phosphinothricin and other similar negatively charged D amino acids such as aspartate and glutamate.

Estas enzimas y los genes que las codifican se usan en más aplicaciones que la generación de cultivos híbridos y, por ejemplo, These enzymes and the genes that encode them are used in more applications than the generation of hybrid cultures and, for example,

1) Las enzimas pueden usarse en dispositivos de Detección para aminoácidos D tales como D-fosfinotricina 1) Enzymes can be used in Detection devices for D amino acids such as D-phosphinothricin

(por ejemplo como un medio para detectar restos de pesticida). Por ejemplo la reducción de oxígeno y generación de iones de peróxido puede acoplarse a una serie de procedimientos de detección químicos o electroquímicos y usarse en un dispositivo sensor. (for example as a means of detecting pesticide residues). For example, oxygen reduction and peroxide ion generation can be coupled to a series of chemical or electrochemical detection procedures and used in a sensor device.

2) Las enzimas pueden usarse en procedimientos biocatalíticos para la enantiorresolución de mezclas DL de aminoácidos ácidos. Por ejemplo, el herbicida, fosfinotricina normalmente se fabrica como el racemato DL mientras que sólo la forma L es el herbicida activo. Sería deseable convertir toda la forma D a la L para conseguir una formulación de herbicida más pura y dos veces más activa por peso del agente químico. Los genes y enzimas de la presente invención proporcionan un procedimiento para conseguir esto. Por ejemplo, se añade DL fosfinotricina racémica al medio de crecimiento de una célula huésped tal como E. coli o levadura, etc. transformada para expresar la D-aminoácido oxidasa de R. gracilis F58K, M213S o la F58K, M213T. Opcionalmente, las células huésped también se modifican por ingeniería genética para expresar altos niveles de L-glutamato aminoácido transferasa. El medio de crecimiento contiene preferentemente una fuente de glutamina de modo que las células aún puedan crecer a pesar de la inhibición de la glutamina sintasa por el componente L de la fosfinotricina. Después de un tiempo adecuado se descubre que la fosfinotricina racémica en el medio se ha convertido sustancialmente toda a la forma L. El medio se toma después para proporcionar L-fosfinotricina sustancialmente pura. Procedimientos análogos que resultarán evidentes para el experto en la materia pueden, opcionalmente, usar enzimas aisladas en lugar de procedimientos de cultivo celular y, opcionalmente, pueden usar cromatografía para aislar el producto 2ceto ácido de L-fosfinotricina residual. Estos procedimientos pueden aplicarse igualmente a la enantiorresolución de una serie de aminoácidos ácidos. 2) Enzymes can be used in biocatalytic procedures for enantiorresolution of DL mixtures of acidic amino acids. For example, the herbicide, phosphinothricin is normally manufactured as the DL racemate while only Form L is the active herbicide. It would be desirable to convert all form D to L to achieve a more pure and twice as active herbicide formulation by weight of the chemical agent. The genes and enzymes of the present invention provide a method to achieve this. For example, racemic DL phosphinothricin is added to the growth medium of a host cell such as E. coli or yeast, etc. transformed to express the R. gracilis F58K, M213S D-amino acid oxidase or the F58K, M213T. Optionally, the host cells are also genetically engineered to express high levels of L-glutamate amino acid transferase. The growth medium preferably contains a source of glutamine so that cells can still grow despite inhibition of glutamine synthase by the L-component of phosphinothricin. After a suitable time it is discovered that the racemic phosphinothricin in the medium has been converted to substantially all of the L-form. The medium is then taken to provide substantially pure L-phosphinothricin. Analogous procedures that will be apparent to the person skilled in the art can, optionally, use isolated enzymes instead of cell culture procedures and, optionally, can use chromatography to isolate the residual 2-keto product of residual L-phosphinothricin. These procedures can also be applied to the enantiorresolution of a series of acidic amino acids.

La presente invención resultará evidente adicionalmente a partir de los siguientes ejemplos no limitantes tomados junto con la Lista de Secuencias y Dibujos asociados. The present invention will be further apparent from the following non-limiting examples taken in conjunction with the associated Sequence List and Drawings.

SEC ID Nº: 1 y 2 representan los cebadores de PCR usados para obtener la región promotora TA29. SEQ ID NO: 1 and 2 represent the PCR primers used to obtain the TA29 promoter region.

SEC ID Nº: 3 representa una secuencia de ADN, aislada de Rhodotorula gracilis que codifica una enzima que tiene la actividad de una D-aminoácido oxidasa. SEQ ID NO: 3 represents a DNA sequence, isolated from Rhodotorula gracilis, that encodes an enzyme that has the activity of a D-amino acid oxidase.

SEC ID Nº: 4 y 5 representan oligos degenerados usados para proporcionar D-amino oxidasa variante. SEQ ID NOS: 4 and 5 represent degenerate oligos used to provide variant D-amino oxidase.

SEC ID Nº: 6 y 7 representan motivos en los que pueden sustituirse aminoácidos alternativos para proporcionar Daminoácido oxidasas variantes. SEQ ID NOs: 6 and 7 represent motifs in which alternative amino acids can be substituted to provide variant Daminoacid oxidases.

La Figura 1 es una representación esquemática de una construcción para transformación de tabaco que tiene Daminoácido oxidasa de Rhodotorula bajo el control operativo de la región promotora stig 1. Los componentes indicados son LB (secuencia del extremo izquierdo), AOPR1 (promotor AoPR1), PSTIG1 (nº de acceso de EMBL X77823), RGDAO (OPT) (SEC ID Nº: 7), PROMOTOR PC (nº de acceso de EMBL X16082), PAT (nº de acceso de EMBL A02774), NOS (terminador nos obtenido de nº de acceso de EMBL ATU237588) y RB (secuencia del extremo derecho). Figure 1 is a schematic representation of a Rhodotorula Daminoacid oxidase construct for tobacco transformation under operational control of the stig 1 promoter region. Components indicated are LB (far left sequence), AOPR1 (AoPR1 promoter), PSTIG1 (EMBL access number X77823), RGDAO (OPT) (SEQ ID NO: 7), PROMOTOR PC (EMBL access number X16082), PAT (EMBL access number A02774), NOS (terminator we obtained from number of EMBL access ATU237588) and RB (far right sequence).

La Figura 2 es una representación esquemática de una construcción para transformación del tabaco en la que la secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula está truncada por 3 codones en el extremo 3’ y, en el extremo 5’ (RGDAO (OPT)-SKL), se fusiona con una región que codifica un péptido de tránsito optimizado (FR2673643). Figure 2 is a schematic representation of a tobacco transformation construct in which the 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 with a region encoding an optimized transit peptide (FR2673643).

Se llevan a cabo procedimientos de biología molecular generales de acuerdo con procedimientos bien establecidos. General molecular biology procedures are carried out according to well established procedures.

En su mayor parte los siguientes ejemplos comprenden cada uno múltiples ejemplificaciones de la presente invención. Cuando se usa la expresión “región promotora de un gen” se entiende que esta significa secuencias de ADN que comprenden el promotor, secuencias cadena arriba de promotor y también, opcionalmente, toda o parte de la secuencia de ADN que codifica la región libre 5’ no traducida 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, it is understood that this means DNA sequences comprising the promoter, upstream sequences of the promoter and also, optionally, all or part of the DNA sequence encoding the 5 'free region. untranslated from the mRNA.

Ejemplo 1. Plantas de tabaco que son condicionalmente estériles femeninas dependiendo de la aplicación exógena de D-fosfinotricina, D-aspartato o D-glutamato. Example 1. Tobacco plants that are conditionally female sterile depending on the exogenous application of D-phosphinothricin, D-aspartate or D-glutamate.

La secuencia de ADN que codifica la secuencia proteica de D-aminoácido oxidasa P80324 (Swissprot) dentro de la secuencia de EMBL A56901 se obtiene por RT-PCR de ARNm de Rhodosporidium toruloides (Rhodotorula gracilis) The DNA sequence that encodes the protein sequence of D-amino acid oxidase P80324 (Swissprot) within the sequence of EMBL A56901 is obtained by RT-PCR of Rhodosporidium toruloides (Rhodotorula gracilis) mRNA.

o se obtiene una similar de forma sintética (que hace más fácil controlar qué sitios de enzima de restricción internos están presentes y crear sitios flanqueantes para facilitar la clonación) como, por ejemplo, SEC ID Nº: 3 que se diseña para explicar el uso codónico de la planta (en este caso trigo) y minimizar los elementos de ADN potencialmente adversos a la expresión. La secuencia de ADN se altera por mutagénesis de PCR de modo que codifica una forma mutante de la D-aminoácido oxidasa que tiene una lisina en la posición 58 en lugar de una fenilalanina (F58K) y, opcionalmente, una serina o treonina en la posición 213 en lugar de una metionina (M213S o M213T). Las secuencias de ADN sintético y cebador de PCR flanqueantes se diseñan para situar sitios de restricción únicos útiles para subclonación. Preferentemente y en el caso en el que la secuencia codificante de oxidasa no contenga sitios internos de confusión, se sitúa un sitio Nco1 o Nde1 en el extremo 5’ para facilitar la or a similar one is obtained synthetically (which makes it easier to control which internal restriction enzyme sites are present and to create flanking sites to facilitate cloning), such as, for example, SEQ ID NO: 3 which is designed to explain codon use of the plant (in this case wheat) and minimize the DNA elements potentially adverse to expression. The DNA sequence is altered by PCR mutagenesis so that it encodes a mutant form of D-amino acid oxidase that has a lysine at position 58 instead of a phenylalanine (F58K) and, optionally, a serine or threonine at position 213 instead of a methionine (M213S or M213T). The flanking synthetic DNA and PCR primer sequences are designed to locate unique restriction sites useful for subcloning. Preferably, in the case where the oxidase coding sequence does not contain internal confusion sites, an Nco1 or Nde1 site is placed at the 5 'end to facilitate the

clonación de fusiones en fase con secuencias añadidas 5’ de la ORF tales como las secuencias codificantes del péptido de tránsito de cloroplastos. En algunas variantes del ejemplo el gen de D-aminoácido oxidasa se clona de tal modo que los tres aminoácidos terminales están truncados y la enzima codificada por lo tanto ya no es una diana peroxisómica. En una serie adicional de variantes del procedimiento el gen se modifica por ingeniería genética por PCR de modo que codifique la D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis con aminoácidos alternativos en las posiciones 213, 223 y 238 y, en particular, cuando, en la posición 213, la metionina de tipo silvestre se reemplaza por His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala, la tirosina de tipo silvestre en la posición 223 se reemplaza por His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala y/o la tirosina de tipo silvestre en la posición 238 se reemplaza por His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala. La metionina en la posición “213” se identifica como la M en el motivo de secuencia de proteína nativa RCTMDSS. La tirosina en la posición 238 se identifica como la “Y” dentro del motivo de secuencia de proteína nativa GGTYGVG. cloning of phase fusions with added 5 'sequences of the ORF such as the coding sequences of the chloroplast transit peptide. In some variants of the example the D-amino acid oxidase gene is cloned in such a way that the three terminal amino acids are truncated and the encoded enzyme is therefore no longer a peroxisomal target. In a further series of method variants the gene is genetically engineered by PCR such that it encodes Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase with alternative amino acids at positions 213, 223 and 238, and in particular when at position 213, wild-type methionine is replaced by His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn, or Ala, wild-type tyrosine at position 223 is replaced by His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn or Ala and / or the wild type tyrosine at position 238 is replaced by His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn or Ala. Methionine at position "213" is identified as M in the native RCTMDSS protein sequence motif. Tyrosine at position 238 is identified as the "Y" within the GGTYGVG native protein sequence motif.

Opcionalmente, se sitúan sitios de restricción cadena arriba de las secuencias intermedias del sitio de inicio de la traducción ATG para ajustarse a las secuencias consenso traduccionales de planta tales como de acuerdo con Kozack. Optionally, restriction sites are placed upstream of the intermediate sequences of the ATG translational initiation site to conform to plant translational consensus sequences such as according to Kozack.

El promotor delta S 13 es una región promotora útil para obtener expresión preferente en partes de flores femeninas. Esta comprende una región -339 a -79 de la región promotora SLG13 fusionada con la -46 a +8 del promotor central 35S de CMV (Dzelkalns y col (1993) Plant Cell, 5, 833-863). Esta región promotora S13 se clona en bluescript sk restringiéndose adicionalmente después dicho plásmido y ligándose con fragmentos de restricción que comprenden la región terminadora de la transcripción 3’ de Nos y una u otra de las secuencias codificantes de aminoácido oxidasa para crear un casete de expresión “delta S13-D-aminoácido oxidasa -terminador Nos” dentro de un plásmido bluescript sk. Este se restringe de forma adecuada después como, por ejemplo, un fragmento EcoR1 y, como tal, se liga de nuevo en un sitio adecuado en un vector tal como pBIN19 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res.) o pCIB200 o pCIB2001 (documento WO 98/39462) para su uso para transformación usando Agrobacterium. Como se describe en el documento WO 98/39462 pCIB200 contiene los siguientes sitios de restricción de poliligador únicos: EcoR1, Sst1, Kpn1, BglII, Xba1 y SalI. PCIB2001 contiene una inserción en el poliligador que añade sitios de restricción únicos adicionales incluyendo MluI, BclI, AvrII, ApaI, HpaI y StuI. pCIB200 y pCIB2001 también proporcionan genes marcadores seleccionables para selección vegetal y bacteriana en kanamicina, extremos de ADN T izquierdo y derecho, la función trfA derivada de RK2 para movilización entre E. coli y otros huéspedes y las funciones oriT y oriV de RK2. Como alternativa se usa el vector binario pCIB 10 que incorpora secuencias del plásmido de amplia serie de huéspedes, pRK252 (Rothstein y col (1987) Gene 53, 153-161) o se usa uno de sus derivados que incorpora tanto genes de resistencia a kanamicina como el gen de higromicina fosfotransferasa, tal como pCIB715 (Gritz y col (1983) Gene 25, 179-188). The S 13 delta promoter is a promoter region useful for obtaining preferential expression in parts of female flowers. This comprises a -339 to -79 region of the SLG13 promoter region fused with -46 to +8 of the CMV 35S core promoter (Dzelkalns et al (1993) Plant Cell, 5, 833-863). This S13 promoter region is cloned into bluescript sk by further restricting said plasmid and ligating with restriction fragments comprising the 3 'transcription terminator region of Nos and one or the other of the amino acid oxidase coding sequences to create an expression cassette " delta S13-D-amino acid oxidase-terminator Nos ”within a bluescript sk plasmid. This is then appropriately restricted as, for example, an EcoR1 fragment and, as such, ligated back into a suitable site in a vector such as pBIN19 (Bevan (1984) Nucleic Acids Res.) Or pCIB200 or pCIB2001 (document WO 98/39462) for use for transformation using Agrobacterium. As described in WO 98/39462 pCIB200 contains the following unique polylinker restriction sites: EcoR1, Sst1, Kpn1, BglII, Xba1 and SalI. PCIB2001 contains an insert in the polylinker that adds additional unique restriction sites including MluI, BclI, AvrII, ApaI, HpaI and StuI. pCIB200 and pCIB2001 also provide selectable marker genes for plant and bacterial selection in kanamycin, left and right T-DNA ends, RK2-derived trfA function for mobilization between E. coli and other hosts, and the oriT and oriV functions of RK2. As an alternative, the binary vector pCIB 10 incorporating sequences from the wide host series plasmid, pRK252 (Rothstein et al (1987) Gene 53, 153-161), or one of its derivatives that incorporates both kanamycin resistance genes, is used such as the hygromycin phosphotransferase gene, such as pCIB715 (Gritz et al (1983) Gene 25, 179-188).

Como alternativa se usa la región promotora de Stig 1 de ∼ 1,6 kb (derivada de acceso de EMBL X77823). Por ejemplo la región codificante del gen GUS en la construcción stig1-GUS descrita por Goldman y col (1994) en EMBO J., 13, 2976-2984, se reemplaza con la secuencia de ADN que codifica las secuencias codificantes P80324 o Q99042 usando enzimas de restricción adecuadas y la construcción de expresión de D-aminoácido oxidasa-stig1 resultante se clona en un vector adecuado tal como pCIB200 en una posición cadena arriba de una secuencia terminadora 3’ adyacente a un gen marcador adecuado y entre secuencias de los extremos de ADN T. As an alternative the ∼ 1.6 kb Stig 1 promoter region (access derivative of EMBL X77823) is used. For example the coding region of the GUS gene in the stig1-GUS construct described by Goldman et al (1994) in EMBO J., 13, 2976-2984, is replaced with the DNA sequence encoding the P80324 or Q99042 coding sequences using enzymes restriction restriction and the resulting D-amino acid oxidase-stig1 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 sequences of DNA ends T.

En un ejemplo particular adicional el inserto de ADN T dentro del vector binario se construye de acuerdo con la Figura 1. Una construcción que comprende la secuencia de ADN sintético (SEC ID Nº: 3) que codifica D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis alterada por mutagénesis por PCR de modo que codifique una forma mutante de Daminoácido oxidasa que tiene una lisina en la posición 58 en lugar de una fenilalanina (F58K) y, una serina o treonina en la posición 213 en lugar de una metionina (M213S o M213T) bajo el control operativo de la región promotora de stig1 y también la secuencia de ADN (A02774) que codifica L-fosfinotricina N-acetil transferasa (PAT) bajo el control operativo de la región promotora de plastocianina de guisante se clona en un sitio entre el gen LB/ npt II y el RB del ADN T del vector binario. En breve, la SEC ID Nº: 3 alterada que codifica el mutante doble (F58K, M213S o F58K, M213T) se clona en plásmido pFse4-Stiglnos (descrito en el documento WO 99/42598) detrás del promotor Stig1 y delante de la región terminadora Nos (comprendida dentro de EMBL: ATU237588) como un fragmento NcoI/PstI. La región promotora de plastocianina de guisante (derivada de número de Acceso EMBL X16082) se obtiene de ADN genómico de guisante por PCR y se clona delante del terminador nos/gen PAT. El casete PC-PAT-nos resultante se clona detrás de Stig1-RGDAMOX-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 FseI. In a further particular example the T-DNA insert within the binary vector is constructed according to Figure 1. A construct comprising the synthetic DNA sequence (SEQ ID NO: 3) encoding Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase altered by PCR mutagenesis to encode a mutant form of Daminoacid oxidase that has a lysine at position 58 instead of a phenylalanine (F58K) and a serine or threonine at position 213 instead of a low methionine (M213S or M213T) operational control of the stig1 promoter region and also the DNA sequence (A02774) encoding L-phosphinothricin N-acetyl transferase (PAT) under operational control of the pea plastocyanin promoter region is cloned at a site between the gene LB / npt II and the RB of the T DNA of the binary vector. In brief, the altered SEQ ID NO: 3 encoding the double mutant (F58K, M213S or F58K, M213T) is cloned into plasmid pFse4-Stiglnos (described in WO 99/42598) behind the Stig1 promoter and in front of the region terminator Nos (comprised within EMBL: ATU237588) as an NcoI / PstI fragment. The pea plastocyanin promoter region (derived from Accession number EMBL X16082) is obtained from pea genomic DNA by PCR and cloned in front of the nos / PAT gene terminator. The resulting PC-PAT-nos cassette is cloned behind Stig1-RGDAMOX-nos as a NotI fragment and this entire two-gene construct is transferred to a binary vector (pVB6, a derivative of Bin19) as an FseI fragment.

En una variante adicional del procedimiento la construcción usada está de acuerdo con la representación esquemática de la Figura 2. La secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula, SEC ID Nº: 3, mutada de nuevo de forma dirigida para codificar la forma de doble mutante F58K, M213S o F58K, M213T de la enzima, se trunca por tres codones en el extremo 3’ y, en el extremo 5’, se clona para situarla inmediatamente cadena arriba de una región que codifica un péptido de tránsito de cloroplastos de modo que se codifica una proteína de fusión de D-aminoácido oxidasa/péptido de tránsito de cloroplastos. La secuencia que codifica el péptido de tránsito de cloroplastos deriva del gen de Arabidopsis que codifica la subunidad pequeña de EPSP sintasa (Klee y col 1987 in Mol.Gen.Genet., 210, 437). Opcionalmente esta se modifica para incluir el sitio Sph1 en el sitio de procesamiento de CTP reemplazando de este modo el Glu-Lys en esta localización con Cys-Met (SEC en la Figura 9 del documento WO 92/044490). En consecuencia, un sitio SPh 1 puede modificarse por ingeniería genética en el In a further variant of the procedure the construction used is in accordance with the schematic representation of Figure 2. The coding sequence for D-amino acid oxidase of Rhodotorula, SEQ ID NO: 3, again mutated in a targeted manner to encode the double form F58K, M213S or F58K, M213T mutant of the enzyme, is truncated by three codons at the 3 'end and, at the 5' end, is cloned to immediately place it upstream of a region encoding a chloroplast transit peptide. encoding a D-amino acid oxidase / chloroplast transit peptide fusion protein. The sequence encoding the chloroplast 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 this is modified to include the Sph1 site at the CTP processing site, thereby replacing the Glu-Lys at this location with Cys-Met (SEQ in Figure 9 of WO 92/044490). Consequently, an SPh 1 site can be genetically engineered in the

extremo N terminal de la secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa (convirtiendo el aminoácido después de la metionina a una leu). Como alternativa la secuencia codificante del péptido de tránsito de cloroplastos deriva del gen de petunia que codifica EPSP sintasa (Figura 11 del documento WO 92/044490). Como alternativa la secuencia codificante de cloroplasto es una cualquiera de una gran variedad de posibilidades incluyendo las derivadas de genes que codifican la subunidad pequeña de Rubisco e incluyendo la llamada secuencia de péptido de tránsito quimérico “optimizado” (FR 2673643). En todos los casos, en lugar de basarse en la subclonación, la secuencia de ADN deseada completa que codifica el polipéptido de fusión de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula doble mutante/péptido de tránsito de cloroplasto puede simplemente obtenerse de forma sintética. Esta secuencia se clona en un sitio cadena abajo de la región promotora stig1 y cadena arriba de una secuencia terminadora (por ejemplos nos) dentro de un vector adecuado (por ejemplo reemplazando la secuencia codificante de GUS en el vector que contiene la construcción stig1- GUS descrita por Goldman y col (1994) en EMBO J., 13, 2976-2984). La construcción de expresión del gen completo se clona después en un sitio adecuado entre los extremos derecho e izquierdo del ADN T de un vector PVB6. N-terminus of the D-amino acid oxidase coding sequence (converting the amino acid after methionine to a leu). Alternatively, the coding sequence for the chloroplast transit peptide is derived from the petunia gene encoding EPSP synthase (Figure 11 of WO 92/044490). As an alternative, the chloroplast coding sequence is any one of a wide variety 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, instead of relying on subcloning, the entire desired DNA sequence encoding the double mutant Rhodotorula D-amino acid oxidase / chloroplast transit peptide fusion polypeptide can simply be synthetically obtained. This sequence is cloned at a site downstream of the stig1 promoter region and upstream of a terminator sequence (for example nos) into a suitable vector (for example by replacing the GUS coding sequence in the vector containing the stig1-GUS construct. described by Goldman et al (1994) in EMBO J., 13, 2976-2984). The complete gene expression construct is then cloned into a suitable site between the left and right ends of the T-DNA of a PVB6 vector.

Se transforman discos de hojas de tabaco con los vectores binarios recombinantes usando procedimientos similares a los descritos en Horsch y col (1985) Science, 227, 1229-1231. Pueden usarse muchas variaciones del procedimiento. El vector binario puede transformarse en, por ejemplo Agrobacterium tumefaciens cepa LBA 4404 usando el procedimiento de transformación de congelación y descongelación. Se realiza la transformación del tabaco y regeneración de planta completa usando Nicotiana tabacum variante Samsun de acuerdo con los protocolos descritos por Draper y col (Plant Genetic Transformation, Blackwell Sci. Pub. 1989). Se seleccionan acontecimientos de transformación en medio MS que contiene kanamicina u otro antibiótico adecuado. La presencia de transgenes integrados se confirma por PCR. Las plantas se regeneran y se permite que alcancen la madurez y se autosiembran para producir semillas. Se usa análisis de Northern y/o Western para confirmar expresión específica de tejido de los genes de D-aminoácido oxidasa. Las plantas seleccionadas son autofértiles pero tienen la condición de esterilidad femenina condicional. Se siembran semillas de la generación T1. Una vez que han crecido plántulas a un tamaño suficiente se ensayan por PCR con respecto a la presencia de transgén. Las plantas positivas para PCR se transfieren al invernadero. Estas plantas son completamente fértiles en ausencia de proherbicida aplicado de forma exógena. Un subconjunto de estas plantas condicionalmente estériles (potencialmente) se tratan con D-fosfinotricina, D-aspartato o D-glutamato en diversas cantidades y en diversas etapas del crecimiento. Tales tratamientos se llevan a cabo en las plantas T1 confirmadas como positivas por PCR para el gen de D-aminoácido oxidasa o, igualmente, tres tratamientos se llevan a cabo directamente en plantas de la generación T0 (que se clonan de forma vegetativa de modo que pueden separarse clones no tratados de cada acontecimiento para producción de semillas). La fertilidad observada se usa después como base para seleccionar líneas vegetales adecuadas que muestren el fenotipo de esterilidad condicional más evidente. Por ejemplo estos aminoácidos son Denantiómeros puros o, como alternativa, son racematos DL. Por ejemplo, se aplican como una pulverización foliar, antes de o durante las etapas tempranas de formación de flores, a tasas habitualmente entre 0,25 y 20 kg/ha. Pueden redisolverse aminoácidos que pueden cristalizar fuera de la solución en las hojas después de aplicación foliar y volver a movilizarse para captación por las hojas por aplicaciones adicionales de agua como una bruma de pulverización. También se aplican aminoácidos, por ejemplo, como una poción de raíces y, opcionalmente, se aplica adicionalmente como 50 μl de una solución 10-200 mM derramada directamente en los capullos de florecillas emergentes. Se recoge polen de las plantas tratadas y se ensaya la viabilidad. Se obtienen plantas que producen relativamente poca o ninguna semilla después del tratamiento con D-fosfinotricina, D-aspartato o D-glutamato pero que, no obstante, en las mismas condiciones de tratamiento producen niveles casi normales de polen viable. Los controles incluyen plantas tanto transgénicas como no transgénicas y se cultivan en condiciones idénticas y en un régimen idéntico de tratamientos físicos excepto que las soluciones de tratamiento son agua o una concentración equivalente de aminoácido L puro. Tobacco leaf discs are transformed with the recombinant binary vectors using procedures similar to those described in Horsch et al (1985) Science, 227, 1229-1231. Many variations of the procedure can be used. The binary vector can be transformed into, for example Agrobacterium tumefaciens strain LBA 4404 using the freeze-thaw transformation procedure. Tobacco transformation and whole plant regeneration is performed using Nicotiana tabacum variant Samsun according to the protocols described by Draper et al (Plant Genetic Transformation, Blackwell Sci. Pub. 1989). Transformation events are selected in MS medium containing kanamycin or another suitable antibiotic. The presence of integrated transgenes is confirmed by PCR. Plants regenerate and are allowed to reach maturity and self-sow to produce seeds. Northern and / or Western analysis is used to confirm tissue-specific expression of the D-amino acid oxidase genes. The selected plants are self-fertile but have the condition of conditional female sterility. Seeds of the T1 generation are sown. Once 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 completely fertile in the absence of exogenously applied proherbicide. A subset of these conditionally sterile plants are (potentially) treated with D-phosphinothricin, D-aspartate, or D-glutamate in varying amounts and at various stages of growth. Such treatments are carried out on T1 plants confirmed as positive by PCR for the D-amino acid oxidase gene or, likewise, three treatments are carried out directly on plants of the T0 generation (which are vegetatively cloned so that Untreated clones can be separated from each event for seed production.) The observed fertility is then used as the basis for selecting suitable plant lines showing the most obvious conditional sterility phenotype. For example these amino acids are pure Denantiomers or alternatively they are DL racemates. For example, they are applied as a foliar spray, before or during the early stages of flower formation, at rates usually between 0.25 and 20 kg / ha. Amino acids that can crystallize out of solution on the leaves can be redissolved after foliar application and mobilized again for uptake by the leaves by additional applications of water such as spray mist. Amino acids are also applied, for example, as a root potion and optionally additionally applied as 50 µl of a 10-200 mM solution spilled directly onto the emerging flower buds. Pollen is collected from the treated plants and viability is tested. Plants are obtained that produce relatively little or no seed after treatment with D-phosphinothricin, D-aspartate or D-glutamate but that nevertheless, under the same treatment conditions, produce almost normal levels of viable pollen. Controls include both transgenic and non-transgenic plants and are grown under identical conditions and in an identical regimen of physical treatments except that the treatment solutions are water or an equivalent concentration of pure L-amino acid.

En una variante del procedimiento, el aminoácido aplicado es fosfinotricina DL racémica. En este caso, la construcción de ADN usada para transformación comprende, además de la secuencia de ADN que codifica una Daminoácido oxidasa bajo control de expresión operativo de una región promotora floral femenina específica de tejido tal como “stig 1”, también una secuencia de ADN (EMBL: A02774) un gen “PAT” bajo el control operativo de una región promotora tal como la región 5’ del inicio de traducción del gen de plastocianina del gen de plastocianina de Pisum sativum (número de acceso de EMBL X16082). Por ejemplo, la construcción es la misma que la representada en la Figura 1. In a variant of the procedure, 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 Daminoacid oxidase under operative expression control of a tissue-specific female floral promoter region such as "stig 1", also a DNA sequence (EMBL: A02774) a "PAT" gene under operational control of a promoter region such as the 5 'region of the plastocyanin gene translation start from the Pisto sativum plastocyanin gene (EMBL accession number X16082). For example, the construction is the same as that shown in Figure 1.

La región promotora de plastocianina posibilita la expresión preferente en los tejidos verdes de la planta. Se descubre, inesperadamente, que un promotor tal que, a diferencia de, por ejemplo, la región promotora 35S, se expresa sustancialmente solamente en ciertos tejidos de la planta y más notablemente en tejidos verdes, no obstante, cuando se usa en combinación con el gen PAT posibilita tolerancia reproductora sustancialmente completa al herbicida DL PPT incluso a tasas por encima de 2 kg/ha. Además, en ausencia de la D-aminoácido oxidasa heteróloga que se coexpresa en los tejidos florales, la combinación de gen PAT/plastocianina proporciona tolerancia reproductora esencialmente completa sin pérdida significativa de rendimiento a pesar de que el nivel de expresión de PAT sea bajo o no existente en muchos de los tejidos florales críticos cuando se expresa bajo en control de esta región promotora. Por lo tanto, en esta variante del ejemplo, la sustancia no fitotóxica D-fosfinotricina se aplica en su forma menos costosa y más fácilmente disponible como el herbicida comercial racemato de DL fosfinotricina. En momentos de pulverización apropiados y a tasas entre 250 g/ha y 5 kg/ha de DL fosfinotricina las plantas tratadas no The plastocyanin promoter region enables preferential expression in the green tissues of the plant. It is unexpectedly discovered that a promoter such that, unlike, for example, the 35S promoter region, is expressed substantially only in certain plant tissues and most notably in green tissues, however, when used in combination with the PAT gene enables substantially complete reproductive tolerance to herbicide DL PPT even at rates above 2 kg / ha. Furthermore, in the absence of the heterologous D-amino acid oxidase that is co-expressed in flower tissues, the PAT gene / plastocyanin combination provides essentially complete reproductive tolerance without significant loss of performance even though the level of PAT expression is low or not. existing in many of the critical floral tissues when expressed low in control of this promoter region. Therefore, in this variant of the example, the non-phytotoxic substance D-phosphinothricin is applied in its least expensive and most readily available form as the commercial herbicide racemate DL phosphinothricin. At appropriate spraying times and at rates between 250 g / ha and 5 kg / ha of DL phosphinothricin, the treated plants did not

están visiblemente dañadas pero se hacen condicionalmente estériles femeninas permaneciendo con fertilidad masculina normal o casi normal. they are visibly damaged but become conditionally female sterile remaining with normal or near normal male fertility.

Ejemplo 2. Plantas de tabaco que son condicionalmente estériles masculinas dependiendo de la aplicación exógena de D-fosfinotricina, D-aspartato o D-glutamato Example 2. Tobacco plants that are conditionally male sterile depending on the exogenous application of D-phosphinothricin, D-aspartate or D-glutamate

Las secuencias proteicas de D-aminoácido oxidasa mutantes y las secuencias de ADN que las codifican son como en el ejemplo precedente, Ejemplo 1. The mutant D-amino acid oxidase protein sequences and the DNA sequences encoding them are as in the preceding example, Example 1.

La región promotora TA29 (Kriete y col (1996) Plant J., 9, 808-818) se clona del ADN genómico del tabaco por PCR usando los cebadores 5’-AACTGCAGCTTTTTGGTTAGCGAATGC-3’ (SEC ID Nº: 1) y 5’-CAGACTAGTTT-TAGCTAATTTCTTTAAGTAAAAAC-3’ (SEC ID Nº: 2). A través de una serie de etapas de restricción y subclonación el fragmento de PCR obtenido de este modo se coloca cadena arriba de la secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa y un terminador transcripcional nos se añade 3’ de la región codificante. El casete de expresión de terminador nos-D-aminoácido oxidasa-TA29 resultante se clona después, se obtiene como un fragmento de restricción adecuado y se clona en un vector binario como en el Ejemplo 1. The TA29 promoter region (Kriete et al (1996) Plant J., 9, 808-818) is cloned from tobacco genomic DNA by PCR using the 5'-AACTGCAGCTTTTTGGTTAGCGAATGC-3 'primers (SEQ ID NO: 1) and 5' -CAGACTAGTTT-TAGCTAATTTCTTTAAGTAAAAAC-3 '(SEQ ID NO: 2). Through a series of restriction and subcloning steps, the PCR fragment obtained in this way is placed upstream of the D-amino acid oxidase coding sequence and a transcriptional terminator is not added 3 ’of the coding region. The resulting nos-D-amino acid oxidase-TA29 terminator expression cassette is then cloned, obtained as a suitable restriction fragment and cloned into a binary vector as in Example 1.

Como alternativa, se clona cualquiera de las regiones de secuencia codificantes de D-aminoácido oxidasa anteriores como un fragmento de restricción adecuado (por ejemplo BamH1, Bgl/II en el que se diseñan variantes sintéticas de secuencias codificantes para retirar sitios de restricción internos) y se fusionan con el promotor 35S de CaMV y las regiones terminadoras de nopalina sintasa por inserción en (por ejemplo) el sitio BamH1 del vector binario pROK1 (Baulcombe y col (1986) Nature, 321, 446-449) en una configuración sentido. El fragmento EcoR1-BamH1 que porta la región promotora 35S se escinde después y se reemplaza con un fragmento EcoR1-BamH1 de pAP30 (Kriete y col (1996) The Plant Journal 9, 809-818) que porta el fragmento de región promotora TA29s (-810 a + 54). Los vectores resultantes pueden denominarse pGKTA29_Q99042, pGKTA29_P80324, pGKTA29_Q9HGY3 y pGKTA29_P24552 etc. de acuerdo con la secuencia proteica codificada. Alternatively, any of the above D-amino acid oxidase coding sequence regions are cloned as a suitable restriction fragment (eg BamH1, Bgl / II in which synthetic variants of coding sequences are designed to remove internal restriction sites) and they fuse with the CaMV 35S promoter and the nopaline synthase terminator regions by insertion into (eg) the BamH1 site of the binary vector pROK1 (Baulcombe et al (1986) Nature, 321, 446-449) in a sense configuration. The EcoR1-BamH1 fragment carrying the 35S promoter region is then excised and replaced with an EcoR1-BamH1 fragment from pAP30 (Kriete et al (1996) The Plant Journal 9, 809-818) carrying the TA29s promoter region fragment ( -810 to + 54). The resulting vectors can be named pGKTA29_Q99042, pGKTA29_P80324, pGKTA29_Q9HGY3, and pGKTA29_P24552 etc. according to the encoded protein sequence.

Se transforma material de planta del tabaco, mediante Agrobacterium, con vector y se regeneran plantas transgénicas de forma similar a la descrita en el ejemplo anterior. Las plantas producidas son autofértiles pero son condicionalmente estériles masculinas. Las semillas de la generación T1 se plantan pero en suelo. Una vez que las plántulas han crecido hasta un tamaño suficiente se ensayan por PCR con respecto a la presencia de transgén. Se transfieren plantas positivas para PCR al invernadero. Estas plantas son completamente fértiles en ausencia de proherbicida aplicado de forma exógena. Un subconjunto de estas plantas T1 potencialmente condicionalmente estériles o, como alternativa, plántulas de “acontecimientos” T0 (regenerantes directos de transformación) se tratan con D-fosfinotricina, D-aspartato o D-glutamato en diversas cantidades y en diversas etapas del crecimiento. Cuando se tratan plantas T0 estas se clonan de forma vegetativa de modo que se separan las hermanas no tratadas de los acontecimientos para producción de semillas. La fertilidad observada se usa después como base para seleccionar líneas vegetales adecuadas que muestran el fenotipo de esterilidad condicional más evidente. Por ejemplo estos aminoácidos son D enantiómeros puros o, como alternativa, son racematos DL. Por ejemplo, se aplican como una pulverización foliar, antes o durante las etapas tempranas de la formación de la flor, a tasas habitualmente entre 0,25 y 20 kg/ha. Los aminoácidos que pueden cristalizar a partir de solución en las hojas después de aplicación foliar pueden redisolverse y volver a movilizarse para captación por las hojas por aplicaciones adicionales de agua como una bruma de pulverización. También se aplican aminoácidos, por ejemplo, como una poción de raíz y, opcionalmente, se aplican adicionalmente como una solución 10-200 mM directamente en los capullos de florecillas emergentes. Tobacco plant material is transformed by Agrobacterium with vector and transgenic plants are regenerated in a similar way as described in the previous example. The plants produced are self-fertile but are conditionally male sterile. The T1 generation seeds are planted but in soil. 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 completely fertile in the absence of exogenously applied proherbicide. A subset of these potentially conditionally sterile T1 plants or, alternatively, T0 "event" seedlings (direct regenerative transformation) are treated with D-phosphinothricin, D-aspartate or D-glutamate in various amounts and at various stages of growth. When T0 plants are treated they are vegetatively cloned so that untreated sisters are separated from the events for seed production. The observed fertility is then used as the basis for selecting suitable plant lines showing the most obvious conditional sterility phenotype. For example these amino acids are pure D enantiomers or alternatively they are DL racemates. For example, they are applied as a foliar spray, before or during the early stages of flower formation, at rates usually between 0.25 and 20 kg / ha. Amino acids that can crystallize from solution on the leaves after foliar application can be redissolved and re-mobilized for uptake by the leaves by additional applications of water such as spray mist. Amino acids are also applied, for example, as a root potion, and optionally additionally applied as a 10-200 mM solution directly to the emerging flower buds.

Se recoge polen de las plantas tratadas y se ensaya su viabilidad. Se obtienen plantas que desprenden relativamente poco o ningún polen y/o polen que no es viable. Se ensaya polen recogido de algunas de las plantas tratadas y se descubre que está mal formado y no es viable. Sin embargo, tales plantas masculinas infértiles siguen siendo femeninas fértiles y producen semilla (híbrida) cuando se polinizan con polen recogido de otras plantas de tabaco no transgénicas no tratadas o condicionalmente estériles femeninas. Los controles incluyen plantas tanto transgénicas como no transgénicas y se dejan crecer en condiciones idénticas y en un régimen idéntico de tratamientos físicos excepto que las soluciones de tratamiento son agua o una concentración equivalente de aminoácido L puro. Pollen is collected from the treated plants and their viability is tested. Plants are obtained that give off 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 poorly formed and not viable. However, such infertile male plants remain fertile female and produce (hybrid) seed when pollinated with pollen collected from other untreated or conditionally sterile female non-GM tobacco plants. Controls include both transgenic and non-transgenic plants and are allowed to grow under identical conditions and in an identical regimen of physical treatments except that the treatment solutions are water or an equivalent concentration of pure amino acid L.

En una realización alternativa la región promotora usada es una región de 2,2 kb (referencia EMBO X57295) de cadena arriba del gen tap 1 de Antirrhinum (Spena y col (1992), Theor. Appl. Genet., 84, 520-527). In an alternative embodiment the promoter region used is a 2.2 kb region (reference EMBO X57295) upstream of the Antirrhinum tap 1 gene (Spena et al (1992), Theor. Appl. Genet., 84, 520-527 ).

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 transformación comprende, además de la secuencia de ADN que codifica una D-aminoácido oxidasa bajo el control de expresión operativo de una región promotora floral masculina específica de tejido tal como “TAP 1” o “TA 29”, también una secuencia de ADN que codifica un gen de fosfinotricina N-acetil transferasa tal como el gen “PAT” bajo el control operativo de una región promotora tal como la del gen de plastocianina (en este caso la región del gen de plastocianina de Pisum sativum). En momentos de pulverización apropiados y tasas entre 250 g/ha y 5 kg/ha de DL fosfinotricina las plantas tratadas no están visiblemente dañadas pero se hacen condicionalmente estériles masculinas permaneciendo a la vez con fertilidad femenina normal o casi normal. 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 a D-amino acid oxidase under the control of operational expression of a tissue-specific male floral promoter region such as "TAP 1" or "TA 29 ", Also a DNA sequence encoding a phosphinothricin N-acetyl transferase gene such as the" PAT "gene under operational control of a promoter region such as that of the plastocyanin gene (in this case the plastocyanin gene region of Pisum sativum). At appropriate times of spraying and rates 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 near normal female fertility.

Ejemplo 3. Genes quiméricos capaces de expresarse preferentemente en las estructuras reproductoras masculinas de trigo y codificar enzimas capaces de oxidar D-fosfinotricina, D-glutamato o D-aspartato. Example 3. Chimeric genes capable of preferentially expressing themselves in the male reproductive structures of wheat and encoding enzymes capable of oxidizing D-phosphinothricin, D-glutamate or D-aspartate.

Las secuencias proteicas de D-aminoácido oxidasa mutantes y las secuencias de ADN que las codifican son como en el Ejemplo 1. El plásmido pGK73 porta el fragmento EcoR1-BamH1 de región promotora TA29s de -810 a +54 (Kriete y col (1996), 9, 809-818). Este fragmento de restricción o un fragmento generado por PCR adecuado similar se clona, preferentemente como una fusión en fase, en una posición cadena arriba de la secuencia de ADN que codifica, por ejemplo, la D-aminoácido oxidasa de R. gracilis doble mutante (F58K, M213S o F58K, M213T) en bluescript sk. Usando una serie adecuada de etapas de restricción, ligación y subclonación se añade un terminador de la transcripción nos 3’ de la región codificante para generar, de acuerdo con la secuencia codificante, casetes de expresión alternativa del tipo TA29-carboxilesterasa-nos en plásmidos Bluescript sk, pBLTA_RGF58KM213T, pBLTA_RGF58KM213S etc. The mutant D-amino acid oxidase protein sequences and the DNA sequences encoding them are as in Example 1. Plasmid pGK73 carries the EcoR1-BamH1 fragment of promoter region TA29s from -810 to +54 (Kriete et al (1996) , 9, 809-818). This restriction fragment or a similar suitable PCR-generated fragment is cloned, preferably as a phase fusion, at a position upstream of the DNA sequence encoding, for example, the double mutant R. gracilis D-amino acid oxidase ( F58K, M213S or F58K, M213T) in bluescript sk. Using a suitable series of restriction, ligation and subcloning steps, a terminator of the 3 'transcription of the coding region is added to generate, according to the coding sequence, alternative expression cassettes of the type TA29-carboxylesterase-nos in Bluescript plasmids sk, pBLTA_RGF58KM213T, pBLTA_RGF58KM213S etc.

En un ejemplo adicional, se usa la región promotora SGB6 específica de antera SEC ID Nº: 1 del documento USP 5470359. Por ejemplo, pSGBNE1 que contiene un fragmento subclonado EcoR1-Nhe1 genómico de 3 kb de pSGB6g1 (documento USP 5470359) se subclona adicionalmente para situar un fragmento ApaII/Xba1 de 1558 pb clonado romo en bluescript ks en el sitio SmaI. Como antes, a través de etapas de restricción y clonación adicionales este fragmento se fusiona en fase cadena arriba de una secuencia codificante de ADN de D-aminoácido oxidasa mutante. De nuevo se añade un terminador nos 3’ de la región codificante para crear, como alternativa, plásmidos Bluescript sk, pBLB6_RGF58K etc. que comprenden los casetes de expresión alternativos SGB6-DAMOX-nos. In a further example, the anther-specific SGB6 promoter region SEQ ID NO: 1 of USP 5470359 is used. For example, pSGBNE1 containing a 3 kb genomic EcoR1-Nhe1 subcloned fragment of pSGB6g1 (USP 5470359) is further subcloned. to place a blunt cloned 1558 bp ApaII / Xba1 fragment in bluescript ks at the SmaI site. As before, through additional restriction and cloning steps this fragment is fused upstream of a mutant D-amino acid oxidase DNA coding sequence. Again a terminator nos 3 ’is added from the coding region to create, alternatively, Bluescript sk plasmids, pBLB6_RGF58K etc. comprising the alternative SGB6-DAMOX-nos expression cassettes.

En un conjunto similar de ejemplos la región promotora específica de antera RA8 de arroz (acceso de genbank/EMBL AF042275; Jeon y col (1999) PMB, 39, 35-44; documento WO 00/26389) se fusiona también de forma similar en un sitio en fase y cadena arriba de una u otra de las secuencias de ADN que codifican la Daminoácido oxidasa mutante F58K y un terminador 3’ nos para comprender casetes de expresión RA8-DAMOX-nos alternativos en una serie de vectores bluescript sk, pBLRA8_RGF58K,M213S etc. In a similar set of examples the rice RA8 anther specific promoter region (genbank access / EMBL AF042275; Jeon et al (1999) PMB, 39, 35-44; WO 00/26389) is also similarly fused into an in-phase and upstream site of one or the other of the DNA sequences encoding the mutant Daminoacid oxidase F58K and a 3 'terminator to comprise alternative RA8-DAMOX-nos expression cassettes in a series of bluescript sk vectors, pBLRA8_RGF58K, M213S etc.

Ejemplo 4. Genes quiméricos capaces de expresarse preferentemente en las estructuras reproductoras femeninas de trigo y codificar enzimas capaces de oxidar D-fosfinotricina, D-aspartato y/o D-glutamato Example 4. Chimeric genes capable of preferentially expressing themselves in the female reproductive structures of wheat and encoding enzymes capable of oxidizing D-phosphinothricin, D-aspartate and / or D-glutamate

Se obtienen secuencias de ADN que codifican secuencias proteicas de D-aminoácido oxidasa como se ha descrito en el Ejemplo 1. DNA sequences encoding D-amino acid oxidase protein sequences are obtained as described in Example 1.

El clon genómico pSH64 se depositó según los términos del tratado de Budapest el 27/02/1998 en NRRL y se asignó el número NRRL B-21920. Se detectó como un clon genómico que hibrida con el clon de ADNc específico de seda B20014-2 (documento WO 98/39462). Se construyen genes quiméricos que se expresan preferentemente en estructuras reproductoras femeninas como sigue. Se construye un plásmido derivado de bluescript ks similar a pSH70 que tiene un casete de expresión “vacío” que comprende, de 5’ a 3’, la región promotora 5’ B200i que consiste en los nucleótidos 1-3790 de SEC ID Nº: 11 del documento WO 98/39462, un sitio BamH1 y la región terminadora no traducida 3’ B200i que comprende los nucleótidos 4427-6397 de SEC ID Nº: 11 del documento WO 98/39462 como se describe en el documento WO 98/39462. Usando una digestión por BamH1 parcial o, como alternativa por subclonación adicional, se ligan secuencias codificantes de D-aminoácido oxidasa alternativas de etapas de PCR y ligación en la posición en o adyacentes al sitio BamH1 de modo que estén inmediatamente 3’ de la región promotora B200i y 5’ de la región terminadora B200i. En consecuencia, se crea una serie de vectores bluescript pBLB200_RGF58K, pBLB200_RGF58KM213T, pBLB200_RGF58KM213S etc. que codifican casetes de expresión B200i-D-aminoácido oxidasa mutante alternativos. The genomic clone pSH64 was deposited under the terms of the Budapest Treaty on 02/27/1998 at NRRL and assigned NRRL B-21920. It was detected as a genomic clone that hybridizes with the silk-specific cDNA clone B20014-2 (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 is 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 from WO 98/39462, a BamH1 site and the B200i 3 'untranslated terminator region comprising nucleotides 4427-6397 of SEQ ID NO: 11 from WO 98/39462 as described in WO 98/39462. Using partial BamH1 digestion or, alternatively by further subcloning, alternative D-amino acid oxidase coding sequences are ligated into PCR and ligation steps at or adjacent to the BamH1 site so that they are immediately 3 'from the promoter region B200i and 5 'from the B200i terminator region. Consequently, a series of bluescript vectors pBLB200_RGF58K, pBLB200_RGF58KM213T, pBLB200_RGF58KM213S etc. are created. encoding alternative mutant B200i-D-amino acid oxidase expression cassettes.

Como alternativa, como se describe en el documento WO 98/39462, se escinde un fragmento Pst I/Nco I de la región promotora 5’ del gen P19 del clon genómico X2-1 que se depositó según los términos del tratado de Budapest el 27/02/1998 en NRRL y se le asignó el número de acceso B-21919. El sitio Nco I en el nucleótido 1088 de SEC ID Nº: 14 del documento WO 98/39462 corresponde al inicio de la traducción ATG del gen P 19. Usando etapas de subclonación, restricción, ligación y PCR apropiadas este fragmento se liga para formar una fusión en fase con una u otra de las secuencias de ADN que codifican D-aminoácido oxidasa y se añade una secuencia terminadora nos 3’ de la secuencia codificante. En consecuencia, se crea una serie de vectores bluescript pBLP19_RGF58KM213S, pBLP19_RGF58KM213T etc. que codifican los casetes de expresión nos-D-aminoácido oxidasa-P19 alternativos. Como alternativa, usando procedimientos convencionales similares, se obtienen plásmidos similares que tienen la región promotora 5’ (que comprende algunos o todos los nucleótidos 1-3987 de SEC ID Nº 2 del documento WO 98/39462) del gen P26 en lugar de la región promotora P19. El clon genómico P26-A4, pCIB10302 depositado según los términos del tratado de Budapest el 21 de enero de 1997 en la colección de cultivo de patentes del Servicio de Investigación Agrícola (NRRL), número de acceso NRRL B-21655 se subclona como se describe en el documento WO 98/39462. En consecuencia, se crea una serie de vectores bluescript pBLP26_RGF58KM213T, pBLP26_RGF58KM213S etc. que codifican casetes de expresión nos-D-aminoácido oxidasa-P19 alternativos. As an alternative, as described in WO 98/39462, a Pst I / Nco I fragment of the 5 'promoter region of the P19 gene from the X2-1 genomic clone was cleaved which was deposited under the terms of the Budapest Treaty on 27 / 02/1998 in NRRL and assigned the access number B-21919. 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 P 19 gene. Using appropriate subcloning, restriction, ligation and PCR steps this fragment is ligated to form a phase fusion with one or the other of the DNA sequences encoding D-amino acid oxidase and a terminator sequence is added to us 3 'of the coding sequence. Consequently, a series of bluescript vectors pBLP19_RGF58KM213S, pBLP19_RGF58KM213T etc. is created. encoding the alternative nos-D-amino acid oxidase-P19 expression cassettes. Alternatively, using similar standard procedures, similar plasmids having the 5 'promoter region (comprising some or all of nucleotides 1-3987 of SEQ ID No. 2 of WO 98/39462) of the P26 gene are obtained instead of the region promoter P19. Genomic clone P26-A4, pCIB10302 deposited under the terms of the Budapest Treaty on January 21, 1997 in the Agricultural Research Service (NRRL) patent culture collection, accession number NRRL B-21655 is subcloned as described in WO 98/39462. Consequently, a series of bluescript vectors pBLP26_RGF58KM213T, pBLP26_RGF58KM213S etc. are created. encoding alternative nos-D-amino acid oxidase-P19 expression cassettes.

Ejemplo 5. Un par de construcciones complementarias útiles en un procedimiento para proporcionar (a) una línea parental endogámica femenina que es condicionalmente estéril masculina dependiendo de la aplicación de DL fosfinotricina y (b) una línea parental endogámica masculina complementaria que es condicionalmente estéril femenina 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 that is conditionally sterile male depending on the application of DL phosphinothricin and (b) a complementary male inbred parental line that is conditionally sterile female depending of the application of DL fosfinotricina.

La primera construcción de ADN adecuada para proporcionar una línea vegetal de arroz o cereal parental endogámica femenina que es condicionalmente estéril masculina 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 Nacetilar L-fosfinotricina bajo el control operativo de la región promotora de ∼ 1 kb del gen de plastocianina de cebada (EMBL: Z28347) y una región terminadora adecuada tal como la del gen 35S o nos, B) consiste en una secuencia codificante de PAT similar a la primera pero en este caso bajo el control operativo de una región promotora floral femenina específica de tejido (tal como P19 o P26 como se ha descrito anteriormente) más un terminador adecuado y C) consiste en una secuencia codificante de DAMOX adecuada como se ha descrito en los Ejemplos 1, 10 y 11, que codifican, por ejemplo, un mutante doble o triple de la forma mutante F58K de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis que tiene cambios en las posiciones 213, 223 y 238 y, en particular, en la que, en la posición 213, la metionina de tipo silvestre se reemplaza por His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala, la tirosina de tipo silvestre en la posición 223 se reemplaza por His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala y/o la tirosina de tipo silvestre en la posición 238 se reemplaza por His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala bajo el control operativo de una región promotora floral masculina específica de tejido (tal como SGB6 o RA8 como se ha descrito anteriormente) y una región terminadora adecuada. En ejemplos preferidos la enzima DAMOX de R. gracilis codificada es una forma mutante doble F58K, M213S o F58K, M213T. Esta construcción se ensambla usando procedimientos que son convencionales en la técnica e informados por los ejemplos anteriores. The first suitable DNA construct to provide a female inbred parental cereal or rice plant line that is conditionally sterile male 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 Nacetyl L-phosphinothricin under operational control of the ∼ 1 kb promoter region of the barley plastocyanin gene (EMBL: Z28347) and a suitable terminator region such as of the 35S gene or nos, B) consists of a PAT coding sequence similar to the first but in this case under the operative control of a tissue-specific female floral promoter region (such as P19 or P26 as described above) plus a suitable terminator and C) consists of a suitable DAMOX coding sequence as described in Examples 1, 10 and 11, encoding, for example, a double or triple mutant of the F58K mutant form of D-amino acid oxidase of Rhodotorula gracilis which has changes at positions 213, 223 and 238 and, in particular, where, at position 213, the wild-type methionine is replaced by His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn or Ala , the wild-type tyrosine in the posi tion 223 is replaced by His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn or Ala and / or the wild type tyrosine at position 238 is replaced by His, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys , Asn or Ala under the operational control of a tissue specific male floral promoter region (such as SGB6 or RA8 as described above) and a suitable terminator region. In preferred examples the encoded R. gracilis DAMOX enzyme is a double mutant form F58K, M213S or F58K, M213T. This construction is assembled using procedures that are conventional in the art and reported by the previous examples.

La segunda construcción de ADN adecuada para proporcionar una línea vegetal de arroz o cereal parental endogámica masculina que es condicionalmente estéril femenina 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 operativo de la región promotora del gen de plastocianina de cebada y una región terminadora adecuada tal como la del gen 35S o nos, D) consiste en una secuencia PAT similar a la primera pero en este caso bajo el control operativo de la misma región promotora floral masculina específica de tejido (tal como SGB6 o RA8P19) que se usa en la construcción 1 más un terminador adecuado y F) consiste en un gen DAMOX adecuado como, por ejemplo, el usado en la construcción 1 y bajo el control operativo de la misma región promotora floral femenina específica de tejido (tal como P 19 o P26) que se usan en la construcción 1 y una región terminadora adecuada. Esta construcción se ensambla usando procedimientos que son convencionales en la técnica e informado por los ejemplos anteriores. The second DNA construct suitable for providing a male inbred parental cereal or rice plant line that 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 Nacetylar L-phosphinothricin under operational control of the promoter region of the barley plastocyanin gene and a suitable terminator region such as that of the 35S or nos gene, D) consists in a PAT sequence similar to the first but in this case under the operational control of the same tissue-specific male floral promoter region (such as SGB6 or RA8P19) that is used in construct 1 plus a suitable terminator and F) consists of a DAMOX gene suitable as, for example, that used in Construction 1 and under the operational control of the same tissue-specific female floral promoter region (such as P 19 or P26) used in Construction 1 and a suitable terminator region. This construction is assembled using procedures that are conventional in the art and reported by 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 codificante de PAT, terminador Nos; B = región promotora P26 - secuencia codificante de PAT, terminador 35S; C = región promotora RA8 - secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula (mutante F58K, M213T) terminador Nos A = Barley plastocyanin promoter region - PAT coding sequence, terminator Nos; B = P26 promoter region - PAT coding sequence, 35S terminator; C = RA8 promoter region - Rhodotorula D-amino acid oxidase coding sequence (mutant F58K, M213T) terminator Nos

Construcción 2 Construction 2

A = Región promotora de plastocianina de cebada - secuencia codificante de PAT, terminador Nos; D = región promotora RA8 - secuencia codificante de PAT, terminador 35S; E = región promotora P26 - secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula (mutante F58K, M213T) terminador Nos A = Barley plastocyanin promoter region - PAT coding sequence, terminator Nos; D = RA8 promoter region - PAT coding sequence, 35S terminator; E = P26 promoter region - Rhodotorula D-amino acid oxidase coding sequence (mutant F58K, M213T) 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 diversos genes quiméricos en casetes de expresión que habitualmente se clonan en bluescript sk. Opcionalmente estos vectores se preparan a granel para transformación de ADN directa para su uso con un marcador seleccionable bombardeado conjuntamente tal como pSOG35 (DHFR/metotrexato) o pUbi-Hyg (higromicina fosfotransferasa/higromicina) como se describe en el documento WO 98/39462. Preferentemente, después de la preparación a granel, los vectores se linealizan usando una enzima de restricción adecuada para retirar 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. 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, en lugar de usar bombardeo conjunto dichos vectores bluescript se modifican adicionalmente por ingeniería genética mediante procedimientos convencionales de modo que comprenden adicionalmente un gen marcador seleccionable vegetal tal como gen de resistencia a kanamicina, resistencia a higromicina, resistencia a metotrexato o resistencia a glifosato y se usan directamente. En algunos de los ejemplos anteriores un gen de PAT es integral para el diseño del vector y, en estos casos, puede usarse opcionalmente DL fosfinotricina para la selección en alguna etapa después de la transformación. Optionally, instead of using co-bombardment, said bluescript vectors are further engineered by conventional procedures such that they further comprise a plant selectable marker gene such as kanamycin resistance, hygromycin resistance, methotrexate resistance, or glyphosate resistance and they are used directly. In some of the above examples a PAT gene is integral to vector design and, in these cases, DL phosphinothricin can optionally be used for selection at some stage after transformation.

Como alternativa, se escinden casetes de expresión dentro de un fragmento de restricción adecuado y se clonan en vectores derivados de pIGPD9 (descrito en la Figura 12 del documento WO 00/66748). El uso de este vector para transformación evita la transferencia de genes marcadores antibióticos a la planta puesto que su mantenimiento en bacterias se basa en complementación de un mutante autotrófico de E. coli. El vector comprende un gen que expresa IGPD (el producto de HisB) y se modifica por ingeniería genética adicionalmente para comprender un gen marcador seleccionable vegetal tal como un gen EPSPS clonado en el sitio Xma I como, por ejemplo, en pZEN16i y Alternatively, expression cassettes are cleaved within a suitable restriction fragment 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 bacteria is based on complementation of an autotrophic mutant of E. coli. The vector comprises a gene that expresses IGPD (the product of HisB) and is further engineered to comprise a plant selectable marker gene such as an EPSPS gene cloned at the Xma I site such as, for example, pZEN16i and

pZEN18i del documento WO 00/66748. Como alternativa se usa un gen marcador que proporciona selección positiva en manosa o xilosa (documento USP 5767378). pZEN18i of WO 00/66748. As an alternative, a marker gene that provides positive selection for mannose or xylose is used (USP 5767378).

En ejemplos particulares de uso de vectores pIGPD9, se construyen plásmidos para transformación de trigo. Son ejemplos ilustrativos pZEN18_ BLB200_Q99042 y pZEN18_ BLRAB_Q01470. Estos son vectores derivados de pIGPD9 que comprenden el gen EPSPS de pZEN18 (documento WO 00/66748) y, en este caso, los casetes de expresión B200i-)D-aminoácido oxidasa-B200i o RA8-D-aminoácido oxidasa-nos, respectivamente. In particular examples of use of pIGPD9 vectors, plasmids are constructed for wheat transformation. Illustrative examples are pZEN18_ BLB200_Q99042 and pZEN18_ BLRAB_Q01470. These are vectors derived from pIGPD9 that comprise the EPSPS gene from pZEN18 (WO 00/66748) and, in this case, the expression cassettes B200i-) D-amino acid oxidase-B200i or RA8-D-amino acid oxidase-nos, respectively .

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

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

En un ejemplo, se siembran en placas embriones inmaduros (0,75-1,0 mm de longitud) de genotipo UC703 en medio MS que contiene 3 mg/l 2,4-D y sacarosa al 3 %. Después de aproximadamente 4 horas los embriones se siembran en placas en medio MS que contiene maltosa 15 %, sacarosa 3 % y 3 mg/l 2,4-D superpuesto con un bloque de agarosa soportado por papel de filtro que contiene los mismos componentes. Se permite que los embriones plasmolicen durante 2-3 horas antes del bombardeo. In one example, immature embryos (0.75-1.0 mm long) of the UC703 genotype are plated in MS medium containing 3 mg / l 2,4-D and 3% sucrose. After approximately 4 hours the embryos are plated in MS medium containing 15% maltose, 3% sucrose and 3 mg / l 2,4-D superimposed with a filter paper supported agarose block containing the same components. Embryos are allowed to plasmolyse for 2-3 hours prior to bombardment.

Se precipita ADN preparado como se ha descrito en el Ejemplo 6 y en los ejemplos anteriores en partículas de oro de tamaño micrométrico usando procedimientos convencionales. Se disparan dos veces cuatro placas diana con 16 embriones por diana con un dispositivo de helio DuPont Biolistics usando una presión de explosión de 7,58 MPa. Se disparó a las placas con una pantalla de malla 80 situada entre la tapa de vehículo y la diana. Después de situarse dianas de bombardeo en oscuridad a 25 ºC durante 24 horas antes de que los bloques con los embriones se sitúen en las placas de medio MS que contiene sacarosa 3 % y 2,4-D 3 mg/l. Los embriones individuales se retiran de los bloques y se sitúan directamente en medio fresco de la misma composición después de otras 48 horas. Aproximadamente 6 semanas después del suministro génico el tejido se sitúa en medio MS con 2,4-D 3 mg/l, sacarosa 3 % y metotrexato 0,2 mg/l durante un periodo de 3 semanas. El tejido se sitúa después en medio de regeneración comprendido por medio MS que contiene ribósido de zeatina 1 mg/l y metotrexato 1 mg/l. Después de 2 semanas se sitúan las plántulas en regeneración en recipientes estériles con medio MS a mitad de concentración que contiene sacarosa 2 %, ácido naftalínico 1 mg/l y metotrexato 4 mg/l. DNA prepared as described in Example 6 and in the previous examples is precipitated into micron-sized gold particles using conventional procedures. Four target plates with 16 embryos per target are fired twice with a DuPont Biolistics helium device using a burst pressure of 7.58 MPa. The plates were shot with an 80 mesh screen located between the vehicle cover and the target. After bombardment targets were placed in the dark at 25 ° C for 24 hours before the blocks with the embryos were placed on MS medium plates containing 3% sucrose and 3-mg 2,4-D. The individual embryos are removed from the blocks and placed directly in fresh medium of the same composition after another 48 hours. Approximately 6 weeks after gene delivery the tissue is placed in MS medium with 2,4-D 3 mg / l, sucrose 3% and methotrexate 0.2 mg / l over a period of 3 weeks. The tissue is then placed in regeneration medium comprised of MS medium containing 1 mg / l zeatin riboside and 1 mg / l methotrexate. After 2 weeks, the regenerating seedlings are placed in sterile containers with half concentration MS medium containing 2% sucrose, 1 mg / l naphthalinic acid and 4 mg / l methotrexate.

En variantes particulares del ejemplo los vectores que comprenden genes quiméricos preferentemente expresados en estructuras reproductoras masculinas se bombardean conjuntamente con genes marcadores seleccionables alternativos. Por lo tanto, por ejemplo, se prepara ADN de plásmidos y se revisten con él partículas de oro junto con pUbiHyg (un plásmido que codifica higromicina fosfotransferasa bajo el control operativo del promotor de poliubiquitina de maíz). En este caso se lleva a cabo transformación y regeneración como se ha descrito anteriormente excepto que, después del bombardeo, el medio de regeneración contiene concentraciones crecientes de higromicina entre 2 y 20 mg/l. In particular variants of the example, vectors comprising chimeric genes preferably expressed in male reproductive structures are bombarded in conjunction with alternative selectable marker genes. Therefore, for example, plasmid DNA is prepared and gold particles coated with it along with pUbiHyg (a plasmid encoding hygromycin phosphotransferase under the operational control of the corn polyubiquitin promoter). In this case transformation and regeneration is carried out as described above except that, after bombardment, the regeneration medium contains increasing concentrations of hygromycin between 2 and 20 mg / l.

En un ejemplo adicional se transforma trigo con pZEN18_BLB200_RGF58KM213S (D-aminoácido oxidasa), se selecciona usando glifosfato y se regenera como se ha descrito en el Ejemplo 15 del documento WO 00/66748. In a further example wheat is transformed with pZEN18_BLB200_RGF58KM213S (D-amino acid oxidase), selected using glyphosate and regenerated as described in Example 15 of WO 00/66748.

Se extrae ADN de tejidos de hojas de plantas derivadas de transformación y se ejecuta PCR con respecto a la presencia de gen marcador seleccionable y el gen que codifica D-aminoácido oxidasa. Se propagan plantas positivas para PCR. Durante la floración, se recogen pistilos y anteras y se prepara ARN. La expresión de ADN se confirma por análisis de Northern. Además, se expresan genes de D-aminoácido oxidasa usando vectores pET en E. coli y se purifican parcialmente. Las bandas proteicas de la proteína expresada se cortan de un gel SDS y se usan para generar anticuerpos policlonales. Estos anticuerpos se usan para detectar expresión en tejidos de flores y otros tejidos por análisis de Western. DNA is extracted from tissues of transformation derived plant leaves and PCR is run for the presence of the selectable marker gene and the gene encoding D-amino acid oxidase. PCR positive plants are propagated. During flowering 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 cut from an SDS gel and used to generate polyclonal antibodies. These antibodies are used to detect expression in flower and other tissues by Western analysis.

Ejemplo 8. Un procedimiento para producir de forma eficaz cultivos de cereales híbridos en los que se aplica DL fosfinotricina tanto para control de malas hierbas como al mismo tiempo como el agente de hibridación química y en el que la generación de híbrido F1 de plantas resultantes de la semilla híbrida producida de este modo es sustancialmente tolerante tanto de forma vegetativa como reproductiva a la aplicación de DL fosfinotricina. Example 8. A method for efficiently producing hybrid cereal crops in which DL phosphinothricin is applied both for weed control and at the same time as the chemical hybridization agent and in which the generation of F1 hybrid from plants resulting from the hybrid seed produced in this way is substantially tolerant both vegetatively and reproductively to the application of DL phosphinothricin.

Los agentes químicos de hibridación son caros. Sería deseable usar una sustancia relativamente barata tal como un herbicida comercial como un agente de hibridación químico. Esto conseguiría además eficacia adicional puesto que podría combinarse el control de malas hierbas con hibridación química. Sin embargo existen varios problemas a superar para que esta proposición se realice. En primer lugar, se necesitaría establecer líneas parentales masculinas y femeninas que sean tolerantes al herbicida en cuestión. Además, para conseguir la fertilidad “condicional” deseada en respuesta a aplicación del herbicida las dos líneas necesitarían modificarse por ingeniería genética de tal modo que la tolerancia al herbicida no se extendiera a todos los tejidos sino que se expresara de una manera específica de tejido de modo que cada uno de los tejidos florales requeridos permaneciera selectivamente susceptible. Por lo tanto, en una línea (la línea parental femenina), el volumen de la planta más el tejido femenino Hybridization chemicals are expensive. It would be desirable to use a relatively cheap substance such as a commercial herbicide as a chemical hybridization agent. This would further achieve additional efficacy since weed control could be combined with chemical hybridization. However, there are several problems to overcome in order for this proposition to be realized. First, one would need to establish male and female parental lines that are tolerant to the herbicide in question. Furthermore, to achieve the desired "conditional" fertility in response to herbicide application the two lines would need to be engineered so that tolerance to the herbicide did not extend to all tissues but was expressed in a tissue-specific manner. so that each of the required floral tissues remained selectively susceptible. Therefore, in one line (the female parent line), the volume of the plant plus the female tissue

deben hacerse tolerantes a la vez que alguna parte crítica del tejido floral masculino debe permanecer susceptible a la aplicación mientras que en la otra (la línea parental masculina), se necesita lo inverso permaneciendo susceptible solamente cierta parte crítica del tejido formador de gametos femeninos. Incluso concediendo que esto puede conseguirse sigue existiendo un problema adicional a superar con respecto a la semilla híbrida y generación 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 también pudiera usarse para control de 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 permitieran este uso del mismo herbicida en la generación F1. Sería probable que el cultivo híbrido presentara tolerancia vegetativa pero poco o ningún rendimiento de grano después de la aplicación del herbicida a la generación F1. Por ejemplo, para el herbicida glifosato el mecanismo habitual de resistencia es la expresión de una forma resistente de EPSP sintasa. Es difícil identificar una región promotora o combinación de regiones promotoras que permitieran suficiente expresión de una R-EPSPS en todos los tejidos y en todos los momentos distintos de, por ejemplo, en una etapa crítica en el desarrollo de estambres o estigmas. La forma más sencilla de evitar esto sería usar un enfoque antisentido o similar en el que la expresión de R-EPSPS esta dirigida por un promotor constitutivo/no específico de tejido y sólo suprimido localmente y transitoriamente en, por ejemplo, los estambres debido a la expresión de un gen de EPSPS antisentido (véase por ejemplo el documento WO 99/46396). Sin embargo, en ese caso la supresión de expresión en el estambre (o estigma) se dirigiría por un gen dominante. Resulta evidente que, para cualquier mecanismo tal, la aplicación del herbicida a la generación F1 daría como resultado un cultivo estéril no productor debido a los efectos aditivos de los genes de esterilidad condicionales masculinos y femeninos dominantes. they must be made tolerant while some critical part of the male floral tissue must remain susceptible to the application while in the other (the male parental line), the reverse is needed while only a certain critical part of the female gamete-forming tissue is susceptible. Even granting that this can be achieved there is still an additional problem to overcome with respect to hybrid seed and F1 generation. Since this generation of the crop would necessarily contain at least two genes capable of conferring resistance to the herbicide, it would be desirable that this same herbicide could also be used for weed control in the crop. However, it is very difficult to conceive of a combination of herbicides, tissue-specific promoter regions and tolerance genes that would allow this use of the same herbicide in the F1 generation. The hybrid crop would likely have vegetative tolerance but little or no grain yield after application of the 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 would allow sufficient expression of an R-EPSPS in all tissues and at all times other than, for example, at a critical stage in the development of stamens or stigmas. The easiest way to avoid this would be to use an antisense or similar approach in which the expression of R-EPSPS is driven by a constitutive / tissue-specific promoter and is only locally and transiently suppressed in, for example, stamens due to expression of an antisense EPSPS gene (see for example WO 99/46396). However, in that case the suppression of expression in the stamen (or stigma) would be directed by a dominant gene. It is evident that, for any such mechanism, application of the herbicide to the F1 generation would result in a non-producing sterile culture due to the additive effects of the dominant male and female conditional sterility genes.

La presente invención proporciona un procedimiento para superar el problema de permitir el uso de un herbicida comercial barato, DL fosfinotricina, tanto como control de malas hierbas como agente de hibridación en la producción de cereales híbridos y proporcionando dicho procedimiento, además, cereales o arroz híbridos resultantes en los que puede usarse de forma segura DL fosfinotricina (o L-fosfinotricina) para control de malas hierbas sin pérdida sustancial de rendimiento. Como un beneficio adicional más, las semillas autosembradas de la generación F1 que pueden surgir más tarde como voluntarias en cultivos posteriores serán más fáciles de controlar puesto que ellas, en sí mismas, generalmente serán estériles si se pulverizan con cantidades de control de DL fosfinotricina. Lo mismo se mantiene para la descendencia de polinización cruzada de polen de las plantas F1 a malas hierbas (por ejemplo arroz rojo) u otros cereales. La presente invención proporciona genes y enzimas que convierten un componente no fitotóxico, D-fosfinotricina, de una DL fosfinotricina de formulación en herbicida comercial, a la forma L activa. El gen PAT que convierte L fosfinotricina a N-acetil L-fosfinotricina ya se conoce y se usa comercialmente para evitar tolerancia a DL fosfinotricina en cultivos. Una observación crítica adicional que atañe al presente ejemplo es que, sorprendentemente, se ha descubierto que el trigo que contiene un gen de PAT bajo el control de la expresión operativo de la región promotora de plastocianina de cebada es sustancialmente reproductivamente tolerante a la aplicación de DL fosfinotricina a tasas de hasta al menos 2kg/ha. Por lo tanto una característica crítica de las construcciones descritas en el Ejemplo 6 que se usan para proporcionar las plantas del presente ejemplo es que el gen de PAT que proporciona el rasgo de resistencia se expresa bajo el control operativo de una región promotora que proporciona expresión sustancialmente solamente en los tejidos verdes. Una característica de una región promotor útil tal es que debería expresar PAT de una manera tal que proteja adecuadamente todos los tejidos florales no verdes de DL fosfinotricina aplicada de forma foliar mientras que, a la vez, proporciona solamente un nivel mínimo de expresión de PAT en el tejido floral en sí mismo y especialmente bajo en las partes diana para esterilidad condicional. Con PAT expresado bajo el control operativo de la región promotora de plastocianina de cebada parece cumplirse esta condición puesto que sustancialmente toda la Lfosfinotricina que se pulveriza entra a través de las hojas y se intercepta y convierte a N-acetil-L-fosfinotricina no fitotóxica antes de que se transloque a los tejidos florales en desarrollo. Por lo tanto, en la presente invención, la Lfosfinotricina que provoca los efectos de esterilidad selectiva de tejido en las líneas parentales se genera solamente de forma transitoria y localmente de D-fosfinotricina no fitotóxica móvil del floema mediante D-aminoácido oxidasa. Haciendo coincidir de forma exacta los elementos de control floral que dirigen la expresión de PAT con los elementos que dirigen la expresión de D-aminoácido oxidasa en el par complementario de construcciones (Ejemplo 5) se asegura que, en el híbrido F1, la explosión transitoria de L-fosfinotricina en el tejido floral diana se neutralizará rápidamente por una explosión correspondiente de expresión de PAT en el mismo momento y en el mismo tejido local. Por lo tanto la aplicación del herbicida no induce efecto de esterilidad en el híbrido. Sin embargo, en generaciones posteriores, la D-aminoácido oxidasa y PAT correspondientes floralmente del híbrido se segregarán y por lo tanto, una vez más, las plantas resultantes serán estériles masculinas o femeninas tras la aplicación de cantidades de control de DL fosfinotricina. The present invention provides a method of overcoming the problem of allowing the use of a cheap commercial herbicide, DL phosphinothricin, both as a weed control and as a hybridizing agent in the production of hybrid cereals, and by providing said method, in addition, to hybrid cereals or rice. resulting in that DL phosphinothricin (or L-phosphinothricin) can be safely used for weed control without substantial loss of performance. As a further added benefit, F1 generation self-sown seeds that may emerge later as volunteers in subsequent crops will be easier to control since they, themselves, will generally be sterile if sprayed with control amounts of DL phosphinothricin. The same holds true for the cross-pollinated offspring of pollen from F1 plants to weeds (eg red rice) or other cereals. The present invention provides genes and enzymes that convert a non-phytotoxic component, D-phosphinothricin, from a commercially available herbicide formulation DL phosphinothricin to the active L-form. The PAT gene that converts L phosphinothricin to N-acetyl L-phosphinothricin is already known and is used commercially to avoid tolerance to DL phosphinothricin in cultures. A further critical observation regarding the present example is that, surprisingly, wheat containing a PAT gene under the control of the operational expression of the barley plastocyanin promoter region has been found to be substantially reproductively tolerant to the application of DL phosphinothricin at rates of up to at least 2kg / ha. Therefore a critical feature of the constructs described in Example 6 that are used to provide the plants of the present example is that the PAT gene that provides the resistance trait is expressed under the operational control of a promoter region that provides substantially expression only in green fabrics. A feature of such a useful promoter region is that it should express PAT in such a way that it adequately protects all non-green flower tissues from foliar applied DL phosphinothricin while, at the same time, providing only a minimal level of PAT expression in the floral fabric itself and especially low on the target parts for conditional sterility. With PAT expressed under the operational control of the barley plastocyanin promoter region this condition appears to be met since substantially all of the sprayed Lphosphinothricin enters through the leaves and is intercepted and converted to non-phytotoxic N-acetyl-L-phosphinothricin before of it translocating to developing floral tissues. Therefore, in the present invention, the Lfosfinotricina that causes the effects of selective tissue sterility in the parental lines is generated only transiently and locally from phloem-mobile non-phytotoxic D-phosphinothricin by D-amino acid oxidase. Exactly matching the floral control elements that direct the expression of PAT with the elements that direct the expression of D-amino acid oxidase in the complementary pair of constructs (Example 5) ensures that, in the F1 hybrid, the transient explosion of L-phosphinothricin in the target floral tissue will be 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 does not induce a sterility effect in the hybrid. However, in later generations, the floral-corresponding corresponding D-amino acid oxidase and PAT from the hybrid will segregate and therefore, once again, the resulting plants will be sterile male or female upon application of control amounts of DL phosphinothricin.

Usando los procedimientos descritos en los Ejemplos 6 y 7, las construcciones descritas en el Ejemplo 5 se transforman en levadura o (usando procedimientos de vector superbinario convencionales) en arroz que se selecciona y se regenera en plántulas. Se seleccionan acontecimientos transformantes T0 (usando propagación clonal de brotes para mantener líneas no tratadas) y acontecimientos adecuados para continuar el cultivo como, como alternativa, líneas parentales endogámicas masculinas que son condicionalmente estériles femeninas dependiendo de la aplicación de DL fosfinotricina o líneas endogámicas femeninas que son condicionalmente estériles masculinas dependiendo de la aplicación de DL fosfinotricina se seleccionan usando procedimientos esencialmente como se ha descrito en los ejemplos 1 y 2. Las mejores líneas muestran la mejor tolerancia a herbicida, mínima pérdida de rendimiento, fenotipo de esterilidad condicional más evidente etc. Las líneas parentales Using the procedures described in Examples 6 and 7, the constructs described in Example 5 are transformed into yeast or (using conventional superbinary vector procedures) into rice that is selected and regenerated into seedlings. Transforming T0 events are selected (using clonal propagation of shoots to maintain untreated lines) and suitable events to continue cultivation as, alternatively, male inbred parental lines that are conditionally female sterile depending on the application of DL phosphinothricin or female inbred lines that conditionally sterile male depending on the application of DL phosphinothricin are selected using procedures essentially as described in Examples 1 and 2. The best lines show the best herbicide tolerance, minimal loss of performance, most evident conditional sterility phenotype etc. Parental lines

masculinas y parentales femeninas alternativas se seleccionan y, opcionalmente, se retrocruzan en líneas de elites adecuadas para varias generaciones. Los insertos genéticos en estos acontecimientos finalmente seleccionados se caracterizan completamente así como la genética de la herencia de los rasgos de fertilidad condicional y resistencia a herbicida y las características de productos génicos expresados. Alternative male and female parentals are selected and optionally back-crossed into elite lines suitable for several generations. The genetic inserts in these finally selected events are fully characterized as well as the inheritance genetics of conditional fertility and herbicide resistance traits and the characteristics of expressed gene products.

Las líneas parentales femeninas y masculinas seleccionadas de este modo se plantan después de forma intercalada juntas en relaciones adecuadas en un campo y se pulverizan con DL fosfinotricina a una tasa adecuada entre 0,05 y 5 kg/ha y seleccionando el momento hasta el periodo de floración temprana para optimizar la producción de semillas híbridas. Las semillas producidas de este modo tienen la ventaja de que darán lugar a plantas que no solamente se benefician de vigor híbrido sino que también son tolerantes a las formulaciones de herbicida que contienen DL fosfinotricina que pueden usarse por lo tanto para control de malas hierbas selectivo en el cultivo. Las semillas híbridas también tienen la ventaja de que el rasgo de tolerancia a herbicida que expresan se pasará sólo de forma incompleta a generaciones futuras autosembradas o por polinización cruzada a malas hierbas relacionadas. Por lo tanto, por ejemplo, el arroz híbrido resultante de la presente invención puede cultivarse usando DL fosfinotricina como agente de control de malas hierbas sin pérdida significativa de rendimiento. Sin embargo futuras generaciones de plantas de arroz rojo que surjan como la descendencia de polen del arroz híbrido con polinización cruzada con parentales femeninos de arroz rojo serán vegetativamente tolerantes al tratamiento con DL fosfinotricina pero tendrán autofertilidad reducida (debido a la expresión de una D-aminoácido oxidasa en el tejido floral) y de este modo producirán poco grano. Por lo tanto usando el arroz híbrido de la presente invención puede usarse DL fosfinotricina para control de malas hierbas con un riesgo futuro muy reducido de contaminación de grano con arroz rojo como resultado de que el rasgo de resistencia a herbicida haya pasado por polinización cruzada al arroz rojo cercanamente relacionado. De forma similar, las plantas espontáneas de segunda generación de arroz o trigo que surjan del cultivo híbrido no producirán, en su mayor parte, grano después de pulverización con DL fosfinotricina. The female and male parental lines selected in this way are then interleaved together in suitable ratios in a field and sprayed with DL phosphinothricin at a suitable rate of between 0.05 and 5 kg / ha and selecting time to period of early flowering to optimize hybrid seed production. Seeds produced in this way have the advantage that they will give rise to plants that not only benefit from hybrid vigor but are also tolerant to herbicide formulations containing DL phosphinothricin which can therefore be used for selective weed control in cultivation. Hybrid seeds also have the advantage that the herbicide tolerance trait they express will be passed only incompletely to future self-sown generations or by cross-pollination to related weeds. Therefore, for example, the resulting hybrid rice of the present invention can be grown using DL phosphinothricin as a weed control agent without significant yield loss. However future generations of red rice plants to emerge as the pollen offspring of hybrid cross-pollinated rice with female parents of red rice will be vegetatively tolerant to DL phosphinothricin treatment but will have reduced self-fertility (due to D-amino acid expression oxidase in the floral tissue) and thus produce little grain. Therefore using the hybrid rice of the present invention DL phosphinothricin can be used for weed control with a greatly reduced future risk of grain contamination with red rice as a result of the herbicide resistance trait being cross-pollinated to rice closely related red. Similarly, spontaneous second-generation rice or wheat plants arising from the hybrid crop will, for the most part, not produce grain after spraying with DL phosphinothricin.

Ejemplo 9. Transformación/Regeneración de maíz con un polinucleótido que comprende un gen quimérico expresado preferentemente en tejido reproductor masculino y que codifica una enzima capaz de oxidar Dfosfinotricina. Example 9. Transformation / Regeneration of corn with a polynucleotide comprising a chimeric gene preferentially expressed in male reproductive tissue and encoding an enzyme capable of oxidizing Dphosphinotricin.

Se clonan casetes de expresión de RA8-D-aminoácido oxidasa-nos en una serie de vectores bluescript sk, pBLRA8_RGF58KM213T, pBLRA8_RGF58KM213S etc. como se ha descrito anteriormente. Opcionalmente, estos se bombardean conjuntamente con ADN que comprende marcadores de selección tales como pUbiHyg o pSOG35; seleccionados y regenerados usando higromicina o metotrexato como se ha descrito, por ejemplo, en el Ejemplo 11 del documento WO 98/39462. RA8-D-amino acid oxidase expression cassettes are cloned into a series of bluescript sk vectors, pBLRA8_RGF58KM213T, pBLRA8_RGF58KM213S etc. as described above. Optionally, these are bombarded in conjunction with DNA comprising selection markers such as pUbiHyg or pSOG35; selected and regenerated using hygromycin or methotrexate as described, for example, in Example 11 of WO 98/39462.

Como alternativa, pZEN18_BLRA8_RGF58KM213S etc. se bombardean directamente o se transfieren en triquitos de carburo de silicio a células de maíz y se seleccionan plantas de maíz y se regeneran en glifosato como, por ejemplo, se describe en los Ejemplos 12 y 13 del documento WO 00/66748. As an alternative, pZEN18_BLRA8_RGF58KM213S etc. they are directly bombarded or transferred in silicon carbide whiskers to corn cells and corn plants are selected and regenerated in glyphosate as, for example, described in Examples 12 and 13 of WO 00/66748.

Como alternativa, se llevó a cabo transformación del maíz usando Agrobacterium tumefaciens que contiene un vector superbinario. Por ejemplo, el casete de expresión pZEN18 y el gen quimérico de D-aminoácido oxidasa BLRA8_F58K se escinde de pZEN18_ BLRA8_RGF58K y se clona en posiciones entre los extremos de ADN T izquierdo y derecho de un vector superbinario derivado de pSB1 a través de una serie de subclonación y recombinación homóloga en una serie de etapas similares a las descritas en el documento WO 00/66748. Se infecta materia vegetal derivado de embriones inmaduros con Agrobacterium que contiene vector superbinario que comprende el gen marcador de glifosato y el gen quimérico de la presente invención. Se seleccionan y regeneran plantas usando glifosato como se ha descrito en el documento WO 00/66748. Alternatively, transformation of corn was carried out using Agrobacterium tumefaciens containing a superbinary vector. For example, the pZEN18 expression cassette and the BLRA8_F58K D-amino acid oxidase chimeric gene is cleaved from pZEN18_ BLRA8_RGF58K and cloned into positions between the left and right T-DNA ends of a superbinary vector derived from pSB1 through a series of subcloning and homologous recombination in a series of steps similar to those described in WO 00/66748. Plant matter derived from immature embryos is infected with Agrobacterium containing superbinary vector comprising the glyphosate marker gene and the chimeric gene of the present invention. Plants are selected and regenerated using glyphosate as described in WO 00/66748.

Se extrae ADN de tejidos de hoja de plantas derivadas de transformación y se ejecuta una PCR con respecto a la presencia de gen marcador seleccionable y el gen que codifica D-aminoácido oxidasa mutante. Se propagan plantas positivas para PCR. Durante la floración se recogen pistilos y anteras y se prepara ARN. La expresión de ADN se confirma por análisis de Northern. Además, se expresan genes de D-aminoácido oxidasa mutantes usando vectores pET en E. coli y se purifican parcialmente. La banda proteica de la proteína expresada se corta de un gel de SDS y se usa para generar anticuerpos policlonales. Estos anticuerpos se usan para detectar expresión en tejidos florales y otros tejidos por análisis de Western. DNA is extracted from leaf tissues of transformation-derived plants and a PCR is run for the presence of the selectable marker gene and the gene encoding mutant D-amino acid oxidase. PCR positive plants are propagated. During flowering pistils and anthers are collected and RNA is prepared. DNA expression is confirmed by Northern analysis. Furthermore, mutant D-amino acid oxidase genes are expressed using pET vectors in E. coli and partially purified. The protein band of the expressed protein is cut from 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 10 Mutagénesis dirigida para generar mutantes adicionales derivados de la forma mutante F58K de D-aminoácido oxidasas de R. gracilis con capacidades mejoradas adicionales para oxidar D-fosfinotricina y/o D-aspartato etc. Example 10 Targeted Mutagenesis to Generate Additional Mutants Derived from R. gracilis D-Amino Acid Oxidase Mutant Form with Additional Enhanced Abilities to Oxidize D-Phosphinothricin and / or D-Aspartate etc.

Este ejemplo se refiere a la producción de genes que codifican variantes de D-amino oxidasa de R. gracilis que tiene capacidad mejorada para oxidar D-fosfinotricina y/u otros D-aminoácidos. Estos genes se usan en realizaciones preferidas de la invención, descritas en los otros ejemplos, cuando la esterilidad se hace condicional tras la aplicación de D-fosfinotricina o D-aspartato. En el presente ejemplo particular estos genes codifican enzimas que tienen, además de la mutación F58K, un cambio de aminoácido sencillo en la posición “213” y/o en la posición “238”. El experto en la materia reconocerá que se usan procedimientos completamente análogos para efectuar una serie similar de mutaciones para reemplazar la tirosina en la posición igualmente preferida 223 con el mismo conjunto de aminoácidos alternativos. La metionina en la posición “213” se identifica como la M en el motivo de secuencia This example relates to the production of genes encoding R. gracilis D-amino oxidase variants that have enhanced ability to oxidize D-phosphinothricin and / or other D-amino acids. These genes are used in preferred embodiments of the invention, described in the other examples, when sterility becomes conditional upon application of D-phosphinothricin or D-aspartate. In the present particular example these genes encode enzymes that have, in addition to the F58K mutation, a single amino acid change at position "213" and / or at position "238". One of skill in the art will recognize that completely analogous procedures are used to make a similar series of mutations to replace tyrosine at equally preferred position 223 with the same set of alternative amino acids. Methionine at position "213" is identified as M in the sequence motif

proteica nativa RCTMDSS (SEC ID Nº: 6). La tirosina en la posición 238 se identifica como la “Y” dentro del motivo de secuencia proteica nativa GGTYGVG (SEC ID Nº: 7). Existen 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 aminoácidos en una o ambas de estas posiciones. La selección de molde de ADN para mutagénesis también depende del uso pretendido. Por lo tanto, por ejemplo, cuando el uso pretendido del gen mutante es para expresión en plantas entonces un ADN sintético optimizado para plantas que codifica una D-aminoácido oxidasa de R. gracilis tal como el mutante F58K que codifica la forma mutante de SEC ID Nº: 3 es un punto de partida adecuado. Por otro lado, cuando el uso inmediato pretendido del gen mutante es como un punto de partida para ciclos adicionales de mutagénesis aleatoria y mejora en un sistema de selección basado en levadura o E. coli (como en el Ejemplo 11) entonces el mutante F58K de la secuencia de ADN nativa o una secuencia sintética optimizada para expresión en S. cerevisiae es más adecuado. native protein RCTMDSS (SEQ ID NO: 6). Tyrosine at position 238 is identified as the "Y" within the native protein sequence motif GGTYGVG (SEQ ID NO: 7). 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. Selection of DNA template for mutagenesis also depends on the intended use. Thus, for example, when the intended use of the mutant gene is for expression in plants then a plant optimized synthetic DNA encoding a R. gracilis D-amino acid oxidase such as the F58K mutant encoding the mutant form of SEQ ID. No. 3 is a suitable starting point. On the other hand, when the intended immediate use of the mutant gene is as a starting point for additional cycles of random mutagenesis and improvement in a yeast or E. coli based selection system (as in Example 11) then the F58K mutant from the native DNA sequence or a synthetic sequence optimized for expression in S. cerevisiae is more suitable.

Un procedimiento preferido para proporcionar variantes adecuadas de D-aminoácido oxidasa de R. gracilis es a través del uso de oligonucleótidos degenerados usando kit de mutagénesis Strategenes Quickchange. Los procedimientos usados son de acuerdo con las instrucciones del fabricante. A preferred procedure to provide suitable variants of R. gracilis D-amino acid oxidase is through the use of degenerate oligonucleotides using Strategenes Quickchange mutagenesis kit. The procedures used are in accordance with the manufacturer's instructions.

Por ejemplo en el caso de que el mutante F58K que codifica la forma mutante de la secuencia de ADN de R. gracilis nativa que codifica D-aminoácido oxidasa sea el ADN molde para mutagénesis, los pares de oligonucleótidos degenerados “superior” (RGMUTTOP) e “inferior” (RGMUTBOT) pueden ser de forma adecuada de 50-250 nucleótidos de longitud y diseñarse para comprender, dentro de ellos, regiones de secuencia como sigue. For example, in case the mutant F58K encoding the mutant form of the native R. gracilis DNA sequence encoding D-amino acid oxidase is the template DNA for mutagenesis, the "superior" degenerate oligonucleotide pairs (RGMUTTOP) e "Bottom" (RGMUTBOT) may suitably be 50-250 nucleotides in length and designed to comprise, within them, sequence regions as follows.

RGMUTTOP comprende dentro de él una secuencia (SEC ID Nº: 4) RGMUTTOP comprises within it a sequence (SEQ ID NO: 4)

RGMUTBOT comprende dentro de él una secuencia (SEC ID Nº: 5) RGMUTBOT comprises within it a sequence (SEQ ID NO: 5)

Además, estos dos oligonucleótidos, RGMUTTOP y RGMUTBOT comprenden en cada extremo, secuencias que, una vez que los dos oligonucleótidos se han hibridado entre sí constituirán los extremos 5’ y 3’ que coincidirán exactamente con los extremos creados cuando el ADN molde se corta en un par adecuado de sitios de restricción únicos (es decir diseñado de modo que los oligonucleótidos hibridados puedan 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 have hybridized to each other, will constitute the 5 'and 3' ends that will exactly coincide with the ends created when the template DNA is cut in a suitable pair of unique restriction sites (ie designed so that the hybridized oligonucleotides can replace a single restriction fragment cut from the template DNA encoding the D-amino acid oxidase.

Se transfieren de 0,5 a 1,0 ug de cada oligonucleótido a un tubo de centrífuga Eppendorf de 0,5 ml y se calienta a una temperatura adecuada (por ejemplo 94 ºC, dependiendo de los puntos de fusión calculados) durante 5 minutos y se hibrida lentamente enfriando a temperatura ambiente. El ADN molde (por ejemplo vector lanzadera de levadura pYES6/CT) se corta después con dos enzimas de restricción (de acuerdo con los dos sitios de restricción únicos en el ADN molde que abarcan la región que incluye los dos codones a reemplazar y que caracteriza los extremos del ADN hibridado), se purifica en gel, se liga con el oligonucleótido hibridado y se transforma en levadura de modo que se expresan las D-aminoácido oxidasas alternativas creadas por mutagénesis. Después, como se ha descrito, se seleccionan clones de levadura que producen el mejor crecimiento en análogos de D fosfinotricina (tales como ácido D-homocisteico) o en D-fosfinotricina (cuando se coexpresa el gen de PAT) como la única fuente de nitrógeno como los que contienen las secuencias codificantes de D-aminoácido oxidasa variantes con las propiedades deseadas. Como alternativa se lleva a cabo expresión de D-aminoácido oxidasa en algún microorganismo distinto de levadura y, por ejemplo, bajo el control de la expresión del promotor T7 de un vector pET en un lisógeno de E. coli. En este caso, después de la transformación, pueden seleccionarse colonias individuales, replicarse en placas, cultivarse, inducirse, lisarse y explorarse con respecto a la actividad del sustrato deseada frente a D-fosfinotricina usando procedimientos conocidos en la técnica (por ejemplo, una exploración fluorométrica para generación de peróxido o un ensayo colorimétrico para generación de amoniaco o para el 2-ceto ácido usando procedimientos de ensayo bien establecidos. Las líneas transformantes de organismo de ensayo pueden dejarse crecer de forma adecuada en pocillos de 2 ml de placas de microtitulación, lisarse in situ y ensayarse de forma colorimétrica con respecto a actividad D-aminoácido oxidasa usando, como alternativa, fosfinotricina o D-aspartato como sustrato (dependiendo de la optimización de la actividad que se está buscando). Se seleccionan las líneas que proporcionan los niveles más altos de actividad. Como alternativa, las líneas transgénicas de E. coli se transforman adicionalmente de modo que expresan el gen PAT (por ejemplo, de forma constitutiva) y se inducen con IPTG de modo que expresen la Daminoácido oxidasa mutante de “ensayo”. Se seleccionan las líneas inducidas que muestran el mejor crecimiento en medio mínimo proporcionado con fosfinotricina (o, opcionalmente, un análogo de fosfinotricina) como la fuente principal de N (opcionalmente se incluye una cantidad pequeña de iones de amonio). 0.5 to 1.0 ug of each oligonucleotide is transferred to a 0.5 ml Eppendorf centrifuge tube and heated to a suitable temperature (for example 94 ° C, depending on calculated melting points) for 5 minutes and it hybridizes slowly by cooling to room temperature. The template DNA (eg yeast shuttle vector pYES6 / CT) is then cut with two restriction enzymes (according to the two unique restriction sites in template DNA that span the region that includes the two codons to be replaced and that characterizes the ends of the hybridized DNA), gel purified, ligated with the hybridized oligonucleotide, and transformed into yeast so that the alternative D-amino acid oxidases created by mutagenesis are expressed. Then, as described, yeast clones that produce the best growth in D phosphinothricin analogs (such as D-homocysteic acid) or in D-phosphinothricin (when the PAT gene is co-expressed) are selected as the sole source of nitrogen such as those containing the coding sequences of D-amino acid oxidase variants with the desired properties. Alternatively, D-amino acid oxidase expression is carried out 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 selected, plated, cultured, induced, lysed and screened for the desired substrate activity against D-phosphinothricin using procedures known in the art (eg, a scan fluorometric for peroxide generation or a colorimetric assay for ammonia generation or for 2-keto acid using well established assay procedures. Transforming lines of test organism can be grown appropriately in 2 ml wells of microtiter plates, lysate in situ and colorimetrically assayed for D-amino acid oxidase activity using, alternatively, phosphinothricin or D-aspartate as substrate (depending on optimization of activity being sought) Lines providing levels are selected higher activity. Alternatively, transgenic E. coli lines are transformed ad optionally such that they express the PAT gene (eg, constitutively) and are induced with IPTG so that they express the "test" mutant Daminoacid oxidase. Induced lines showing the best growth in minimal medium provided with phosphinothricin (or, optionally, a phosphinothricin analog) are selected as the primary source of N (optionally a small amount of ammonium ions are included).

Opcionalmente, se seleccionan líneas no solamente basándose en maximizar la capacidad para utilizar Dfosfinotricina u otros D alfa aminoácidos de cadena lateral ácida sino también para mejorar la estabilidad térmica Optionally, lines are selected not only based on maximizing the ability to use Dphosphinothricin or other acidic side chain D alpha amino acids but also to improve thermal stability

(por ejemplo se someten extractos o líneas celulares a un tratamiento de calor corto antes del ensayo enzimático o se dejan crecer las células a temperaturas elevadas o reducidas) u otras propiedades. (eg, extracts or cell lines are subjected to a short heat treatment prior to the enzyme assay or cells are grown at elevated or reduced temperatures) or other properties.

La levadura u otros clones microbianos seleccionados se dejan crecer, se prepara ADN y la secuencia de ADN de D-aminoácido oxidasa de longitud completa clonada mediante PCR de revisión y clonándola en pCRBlunt usando el kit de Invitrogen zero Blunt TOPO. Se determinan las secuencias codificantes de D-aminoácido oxidasa que caracterizan los clones seleccionados. Estas secuencias codificantes de D-aminoácido oxidasa se subclonan adicionalmente para expresión en un vector pET (por ejemplo pET 24a de Novagen) y se transforman en E. coli BL21 DE3. Las células se dejan crecer en un fermentador en medio LCM50 que contiene kanamicina 100 ug/ml, se inducen con IPTG, se recogen, se rompen y se purifica parcialmente el extracto y se ensaya con actividad Daminoácido oxidasa (como se detalla posteriormente). Se seleccionan genes de D-aminoácido oxidasa que codifican enzimas de D-aminoácido oxidasa que producen estabilidad aceptable y la mayor actividad (kcat/Km) por mg de proteína pura frente a D-fosfinotricina a pH 7,0. Yeast or other selected microbial clones are grown, DNA and full-length D-amino acid oxidase DNA sequence cloned are prepared by revision PCR and cloned into pCRBlunt using the Invitrogen zero Blunt TOPO kit. The D-amino acid oxidase coding sequences that characterize the selected clones are determined. These D-amino acid oxidase coding sequences are further subcloned for expression in a pET vector (eg pET 24a from Novagen) and transformed into E. coli BL21 DE3. The cells are grown in a fermenter in LCM50 medium containing 100 ug / ml kanamycin, induced with IPTG, collected, disrupted and partially purified the extract and assayed for Daminoacid oxidase activity (as detailed below). 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 particularmente enzimas Daminoácido oxidasa diana. En particular, se generan genes que codifican la forma mutante F58K de D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis con cambios mutacionales adicionales en las posiciones 213, 223 y 238 y, en particular, cuando en la posición 213, la metionina de tipo silvestre se reemplaza por His, Lys, Arg, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala, la tirosina de tipo silvestre en la posición 223 se reemplaza por His, Lys, Arg, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala y/o la tirosina de tipo silvestre en la posición 238 se reemplaza por His, Lys Arg, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn o Ala. Los procedimientos usados son los mismos que se han descrito anteriormente excepto que, en vez de una mezcla de oligonucleótidos, se diseñan pares individuales de oligonucleótidos y se usan para efectuar cada cambio de aminoácido sencillo o doble. Cada secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa mutante resultante se clona para expresión (no marcada) detrás del promotor T7 en pET 24A de Novagen y se transforma en E. coli BL21 DE3. Las células se dejan crecer en un fermentador 1.01 en medio LCM50 complementado con kanamicina 100 ug/ml, se inducen para expresión con IPTG 1 mM y se recogen por centrifugación a baja velocidad. Additionally, a series of particular DNA sequences are generated that particularly encode Daminoacid oxidase target enzymes. In particular, genes encoding the mutant form F58K of D-amino acid oxidase of Rhodotorula gracilis are generated with additional mutational changes at positions 213, 223 and 238 and, in particular, when at position 213, wild-type methionine is replaced with His, Lys, Arg, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn or Ala, the wild type tyrosine at position 223 is replaced by His, Lys, Arg, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser , Cys, Asn or Ala and / or the wild type tyrosine at position 238 is replaced by His, Lys Arg, Thr, Gly, Pro, Gln, Ser, Cys, Asn or Ala. The procedures used are the same as described above except that, instead of 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 pET 24A from Novagen and transformed into E. coli BL21 DE3. Cells are grown in a 1.01 fermenter in LCM50 medium supplemented with 100 ug / ml kanamycin, induced for expression with 1mM IPTG and harvested by low speed centrifugation.

El medio LCM50 contiene (en 1 litro) LCM50 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 componen en solución y se esterilizan por autoclave). Los siguientes ingredientes adicionales se esterilizan por filtración como soluciones y se añaden al medio: 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), *reserva de Fe SO4.7H2O/ácido cítrico (2 ml), **Solución de elementos traza (5 ml) y componer hasta 1 litro. KH2PO4 (3g), Na2HPO4 (6g), NaCl (0.5g), Casein Hydrolyzate (Oxoid) (2g), (NH4) 2SO4 (10g), Yeast Extract (Difco) (10g) , Glycerol (35 g) (these ingredients are made up in solution and autoclaved). The following additional ingredients are filter-sterilized as solutions and added to the medium: MgSO4 (2.5 ml of 246.5 mg / ml solution), Thiamine.HCl (1 ml of 8 mg / ml solution) CaCl2.2H2O (0 , 2 ml of solution 147 g / l), * reserve of Fe SO4.7H2O / citric acid (2 ml), ** Solution of trace elements (5 ml) and make up to 1 liter.

*La reserva de Fe SO4.7H2O/ácido cítrico por 100 ml consiste en Fe SO4.7H2O (0,415 mg), ácido cítrico (0,202 mg). * The reserve of Fe SO4.7H2O / citric acid per 100 ml consists of Fe SO4.7H2O (0.415 mg), citric acid (0.202 mg).

**La composición de solución de elementos traza por 1 ml es AlCl3.6H2O (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 trace element solution per 1 ml is AlCl3.6H2O (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 aproximadamente 7 g de peso húmedo de células en agua. Las células se resuspenden en un volumen igual de tampón de Mops/KOH 50 mM a pH 7,0 que contiene EDTA 2 mM, DTT 2 mM y FAD 0,01 mM. Las células se suspenden uniformemente usando un homogeneizador de vidrio y después se rompen usando un cabezal de un disparo en el disruptor celular Basic Z de Constant Systems (BudBrooke Rd, Warwick Reino Unido) a 93,05 MPa. El extracto en bruto se mantiene frío (∼4 ºC), se centrifuga a 30.000 g de media durante 1 h y el sedimento se descarta. Se hace correr algo de la proteína del extracto en un gel de SDS PAGE teñido con Azul de Coomassie y, a través de comparación lateral con extractos preparados de forma similar de células que contienen solamente vector pET “vacío” se estima que 2-50 % de la proteína soluble total en el extracto es D-aminoácido oxidasa. Parte de la proteína del extracto se intercambia en tampón de Mops/KOH 50 mM a pH 7,0 que contiene FAD 0,01 mM. Esto se diluye con el mismo tampón en una celda de electrodo de oxígeno convencional (calibrada a 25 ºC entre cero y una concentración saturada de oxígeno). Opcionalmente, la D-aminoácido oxidasa se purifica adicionalmente usando intercambio iónico, fenil sepharose, precipitación de sulfato de amonio fraccionaria y filtración en gel. Los ensayos, a 25 ºC, se inician mediante la adición de una solución 200 mM de la sal de amonio de DL fosfinotricina a la enzima diluida o mediante adición de D-aspartato 25 mM. Para la medición de los valores de Vmax y Km, las concentraciones de sustratos se varían de la manera normal. Los valores de Vmax se estiman basándose en la proteína total y la pureza estimada de la D-aminoácido oxidasa. Basándose en SDS PAGE, la D-aminoácido oxidasa mutante normalmente constituye 15-35 % de la proteína soluble en extractos de proteína en bruto (o más cuando la D-aminoácido oxidasa se purifica adicionalmente). El volumen de reacción final en la celda de electrodo de oxígeno es de 2 ml. Las cantidades finales de proteína en la celda varían hasta 5 mg dependiendo del nivel de actividad que se mida. Se miden las tasas de consumo de oxígeno (después de restar cualquier deriva en las líneas basales). Approximately 7 g of wet weight of cells are washed in water. The cells are resuspended in an equal volume of 50mM Mops / KOH buffer at pH 7.0 containing 2mM EDTA, 2mM DTT and 0.01mM FAD. Cells are suspended uniformly using a glass homogenizer and then disrupted using a one shot head on the Basic Z Cell Disruptor from Constant Systems (BudBrooke Rd, Warwick UK) at 93.05 MPa. The crude extract is kept cold (∼4 ºC), it is centrifuged at 30,000 g on average for 1 h and the sediment is discarded. Some of the extract protein is run on a Coomassie Blue stained SDS PAGE gel and, through lateral comparison with similarly prepared extracts of cells containing only "empty" pET vector, it is estimated that 2-50% of the total soluble protein in the extract is D-amino acid oxidase. Part of the extract 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 conventional oxygen electrode cell (calibrated at 25 ° C between zero and a saturated oxygen concentration). Optionally, the D-amino acid oxidase is further purified using ion exchange, phenyl sepharose, fractional ammonium sulfate 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 or by adding 25mM D-aspartate. For the measurement of the Vmax and Km values, the substrate concentrations are varied in the normal way. Vmax values are estimated based on total protein and estimated purity of D-amino acid oxidase. Based on SDS PAGE, the mutant D-amino acid oxidase normally constitutes 15-35% of the soluble protein in crude protein extracts (or more when D-amino acid oxidase is further purified). The final reaction volume in the oxygen electrode cell is 2 ml. Final amounts of protein in the cell vary up to 5 mg depending on the level of activity being measured. Oxygen uptake rates are measured (after subtracting any drift at baseline).

Son resultados ejemplares obtenidos en las condiciones descritas anteriormente los siguientes. La D-aminoácido oxidasa de R. gracilis de tipo silvestre no muestra capacidad detectable para oxidar D-fosfinotricina y solamente actividad baja (∼30 nmol/min/mg) cuando se usa D-aspartato como sustrato (en comparación con tasas de control de > de 40 umol/min/mg observadas cuando se usan D-alanina 25 mM como sustrato). La forma mutante F58K muestra The following are exemplary results obtained under the conditions described above. Wild-type R. gracilis D-amino acid oxidase shows no detectable ability to oxidize D-phosphinothricin and only low activity (∼30 nmol / min / mg) when D-aspartate is used as substrate (compared to control rates of > 40 umol / min / mg observed when using 25 mM D-alanine as substrate). The F58K mutant form shows

algo de actividad baja frente a fosfinotricina (> de ∼15 nmol/min/mg) y actividad moderada (∼ 1,8 umol/min/mg) con D-aspartato. La forma de mutante doble F58KM213S muestra una actividad muy alta frente a D-aspartato de ∼40 umol/min/mg y, frente a DL fosfinotricina, un nivel alto de actividad de ∼3,2 μmol/min/mg. La Km para D-fosfinotricina del mutante doble F58KM213S se estima que es ∼12 mM. El mutante triple F58K, M213S, Y223H muestra una actividad moderada de ∼0,4 umol/min/mg frente a D-fosfinotricina y ∼0,7 μmol/min/mg frente a D-aspartato. some low activity against phosphinothricin (> ∼15 nmol / min / mg) and moderate activity (∼ 1.8 umol / min / mg) with D-aspartate. The F58KM213S double mutant form shows very high activity against D-aspartate of ∼40 umol / min / mg and, against DL phosphinothricin, a high level of activity of ∼3.2 µmol / min / mg. The Km for D-phosphinothricin of the double mutant F58KM213S is estimated to be ∼12 mM. The triple mutant F58K, M213S, Y223H shows moderate activity of ∼0.4 umol / min / mg against D-phosphinothricin and ∼0.7 µmol / min / mg against D-aspartate.

En experimentos de control la forma L-pura no se oxida a niveles detectables y, dependiendo de la concentración, la forma D pura se oxida hasta dos veces la tasa a la que se oxida el racemato DL. In control experiments the pure L-form does not oxidize to detectable levels and, depending on the concentration, the pure D-form oxidizes up to twice the rate at which the DL racemate is oxidized.

También se obtienen resultados adicionales usando un procedimiento de ensayo de mayor rendimiento basándose en el procedimiento de Konno en ’Methods for the Detection of D-Amino-Acid Oxidase’. Biol. Proced. Online. (1998) 14 de mayo; 1: 27-31. Este es un procedimiento especialmente útil para la selección inicial de mutantes antes de análisis más preciso usando el ensayo de electrodo de oxígeno. Se clonan mutantes dirigidos/aleatorios del gen de D-aminoácido oxidasa obtenido como se ha descrito anteriormente en vector PET24 o PET21 (Novagen) como fragmentos NdeI/EcoRI y se transforman por choque térmico en Células Competentes (DE3)-RP BL21-CodonPlus® (Stratagene). Después de selección y siembra en placas, se seleccionan colonias individuales y se dejan crecen en 1 ml de caldo de cultivo L (+Kanamicina o Ampicilina + Cloranfenicol) a 30 ºC durante una noche en una placa de 96 pocillos que contiene pocillos grandes de 2 ml. La placa se somete después a centrifugación a velocidad baja, las células se centrifugan hasta el fondo de la placa y el sobrenadante se retira cuidadosamente. Las células se resuspenden agitando en vórtex en 0,5 ml de Caldo de cultivo L nuevo (sin antibiótico) y se dejan incubar y se agitan durante 2 horas adicionales a 30 ºC. Se añaden 0,5 ml adicionales de Caldo de cultivo L + 4 ul de IPTG y la placa se vuelve a poner en incubador en agitación (30 ºC) durante 3 horas. La placa se centrifuga una vez más de modo que las células se sedimentan por centrifugación, el sobrenadante se retira y la placa se congela a -80 ºC durante 10 minutos. La placa se devuelve después a la temperatura ambiente y los sedimentos celulares se lisan antes del ensayo enzimático. Se añaden 0,4 ml de CelLyticB (Sigma) que contiene lisozima 1 mg/ml a cada pocillo y se deja durante 10 minutos. Se añade una perla de vidrio a cada pocillo y después los pocillos se sellan como un bloque para moler en molino de perlas durante 2 minutos. La placa se centrifuga después para separar los residuos del ciclo. Se ensayan después 10 ul del extracto de sobrenadante resultante añadiendo 30 ul de D-aminoácido de ensayo (por ejemplo sales de amonio o potasio de D-glutamato, D-aspartato o DL glufosinato a, por ejemplo, 5, 10, 25, 50/100 ó 200 mM en agua) junto con 30 ul de tampón Pirofosfato 0,133 M a pH ∼ 8,3 (incluyendo Beta mercaptoetanol 1 ul/ml y Catalasa 5 mg/ml), 20 ul de FAD 0,1 mM y 10 ul de metanol 70 %. La placa se incuba después para permitir que el ensayo se ejecute a temperatura ambiente durante 10-60 minutos y después se detiene la reacción en cada pocillo con la adición de 100 ul de TCA 10 %. Se retiran después 50 ul de cada pocillo al pocillo correspondiente de una nueva placa en la que cada pocillo contiene 50 ul de KOH 5 M. Se añaden después 50 μl de HCl 0,5 M que contiene “Purpald” (4-amino-5-hidrazino-1,2,4-triazol-3-tiol) 0,5 % a cada pocillo y la placa se deja durante 15 minutos a temperatura ambiente. Después de este tiempo se añaden 50 μl de KOH 0,2 M que contiene peryodato potásico 0,75 % a cada pocillo y finalmente se añaden 5 ul de isopropanol a cada pocillo para evitar formación. La densidad óptica de cada pocillo de la última placa se mide después a 550 nM. Niveles altos de actividad D-aminoácido oxidasa se corresponden con lecturas de DO altas. El ensayo puede cuantificarse usando adiciones convencionales de cetoácidos y se calculan actividades específicas basándose en concentraciones de proteína medidas usando procedimientos convencionales tales como los procedimientos de Bradford o Lowry. Las actividades específicas de DAMOX se estiman basándose en el porcentaje de la proteína total en extractos que es D-aminoácido oxidasa (como se estima por SDS PAGE teñido con Coomassie). Usando el ensayo anterior se muestra, por ejemplo, a una concentración de sustrato de D-fosfinotricina 25 mM, que la forma de mutante doble F58K, M213T de D-aminoácido oxidasa de R. gracilis es aproximadamente 2-5 veces más activa que la forma F58K, M213S (véase Tabla 1). Additional results are also obtained using a higher yield assay procedure based on the Konno procedure in 'Methods for the Detection of D-Amino-Acid Oxidase'. Biol. Proced. On-line. (1998) May 14; 1: 27-31. This is an especially useful procedure for initial mutant selection prior to more precise analysis using the oxygen electrode assay. Targeted / random mutants of the D-amino acid oxidase gene obtained as described above are cloned into vector PET24 or PET21 (Novagen) as NdeI / EcoRI fragments and transformed by heat shock into Competent Cells (DE3) -RP BL21-CodonPlus® (Stratagene). After selection and plating, individual colonies are selected and grown in 1 ml of L (+ Kanamycin or Ampicillin + Chloramphenicol) broth at 30 ° C overnight in a 96-well plate containing large 2-wells. ml. The plate is then subjected to low speed centrifugation, the cells are centrifuged to the bottom of the plate, and the supernatant is carefully removed. The cells are resuspended by vortexing in 0.5 ml of fresh L-Culture Broth (without antibiotic) and allowed to incubate and shake for an additional 2 hours at 30 ° C. An additional 0.5 ml of IPTG L + 4 ul Culture Broth is added and the plate is placed back in a shaking incubator (30 ° C) for 3 hours. The plate is centrifuged once more so that the cells are pelleted by centrifugation, the supernatant is removed and the plate is frozen at -80 ° C for 10 minutes. The plate is then returned to room temperature and the cell pellets are lysed prior to the enzyme assay. 0.4 ml of CelLyticB (Sigma) containing 1 mg / ml lysozyme is added to each well and left for 10 minutes. A glass bead is added to each well and then the wells are sealed as a bead mill grinding block for 2 minutes. The plate is then centrifuged to separate the residues from the cycle. 10 ul of the resulting supernatant extract are then assayed by adding 30 ul of test D-amino acid (eg, potassium or ammonium salts of D-glutamate, D-aspartate, or DL glufosinate to, eg, 5, 10, 25, 50 / 100 or 200 mM in water) together with 30 ul of 0.133 M pyrophosphate buffer at pH ∼ 8.3 (including beta mercaptoethanol 1 ul / ml and Catalase 5 mg / ml), 20 ul of 0.1 mM FAD and 10 ul 70% methanol. The plate is then incubated to allow the assay to run at room temperature for 10-60 minutes and then the reaction is stopped in each well with the addition of 100 ul of 10% TCA. 50 ul are then removed from each well into the corresponding well of a new plate in which each well contains 50 ul of 5M KOH. 50 ul of 0.5M HCl containing "Purpald" (4-amino-5) is then added. -hydrazino-1,2,4-triazol-3-thiol) 0.5% to each well and the plate is left for 15 minutes at room temperature. After this time 50 µl of 0.2 M KOH containing 0.75% potassium periodate is added to each well and finally 5 ul of isopropanol is added to each well to avoid formation. The optical density of each well of the last plate is then measured at 550 nM. High levels of D-amino acid oxidase activity correspond to high DO readings. The assay can be quantified using standard keto acid additions and specific activities are calculated based on protein concentrations measured using standard procedures such as the Bradford or Lowry procedures. DAMOX specific activities are estimated based on the percentage of the total protein in extracts that is D-amino acid oxidase (as estimated by Coomassie stained SDS PAGE). Using the above assay, it is shown, for example, at a concentration of 25 mM D-phosphinothricin substrate, that the R. gracilis D-amino acid oxidase double mutant form F58K, M213T is approximately 2-5 times more active than form F58K, M213S (see Table 1).

Tabla 1 Table 1

Resultados ejemplares obtenidos de un ensayo basado en placa comparando las actividades de formas mutantes de D-aminoácido oxidasa con D-fosfinotricina como un sustrato. El ensayo se ejecuta en las condiciones descritas anteriormente usando DL fosfinotricina 25 mM como sustrato. Los extractos que contienen la forma de tipo silvestre de la enzima no producen ningún color detectable en estas condiciones. La densidad óptica a 550 nm obtenida después de un ensayo de 30 minutos del extracto de la forma mutante F58K, M213T de DAMOX de R. gracilis es más del doble de la obtenida de un extracto similar de la forma mutante F58K, M213S. Puesto que el ensayo se hace no lineal a densidades ópticas altas, se estima que la forma mutante F58K, M213T es cualquiera de 2 a 5 veces más activa que la forma F58K, M213S en las condiciones de ensayo. Exemplary results obtained from a plate-based assay comparing the activities of mutant forms of D-amino acid oxidase with D-phosphinothricin as a substrate. The assay is run under the conditions described above using 25 mM phosphinothricin DL as the substrate. Extracts containing the wild-type form of the enzyme do not produce any detectable color under these conditions. The optical density at 550 nm obtained after a 30 minute test of the extract of the R. gracilis DAMOX mutant form F58K, M213T is more than double that obtained from a similar extract of the F58K mutant form, M213S. Since the assay is non-linear at high optical densities, the F58K, M213T mutant form is estimated to be any one of 2 to 5 times more active than the F58K, M213S form under the assay conditions.

Mutante Mutant
Experimento Absorbancia a 550 nm Experiment Absorbance at 550 nm

F58K, M213T F58K, M213T
1 2,2019 one 2,2019

F58K, M213T F58K, M213T
2 2,2966 2 2.2966

F58K, M213T F58K, M213T
3 1,5633 3 1.5633

F58K, M213T F58K, M213T
4 1,4484 4 1,4484

F58K, M213T F58K, M213T
Media 1,8775 Half 1.8775

F58K, M213S F58K, M213S
1 0,9843 one 0.9843

F58K, M213S F58K, M213S
2 0,8374 2 0.8374

F58K, M213S F58K, M213S
Media 0,9109 Half 0.9109

F58H, M213S F58H, M213S
1 0,5982 one 0.5982

F58H, M213S F58H, M213S
2 0,6030 2 0.6030

F58H, M213S F58H, M213S
Media 0,6006 Half 0.6006


Ejemplo 11. Mutagénesis aleatoria y selección para generar mutantes adicionales de los genes de Daminoácido oxidasas F58K que codifican enzimas con especificidad mejorada (kcat/ Km) para la oxidación de D-fosfinotricina

Example 11. Random Mutagenesis and Selection to Generate Additional Mutants of Daminoacid Oxidase Genes F58K Encoding Enzymes with Enhanced Specificity (kcat / Km) for D-phosphinothricin Oxidation

5 Se clona una secuencia de ADN, con codones optimizados para expresión en levadura y que codifica la forma mutante F58K o la forma mutante doble F58K,M213S o F58K,M213T de la D-aminoácido oxidasa de Rhodotorula gracilis en el vector lanzadera pYES6/CT de Invitrogen como un fragmento HindIII/PmeI cadena abajo del promotor GAL1. De forma similar, estas secuencias de ADN se clonan en el vector lanzadera de expresión proteica pAUR123 (Panvera) como un fragmento XbaI cadena abajo del promotor constitutivo ADHI. La construcción de estos vectores A DNA sequence is cloned, with codons optimized for expression in yeast and encoding the mutant form F58K or the double mutant form F58K, M213S or F58K, M213T of the Rhodotorula gracilis D-amino acid oxidase in the shuttle vector pYES6 / CT from Invitrogen as a HindIII / PmeI fragment downstream of the GAL1 promoter. Similarly, these DNA sequences are cloned into the protein expression shuttle vector pAUR123 (Panvera) as an XbaI fragment downstream of the constitutive promoter ADHI. The construction of these vectors

10 se realiza en E. coli seguido de transformación en Saccharomyces cerevisiae S288C. Cuando sea apropiado, el gen PAT se usa para reemplazar los genes de resistencia a antibiótico blasticidina o aureobasidina en los vectores pYES6/CT/pAUR123 respectivamente y se usa DL fosfinotricina en lugar del antibiótico para mantener la selección. Se crean variantes mutantes adicionales de D-aminoácido oxidasa usando diversos procedimientos de mutagénesis. Por ejemplo, se generan múltiples variantes de la secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa por PCR 10 is performed in E. coli followed by transformation into Saccharomyces cerevisiae S288C. When appropriate, the PAT gene is used to replace blasticidine or aureobasidine antibiotic resistance genes in vectors pYES6 / CT / pAUR123 respectively and DL phosphinothricin is used in place of the antibiotic to maintain selection. Additional mutant variants of D-amino acid oxidase are created using various mutagenesis procedures. For example, multiple variants of the D-amino acid oxidase coding sequence are generated by PCR.

15 envenenada con Mn2+, la población mixta se clona delante de los promotores GAL1 o ADH1 de los dos vectores lanzadera, se transforma en levadura, la levadura se transforma adicionalmente con un gen PAT y se realiza selección basándose en la capacidad de la nueva secuencia para conferir en la levadura la capacidad de crecer más rápidamente en un medio mínimo con fosfinotricina como una fuente principal de nitrógeno. Como alternativa se lleva a cabo mutación y selección directamente en la levadura transformada. Por ejemplo, se deja crecer levadura Poisoned with Mn2 +, the mixed population is cloned in front of the GAL1 or ADH1 promoters of the two shuttle vectors, transformed into yeast, the yeast is further transformed with a PAT gene, and selection is made based on the ability of the new sequence to confer on yeast the ability to grow more rapidly in a minimal medium with phosphinothricin as a major source of nitrogen. Alternatively, mutation and selection is carried out directly on the transformed yeast. For example, yeast is allowed to grow

20 transformada con los plásmidos anteriores en un fermentador en presencia de un mutágeno químico tal como EMS en un medio de cultivo con nitrógeno limitado que contiene DL fosfinotricina 20-100 mM y se induce para expresión de D-aminoácido oxidasa (por ejemplo cultivada en galactosa como fuente de carbono). Después de subcultivos sucesivos, se identifican los subcultivos que crecen más rápido en fosfinotricina como fuente de N principal, se siembran en placas y las secuencias que codifican la D-aminoácido oxidasa se subclonan, secuencian y expresan Transformed with the above plasmids in a fermenter in the presence of a chemical mutagen such as EMS in a nitrogen limited culture medium containing 20-100 mM DL phosphinothricin and induced for expression of D-amino acid oxidase (eg cultured in galactose as a carbon source). Following successive subcultures, the fastest growing subcultures in phosphinothricin are identified as the primary N source, plated, and sequences encoding D-amino acid oxidase are subcloned, sequenced, and expressed

25 en E. coli para caracterización adicional. 25 in E. coli for further characterization.

En un procedimiento adicional, preferido, se lleva a cabo mutagénesis en los dos vectores lanzadera usando una amplificación y pase a través de cepa de E. coli XL1-red. Esta cepa es deficiente en tres rutas de reparación de ADN In a further, preferred procedure, mutagenesis is carried out on the two shuttle vectors using an amplification and passage through the E. coli XL1-red strain. This strain is deficient in three DNA repair pathways

primarias, mut S, mut D y mut T. Esto da como resultado un aumento de 5000 veces de las tasas de mutación durante la replicación de ADN. El protocolo usado es de acuerdo con Stratagene. Por ejemplo, se transforman 10 ng de vector lanzadera en cepa de E. coli XL1-red, las células se dejan crecer y después se siembran en placas de agar de Caldo de cultivo L que contiene ampicilina durante 24 horas. De cada placa se agrupan > 200 lotes de transformantes de colonias raspando las colonias de la placa en caldo de cultivo L y después se dejan crecer diluciones 1 en 100 y 1 en 1000 y se subcultivan sucesivamente en caldo de cultivo L/ampicilina a 37 ºC durante 1-2 semanas de modo que se sucede un gran número de divisiones celulares. Se lleva a cabo un procedimiento similar comenzando a partir de varias placas. Se preparan miniprep de ADN de vector lanzadera a partir de células cultivadas durante una noche y transformadas de nuevo a levadura. La levadura transformada se deja crecer y las colonias que contienen D-aminoácido oxidasa mejoradas se seleccionan como se ha descrito anteriormente. primaries, mut S, mut D and mut T. This results in a 5000-fold increase in mutation rates during DNA replication. The protocol used is in accordance with Stratagene. For example, 10 ng of shuttle vector is transformed into E. coli XL1-red strain, cells are grown and then plated on Ampicillin-containing L-Culture Broth agar plates for 24 hours. From each plate> 200 batches of colony transformants are pooled by scraping the colonies from the plate in L broth and then 1 in 100 and 1 in 1000 dilutions are grown and successively subcultured in L / ampicillin broth at 37 ° C. for 1-2 weeks so that a large number of cell divisions occur. A similar procedure is carried out starting from several plates. Shuttle vector DNA minipreps are prepared from cells grown overnight and transformed back to yeast. The transformed yeast is allowed to grow and the improved D-amino acid oxidase containing colonies are selected as described above.

Como alternativa, se lleva a cabo expresión y selección de D-aminoácido oxidasa en algún microorganismo distinto de levadura y, por ejemplo, bajo el control de la expresión del promotor t7 de un vector pET en un lisógeno de E. coli. En este caso, la secuencia codificante de D-aminoácido oxidasa (opcionalmente mutada por PCR envenenada con Mn2+) se clona en un vector pET, se transforma en E. coli XL1 red y después de pase durante varias generaciones, se transforma de nuevo a un lisógeno de E. coli tal como E. coli BL212 DE3. Pueden después seleccionarse colonias individuales, replicarse en placas, cultivarse, inducirse con IPTG, lisarse y explorarse con respecto a la actividad del sustrato deseada frente a D-fosfinotricina usando procedimientos conocidos en la técnica (por ejemplo, una exploración fluorométrica para generación de peróxido o un ensayo colorimétrico para generación de 2-ceto ácido o amoniaco). Como alternativa, las líneas de E. coli transgénicas se transforman adicionalmente de modo que expresen el gen PAT (por ejemplo, de forma constitutiva) y se inducen con IPTG de forma que expresen la D-aminoácido oxidasa mutante de “ensayo”. Se seleccionan líneas inducidas que muestran el mejor crecimiento en medio mínimo proporcionado con fosfinotricina (o, opcionalmente, un análogo de fosfinotricina), como la fuente principal de N (opcionalmente se incluye una cantidad pequeña de iones de amonio). Alternatively, expression and selection of D-amino acid oxidase is carried out 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, the D-amino acid oxidase coding sequence (optionally mutated by Mn2 + poisoned PCR) is cloned into a pET vector, transformed into E. coli XL1 red, and after passage for several generations, transformed back to a E. coli lysogen such as E. coli BL212 DE3. Individual colonies can then be selected, plated, cultured, IPTG-induced, lysed, and screened for desired substrate activity against D-phosphinothricin using procedures known in the art (eg, a fluorometric scan for peroxide generation or a colorimetric assay for generation of 2-keto acid or ammonia). Alternatively, the transgenic E. coli lines are further transformed to express the PAT gene (eg, constitutively) and IPTG-induced to express the "test" mutant D-amino acid oxidase. Induced lines showing the best growth in minimal medium provided with phosphinothricin (or, optionally, a phosphinothricin analog) are selected as the primary source of N (optionally a small amount of ammonium ions are included).

Opcionalmente el medio usado para selección de levadura contiene una baja concentración de disolvente (por ejemplo DMSO 0,1 %). Optionally, the medium used for yeast selection contains a low concentration of solvent (for example 0.1% DMSO).

Ejemplo 12. Producción de D-fosfinotricina en una forma enantioméricamente pura Example 12. Production of D-phosphinothricin in an enantiomerically pure form

Se transforma E. coli BL21 DE3 codon plus RIL con pET 24A de Novagen que tiene la secuencia codificante de PAT (A02774) clonada para expresión (no marcada) detrás del promotor T7. Estas células se dejan crecer hasta una densidad de DO600 nm de ∼ 40 en un fermentador de 10 litros de medio LCM50 que contiene kanamicina, se inducen con IPTG 0,2 mM, se recogen por centrifugación de baja velocidad y se transfieren rápidamente a medio mínimo que contiene 9,91 g de la sal de amonio de D/L fosfinotricina (PPT). E. coli BL21 DE3 codon plus RIL is transformed with pET 24A from Novagen having the coding sequence for PAT (A02774) cloned for expression (not labeled) behind the T7 promoter. These cells are grown to a OD600nm density of ∼40 in a 10 liter fermenter of kanamycin-containing LCM50 medium, induced with 0.2mM IPTG, harvested by low speed centrifugation and rapidly transferred to minimal medium Containing 9.91 g of the ammonium salt of D / L phosphinothricin (PPT).

Medio mínimo (en 1 litro) es. Minimum medium (in 1 liter) is.

Se disolvieron Na2HPO4 (6 g), KH2PO4 (3 g), NaCl (1 g), NH4Cl (1 g) en agua y se esterilizaron por autoclave y las siguientes soluciones se añadieron después de esterilización por filtración: Na2HPO4 (6g), KH2PO4 (3g), NaCl (1g), NH4Cl (1g) were dissolved in water and autoclaved and the following solutions were added after filter sterilization:

CaCl2 (1 ml de 14,7 g/l), MgSO4 (1 ml de 246,5 g/l), Tiamina.HCl (5 ml de 1 mg/ml) CaCl2 (1 ml of 14.7 g / l), MgSO4 (1 ml of 246.5 g / l), Thiamine HCl (5 ml of 1 mg / ml)

Glucosa (30 ml de solución 20 % esterilizada por autoclave de forma separada), DMSO 0,5 ml. Glucose (30 ml of 20% solution autoclaved separately), DMSO 0.5 ml.

Los detalles de fermentación son los siguientes. Se inocula medio LCM 50 en un fermentador de 10 litros con inóculo crecido en caldo de cultivo LB (200 ml) de E. coli BL21 DE3 codon plus RIL que contiene el gen PAT y se mantiene a 30 ºC, tasa de agitación 200 rpm, pH 6,5, concentración de oxígeno 50 % saturado en aire. Después de aproximadamente 12 horas el cultivo crece hasta una DO 600 nm de ∼ 30. El cultivo se induce después para expresión de PAT mediante la adición de IPTG 0,2 mM. Después de 1,5 horas, el cultivo típicamente crece adicionalmente hasta una DO 600 nm de ∼ 40, antes de recogerse las células por centrifugación y lavarse en 8 litros de medio mínimo. Las células se centrifugan una vez más y se resuspenden a un volumen final de 10 litros en el fermentador en medio mínimo que contiene 9,91 g de la sal de amonio disponible en el mercado de D/L-fosfinotricina e IPTG 0,2 mM adicional. La temperatura se aumenta a 37 ºC y las muestras del medio fermentador se controlan por NMR de fósforo y protones para determinar a) cuándo los niveles de glucosa han descendido sustancialmente y necesitan abastecerse y b) el alcance de la conversión de fosfinotricina a N-acetil fosfinotricina. Durante el transcurso de ∼ 12 horas, se añaden ∼ 500 g de glucosa al fermentador. Se observa que la formación de n-acetil fosfinotricina comienza después de unas pocas horas y a las ∼ 20 horas alcanza > 93 % de conversión de la L-PPT (46,5 % de volumen de la D/L) a N-acetil-L-PP. El medio de fermentación se recoge poco después retirándose las células por centrifugación a baja velocidad. Fermentation details are as follows. LCM 50 medium is inoculated in a 10-liter fermenter with inoculum grown in LB culture broth (200 ml) of E. coli BL21 DE3 codon plus RIL containing the PAT gene and maintained at 30 ° C, stirring rate 200 rpm, pH 6.5, 50% oxygen concentration saturated in air. After approximately 12 hours the culture grows to an OD 600 nm of ∼30. The culture is then induced for PAT expression by the addition of 0.2 mM IPTG. After 1.5 hours, the culture typically grows further to a 600nm OD of ∼40, before cells are harvested by centrifugation and washed in 8 liters of minimal medium. Cells are centrifuged once more and resuspended in a final volume of 10 liters in the fermenter in minimal medium containing 9.91 g of the commercially available ammonium salt of D / L-phosphinothricin and 0.2mM IPTG additional. The temperature is raised to 37 ° C and the samples from the fermenting medium are monitored by NMR of phosphorus and protons to determine a) when glucose levels have dropped substantially and need to be supplied and b) the extent of conversion of phosphinothricin to N-acetyl phosphinothricin . Over the course of ∼ 12 hours, ∼ 500 g of glucose are added to the fermenter. It is observed that the formation of n-acetyl phosphinothricin begins after a few hours and at ∼ 20 hours it reaches> 93% conversion of L-PPT (46.5% by volume of D / L) to N-acetyl- L-PP. The fermentation medium is collected shortly thereafter by removing the cells by low speed centrifugation.

D-PPT se purifica a partir de medio de fermentación usando cromatografía de intercambio iónico. El medio de fermentación (∼ 9,5 l) se almacena a 4 ºC. Se mezcla con 900 ml de resina de intercambio catiónico de malla 200400 Dowex 50W-X8 (preparada previamente con HCl) en forma de H+ de modo que el pH del sobrenadante por encima de la resina baja hasta ∼ pH 3,2. Se permite que la resina Dowex sedimente por gravedad y se decanta el sobrenadante junto con un aclarado de agua 21 de la resina Dowex y después se centrifuga para clarificar. El Dowex lavado se descarta (para reciclarse con el tiempo). El sobrenadante clarificado se extrae después mediante un D-PPT is purified from fermentation medium using ion exchange chromatography. The fermentation medium (∼ 9.5 l) is stored at 4 ºC. It is mixed with 900 ml of Dowex 5000-X8 200400 mesh cation exchange resin (previously prepared with HCl) as H + so that the pH of the supernatant above the resin drops to ∼ pH 3.2. The Dowex resin is allowed to settle by gravity and the supernatant is decanted along with a water rinse 21 of the Dowex resin and then centrifuged for clarification. The washed Dowex is discarded (to be recycled over time). The clarified supernatant is then extracted using a

embudo de decantación con etil acetato (1/4 del volumen del sobrenadante) y la fracción acuosa (∼ 121) se conserva. Después se añaden 2,31 adicionales de forma H+ de resina Dowex 50W-X8 y se agita con el - 121. Después se permite que la resina sedimente. El pH del sobrenadante por encima de la resina es ∼ pH 1,6 en esta etapa. El sobrenadante se retira por decantación y se descarta y la resina se lava con ∼ 12 litros de agua y, de nuevo, se permite que sedimente. De nuevo, el sobrenadante se descarta y la resina se vierte en un filtro de embudo Buchner sinterizado y se aclara con ∼ 4,51 adicionales de agua (para retirar la mayoría de la N-acetil-fosfinotricina residual). La fracción principal que contiene D-fosfinotricina se eluye de la resina con 151 de hidróxido de amonio 0,4 M, seguido de un aclarado con 1,41 de agua de la resina. El pH de esta reacción que contiene D-fosfinotricina es ∼ 11,4. Opcionalmente, este se reduce a ∼ pH 10 mediante la adición de, por ejemplo, ∼ 0,13 moles de ácido acético y ∼ 600 ml de resina de intercambio catiónico en forma H+. Si se añade, se permite que la resina sedimente. La fracción de D-fosfinotricina (sobrenadante) se carga después en una columna de 565 ml (5 x 28 cm) de resina de intercambio aniónico de malla 400 Dowex 1X8 en forma OH (preequilibrada con NaOH y lavada con agua). Se aplica un gradiente de acetato de amonio de 0 M - 0,32 M a la columna durante 17 volúmenes de lecho de columna. Se recogen fracciones de 55 ml en todo el gradiente. Las fracciones se controlan por UV a 215 nm y también por NMR de 31P y protones. Este análisis indica que se eluye fosfinotricina altamente pura entre las fracciones 39 y 78. Se eluye N-acetilfosfinotricina como material no unido y temprano en el gradiente y algo de glutamato eluye posteriormente las fracciones 79-90. decantation funnel with ethyl acetate (1/4 of the volume of the supernatant) and the aqueous fraction (∼ 121) is preserved. Then an additional 2.31 of H + form of Dowex 50W-X8 resin is added and stirred with -121. The resin is then allowed to settle. The pH of the supernatant above the resin is ∼ pH 1.6 at this stage. The supernatant is decanted off and discarded, and the resin is washed with ∼12 liters of water and, again, allowed to settle. Again, the supernatant is discarded and the resin is poured into a sintered Buchner funnel filter and rinsed with an additional ∼ 4.51 of water (to remove most of the residual N-acetyl-phosphinothricin). The main fraction containing D-phosphinothricin is eluted from the resin with 151 of 0.4M ammonium hydroxide, followed by a rinse with 1.41 of water from the resin. The pH of this D-phosphinothricin containing reaction is ∼ 11.4. Optionally, this is reduced to ∼ pH 10 by the addition of, for example, ∼ 0.13 mol of acetic acid and ml 600 ml of cation exchange resin in H + form. If added, the resin is allowed to settle. The D-phosphinothricin fraction (supernatant) is then loaded onto a 565 ml (5 x 28 cm) column of Dowex 1X8 400 mesh anion exchange resin in OH form (pre-equilibrated with NaOH and washed with water). A gradient of 0M - 0.32M ammonium acetate is applied to the column over 17 column bed volumes. 55 ml fractions are collected throughout the gradient. Fractions are monitored by UV at 215nm and also by 31P NMR and protons. This analysis indicates that highly pure phosphinothricin is eluted between fractions 39 and 78. N-acetylphosphinothricin is eluted as unbound material early in the gradient and some glutamate subsequently elutes fractions 79-90.

Las fracciones 63 a 78 (correspondientes a 6-7,6 volúmenes de lecho) constituyen el volumen de fosfinotricina altamente pura. Las fracciones de fosfinotricina se liofilizan y se descubre que son puras por NMR de fósforo y protones (no son visibles otros picos aparte de acetato, > 95 % del material orgánico es fosfinotricina), aunque, basándose en discrepancias entre los pesos secos calculados y observados se descubre que, típicamente, algún resto de sales inorgánicas (por ejemplo cloruro de amonio) permanece en las muestras de fosfinotricina. Para fines prácticos, cuando se usa D-fosfinotricina (por ejemplo para pulverizar en plantas) puede considerarse que los agentes inorgánicos son inertes y sólo necesitan tenerse en cuenta para ajustar las concentraciones calculadas cuando las soluciones de D-fosfinotricina se componen de muestras pesadas en seco. Fractions 63 to 78 (corresponding to 6-7.6 bed volumes) constitute the volume of highly pure phosphinothricin. The phosphinothricin fractions are lyophilized and found to be pure by NMR of phosphorus and protons (no peaks other than acetate are visible,> 95% of the organic material is phosphinothricin), although, based on discrepancies between calculated and observed dry weights it is typically found that some residue of inorganic salts (eg ammonium chloride) remains in the phosphinothricin samples. For practical purposes, when D-phosphinothricin is used (for example for spraying in plants) inorganic agents can be considered to be inert and need only be taken into account to adjust the calculated concentrations when D-phosphinothricin solutions are composed of samples weighed in dry.

Se espera que la fosfinotricina aislada de acuerdo con el procedimiento anterior deba ser sustancialmente Dfosfinotricina enantioméricamente pura. Esto se verifica de acuerdo con el procedimiento de análisis de HPLC fluorescente de Hori y col. (2002) J. Chrom. B 776, 191-198. Por ejemplo, se disuelven 50 ul de DL fosfinotricina comercial (0,01-10 ug/ ml) o de muestra en tampón Borato 0,1 M pH 8,5 y se mezcla con 200 ul del mismo tampón Borato. Después se añaden 50 ul de FLEC ((+)-1-(9-fluorenil) etil cloroformato) 18 mM y las mezclas se incuban adicionalmente durante 30 minutos a 40 ºC. Se retira FLEC en exceso agitando durante 3 minutos con 500 ul de etil acetato. Se retiran 100 μl de la capa acuosa del fondo para análisis de HPLC. The isolated phosphinothricin according to the above procedure is expected to be substantially enantiomerically pure Dphosphinothricin. This is verified according to the fluorescent HPLC assay procedure of Hori et al. (2002) J. Chrom. B 776, 191-198. For example, 50 ul of commercial DL phosphinothricin (0.01-10 ug / ml) or sample is dissolved in 0.1M Borate buffer pH 8.5 and mixed with 200 ul of the same Borate buffer. Then 50 ul of 18 mM FLEC ((+) - 1- (9-fluorenyl) ethyl chloroformate) are added and the mixtures are further incubated for 30 minutes at 40 ° C. Excess FLEC is removed by shaking for 3 minutes with 500 ul of ethyl acetate. 100 µl of the aqueous layer is removed from the bottom for HPLC analysis.

Se equilibra una columna de HPLC práctica 5 μM Inertsil ODS2 (15 x 4,6) con acetato de amonio acuoso 10 mM 77 % (pH 5,0): acetonitrilo 23 % a un caudal de 0,8 ml/minuto. Se inyecta una muestra de 2 ul en la columna y se ejecuta de forma isocrática durante 60 minutos y se controla usando detección de fluorescencia con excitación a 260 nm y longitud de onda de emisión a 305 nm. Se observa que los isómeros D y L de fosfinotricina están claramente separados y eluyen a 12,4 y 13,4 minutos respectivamente. Se ejecuta una muestra de D fosfinotricina aislada de acuerdo con el procedimiento actual y se estima que está en un exceso enantiomérico mayor de 99 %. Esto se estima basándose en la adición de cantidades conocidas de DL fosfinotricina comercial y observando lo pequeño que es un aumento detectable en el pico de 13,4 minutos del lado derecho frente al fondo del pico de 12,4 minutos aparentemente sencillo producido por la muestra. A practical 5 µM Inertsil ODS2 (15 x 4.6) column is equilibrated with 10 mM 77% aqueous ammonium acetate (pH 5.0): 23% acetonitrile at a flow rate of 0.8 ml / minute. A 2 ul sample is injected into the column and run isocratically for 60 minutes and monitored using fluorescence detection with excitation at 260nm and emission wavelength at 305nm. It is observed that the D and L isomers of phosphinothricin are clearly separated and elute at 12.4 and 13.4 minutes respectively. A sample of isolated D phosphinothricin is run according to the current procedure and it is estimated that it is in an enantiomeric excess greater than 99%. This is estimated based on the addition of known amounts of commercial DL phosphinothricin and observing how small a detectable increase in the right side 13.4 minute peak is against the bottom of the apparently simple 12.4 minute peak produced by the sample. .

Además, el procedimiento de HPLC se usa para estimar la cantidad de fosfinotricina basándose en integración de los picos y comparación con una curva patrón. Adicionalmente se estiman las cantidades totales de fosfinotricina mediante integración de señales de NMR. Furthermore, the HPLC procedure is used to estimate the amount of phosphinothricin based on peak integration and comparison with a standard curve. Additionally, the total amounts of phosphinothricin are estimated by integration of NMR signals.

Se estima que, en total, desde los ∼ 9,91 g de racemato DL de partida, se producen ∼ 1,9 g (rendimiento del 38 %) de sal de amonio de D-fosfinotricina pura en un exceso enantiomérico de > 99 %. 50-70 % del peso seco de la muestra comprende sales inorgánicas que se mantienen. Opcionalmente estas se retiran por etapas adicionales de intercambio iónico y liofilización (después de intercambio a sales volátiles). Overall, it is estimated that from ∼ 9.91 g of starting DL racemate, fos 1.9 g (38% yield) of pure D-phosphinothricin ammonium salt is produced in an enantiomeric excess of> 99% . 50-70% of the dry weight of the sample comprises inorganic salts that are maintained. Optionally these are removed by additional steps of ion exchange and lyophilization (after exchange to volatile salts).

LISTADO DE SECUENCIAS SEQUENCE LISTING

<110> Syngenta Limited <110> Syngenta Limited

<120> Procedimiento de producción de forma selectiva plantas estériles masculinas o femeninas <120> Procedure for selectively producing male or female sterile plants

<130> PPD70629 <130> PPD70629

<160> 7 <160> 7

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

<210> 1 <210> 1

<211> 27 <211> 27

<212> ADN <212> DNA

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Cebador <223> primer

<210> 2 <210> 2

<211> 35 <211> 35

<212> ADN <212> DNA

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Cebador <223> primer

<210> 3 <210> 3

<211> 1107 <211> 1107

<212> ADN <212> DNA

<213> Rhodotoula gracilis <213> Rhodotoula gracilis

<400> 3 <400> 3

<210> 4 <210> 4

<211> 120 <211> 120

<212> ADN <212> DNA

<213> Secuencia Artificial 5 <213> Artificial Sequence 5

<220> <220>

<223> Cebador <223> primer

<220> <220>

<221> misc_feature <221> misc_feature

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

<223> En la que n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>
15 <221> misc_feature 15 <221> misc_feature

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

<223> En la que n = a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> misc_feature <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>
25 <221> misc_feature 25 <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> misc_feature <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>
35 <221> misc_feature 35 <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<400> 4 <400> 4

<210> 5 <210> 5

<211> 120 45 <212> ADN <211> 120 45 <212> DNA

<213> Secuencia Artificial <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Cebador <223> primer

<220> <220>

<221> misc_feature <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. 55 <223> where n = a, t, c or g. 55

<220> <220>

<221> misc_feature <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221> misc_feature <221> misc_feature

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

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221><221>
misc_feature 5 <222> (97)..(97)  misc_feature 5 <222> (97) .. (97)

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221><221>
misc_feature 10 <222> (98)..(98)  misc_feature 10 <222> (98) .. (98)

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<220> <220>

<221><221>
misc_feature 15 <222> (99)..(99)  misc_feature 15 <222> (99) .. (99)

<223> En la que n=a, t, c o g. <223> where n = a, t, c or g.

<400> 5 <400> 5

<210> 6 <210> 6

<211> 7 <211> 7

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

<220> <223> Motivo <220> <223> Reason

<400> 6 <400> 6

<210> 7 <210> 7

<211> 7 <211> 7

<212><212>
PRT 35 <213> Secuencia Artificial  PRT 35 <213> Artificial Sequence

<220> <220>

<223> Motivo <223> Reason

40 <400> 7 40 <400> 7

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. one.
Un procedimiento de producción de plantas estériles masculinas o femeninas que comprende las etapas de transformar material vegetal con un polinucleótido que codifica al menos una enzima que reacciona con una sustancia no fitotóxica para producir una citotóxica y regenerar el material transformado de este modo en una planta, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica a la planta hasta el momento de la formación y/o maduración de gametos masculinos o femeninos, de modo que la sustancia no fitotóxica posibilita la producción de una fitotóxica que evita selectivamente la formación de o hace de otro modo a dichos gametos no funcionales, en el que la enzima se expresa preferentemente en estructuras reproductoras masculinas o femeninas y la sustancia no fitotóxica es un aminoácido D-alfa, caracterizado porque la enzima es una D-aminoácido oxidasa obtenida de Rhodotorula gracilis y codificada por la secuencia de ácido nucleico como se representa en SEC ID Nº: 3, siendo dicha enzima una versión mutada de la proteína codificada por SEC ID Nº: 3 y comprendiendo una lisina en la posición 58 y en la posición 213 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Thr, Gln y Gly; en la posición 238 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Thr, Gln y Gly y/o en la posición 223 un aminoácido seleccionado del grupo que consiste en Thr, Cys, Gly, Gln y/o Asn. A male or female sterile plant production method 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 cytotoxic 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 male or female gametes, so that the non-phytotoxic substance enables the production of a phytotoxic that selectively prevents the formation of or acts as a otherwise to said non-functional gametes, in which the enzyme is preferentially expressed in male or female reproductive structures and the non-phytotoxic substance is a D-alpha amino acid, characterized in that the enzyme is a D-amino acid oxidase obtained from Rhodotorula gracilis and encoded by the nucleic acid sequence as represented in SEQ ID NO: 3, said enzyme being a mutated version of the protein encoded by SEQ ID NO: 3 and comprising a lysine at position 58 and at position 213 an amino acid selected from the group consisting of Thr, Gln and Gly; at position 238 an amino acid selected from the group consisting of Thr, Gln and Gly and / or at position 223 an amino acid selected from the group consisting of Thr, Cys, Gly, Gln and / or Asn.
2.2.
Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha sustancia no fitotóxica se aplica en mezcla junto con al menos una sustancia adicional que se selecciona del grupo que consiste en sanadores, gametocidas, inductores de glutatión-S-transferasa, inductores de citocromo P450, herbicidas, fertilizantes, nematocidas, sinergistas, insecticidas, fungicidas, hormonas, reguladores del crecimiento vegetal e inhibidores de citocromo P450.  A method according to claim 1, wherein said non-phytotoxic substance is applied in mixture together with at least one additional substance which is selected from the group consisting of healers, gametocides, glutathione-S-transferase inducers, cytochrome inducers P450, Herbicides, Fertilizers, Nematocides, Synergists, Insecticides, Fungicides, Hormones, Plant Growth Regulators, and P450 Cytochrome Inhibitors.
3.3.
Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la sustancia no fitotóxica se aplica foliarmente y es un sustrato oxidable móvil en el floema y metabólicamente estable de la enzima, en el que la enzima proporciona el producto fitotóxico, como uno directo o indirecto de la sustancia no fitotóxica.  A process according to claim 1 or 2, in which the non-phytotoxic substance is applied foliarly and is a mobile oxidizable substrate in the phloem and metabolically stable of the enzyme, in which the enzyme provides the phytotoxic product, as a direct one or indirect of the non-phytotoxic substance.
4.Four.
Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación precedente, en el que el producto fitotóxico es uno indirecto producido en forma de peróxido y/o un anión superóxido.  A process according to the preceding claim, in which the phytotoxic product is an indirect one produced in the form of peroxide and / or a superoxide anion.
5.5.
Un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que la sustancia no fitotóxica es Daspartato o D-glutamato y la enzima oxida dicho aminoácido a un 2-ceto ácido con reducción conjunta de oxígeno a un anión peróxido.  A method according to one of claims 3 or 4, in which the non-phytotoxic substance is Daspartate or D-glutamate and the enzyme oxidizes said amino acid to a 2-keto acid with joint reduction of oxygen to a peroxide anion.
6.6.
Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación anterior en el que el aminoácido en la posición 213 es Thr.  A method according to the preceding claim in which the amino acid at position 213 is Thr.
7.7.
Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3-6, en el que la enzima tiene una diana distinta del peroxisoma.  A method according to any one of claims 3-6, wherein the enzyme has a target other than the peroxisome.
8.8.
Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la sustancia no fitotóxica es el enantiómero D de fosfinotricina o un D enantiómero de bialafos.  A method according to claim 1 or 2, wherein the non-phytotoxic substance is the D-enantiomer of phosphinothricin or a D-enantiomer of bialaphos.
9.9.
Un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la sustancia no fitotóxica está comprendida dentro de una mezcla, que contiene una sustancia fitotóxica y en el que la enzima oxida un aminoácido a un 2-ceto ácido con reducción conjunta de oxígeno a un anión peróxido.  A process according to one of claims 1 or 2, in which the non-phytotoxic substance is comprised within a mixture, which contains a phytotoxic substance and in which the enzyme oxidizes an amino acid to a 2-keto acid with joint reduction oxygen to a peroxide anion.
10.10.
Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, en el que la mezcla comprende tanto D como L fosfinotricina y el material vegetal expresa un gen de PAT sustancialmente solo en tejidos verdes y/o en tejido floral que produce gametos que son distintos de los que se hacen no funcionales.  A method according to any one of claims 8 or 9, wherein the mixture comprises both D and L phosphinothricin and the plant material expresses a PAT gene substantially only in green tissues and / or in floral tissue that produces gametes that are other than those that become non-functional.
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