Oficina de Propiedad Intelectual y Comercialización de Tecnología

Contribución del Sistema de Centros Públicos de Investigación del CONACYT a la Seguridad Alimentaria de México mediante la Ciencia, Tecnología y la Innovación

ID. 039 IPICYT - Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica
Nombre DT: Proteina AtGRDP2 y planta transgenica que la contiene.
 Tipo de innovación: Producto Fase: Desarrollo experimental
Actual: TRL 3 Requiere: $1,000,000.00 Final: TRL 5
Sector económico al que atiende: Agricultura, Biotecnología Áreas de aplicación: Biotecnología, Conservación / Sustentabilidad, Silvicultura

Breve descripción de su DT.

"La presente invención describe y reclama una planta transgénica, caracterizada porque comprende un transgen de AtGRDP2 el cual codifica para un polipéptido que tiene una secuencia de aminoácidos que se selecciona a partir del grupo que consiste de: a) SEQ ID NO: 2; y b) una secuencia de aminoácidos que es por lo menos 90% idéntica a SEQ ID NO: 2; el cual incrementa la concentración de la proteína AtGRDP2 en la planta transgénica en comparación con una planta de tipo silvestre o no transformada análoga. Preferentemente, el transgen AtGRDP2 se incorpora en el genoma de la planta, en donde dicha planta es monocotiledónea o dicotiledónea. Asimismo, dicha planta transgénica muestra un rango de crecimiento mejorado cuando se compara con una planta de tipo silvestre o no transformada análoga. Además, dicha planta transgénica muestra un rendimiento de biomasa incrementado cuando se compara con una planta de tipo silvestre o no transformada análoga; y también muestra una mayor velocidad de floración cuando se compara con una planta de tipo silvestre o no transformada análoga. Adicionalmente, dicha planta transgénica muestra una mejor resistencia al estrés cuando se compara con una planta de tipo silvestre o no transformada análoga.

En una modalidad adicional, se describe una progenie de cualquier generación de la planta transgénica en donde dicha progenie comprende dicho transgen AtGRDP2.

Es una modalidad adicional una semilla de cualquier generación de la planta transgénica antes mencionada, en donde dicha semilla comprende dicho transgen AtGRDP2.

En una modalidad específica de la invención, se describe un método para producir una planta que tiene propiedades de crecimiento mejoradas con relación a una planta de tipo silvestre o no transformada análoga, caracterizado porque comprende los pasos de: a) introducir y expresar un transgen AtGRDP2 en la planta, en donde el transgen AtGRDP2 codifica para un polipéptido que tiene una secuencia de aminoácidos que se selecciona a partir del grupo que consiste de a) SEQ ID NO: 2; y b) una secuencia de aminoácidos que es por lo menos 90% idéntica a SEQ ID NO: 2; y b) seleccionar una planta que tiene una característica de crecimiento incrementada con relación a una planta de la misma especie que no comprende un transgen AtGRDP2. Preferentemente, la característica de crecimiento incrementada se selecciona a partir del grupo que consiste de biomasa incrementada, floración temprana, altura de la planta incrementada, generación de botón incrementada, hojas más grandes, rendimiento de fruta o vaina incrementado y rendimiento de semilla incrementado.

En una modalidad adicional, se describe un método para producir una planta que tiene propiedades de resistencia al estrés osmótico con relación a una planta de tipo silvestre o no transformada análoga, caracterizado porque comprende los pasos de: a) introducir y expresar un transgen AtGRDP2 en la planta, en donde el transgen AtGRDP2 codifica para un polipéptido que tiene una secuencia de aminoácidos que se selecciona a partir del grupo que consiste de a) SEQ ID NO: 2; y b) una secuencia de aminoácidos que es por lo menos 90% idéntica a SEQ ID NO: 2; y b) seleccionar una planta que tiene una resistencia al estrés osmótico incrementada con relación a una planta de la misma especie que no comprende un transgen AtGRDP2.

Finalmente, se describe un polinucleótido aislado que codifica para un polipéptido que tiene una secuencia de aminoácido que se selecciona a partir del grupo que consiste de: a) SEQ ID NO: 2; y b) una secuencia de aminoácidos que es por lo menos 90% idéntica a SEQ ID NO: 2."

Problema a resolver.

"La salinidad del suelo es uno de los principales estreses abióticos que afecta negativamente la productividad de los cultivos. Este problema se ve agravado por las sequías, el uso de agua para el riego de mala calidad, la disminución de la humedad relativa, la radiación solar y las altas temperaturas.

En los últimos 30 años diversos autores se han esforzado por estimar la magnitud de los suelos afectados por salinidad a nivel mundial. En el año 2008, Munns y Tester (Munns R. y Tester M. (2008) Mechanisms of salinity tolerance. Annu. Rev. Plant Biol. 59: 651-81.), reportaron que los cultivos agrícolas estaban afectados hasta en un 20% por este tipo de estrés. De acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS) de las 230 millones de hectáreas (Ha) de cultivo de riego, 45 millones corresponden a suelos salinos. Se estima que las pérdidas anuales de cultivos haciende a los 1.5 millones de Ha, por lo que se pierden aproximadamente 11 mil millones de dólares en producción agrícola.  Para la producción de maíz, México ocupa el 5º lugar en producción agrícola, siendo los principales productores Estados Unidos y China. En México, 30% de los 5.5 millones de Ha de riego están afectadas por altos niveles de sales y se estima que por año, este problema aumenta entre 1 y 2 % en las tierras de riego (Díaz F., C. Farfán., E. Sierra, y A. D. Re.(2001). Effects of temperature and salinity fluctuation on the ammonium excretion and osmoregulation of juveniles of Penaeus vannamei, Boone. Marine Freshwater Behavior and Physiology 34: 93-104.).

Se han estudiado los mecanismos moleculares en plantas de respuesta a estrés osmótico, las cuales incluyen la transducción de señales mediante osmosensores, control a nivel transcripcional mediante la activación de proteínas que codifican para factores de transcripción, que a su vez activan genes que codifican para proteínas y/o enzimas que producen metabolitos que pueden reestablecer la homeostasis celular en respuesta al estrés.

Se han descrito proteínas de protección celular involucradas durante el estrés como: proteínas de choque térmico, dehidrinas, proteínas transportadoras, proteínas abundantes en la embriogénesis tardía (LEAs), entre otras. Dentro de este grupo de genes que responden a estrés cabe resaltar a las proteínas ricas en glicina (GRPs) las cuales recientemente se les ha dado un papel importante en la tolerancia al estrés biótico y abiótico en plantas, además de que se ha reportado que son reguladas a nivel transcripcional por estos tipos de estrés."

Ventaja de su DT

"La presente invención pertenece al campo de la biotecnología de plantas, especialmente a la obtención de plantas transgénicas resistentes a sequía o con una tasa de crecimiento incrementada.

La venta de semillas OMG es un oligopolio (reducido) a nivel internacional, con actores como Bayer (quien adquirió a Monsanto en 2016), Pioneer y Altavista principalmente. Las regulaciones cada vez son más astringentes y existe una gran oferta tecnológica de productos de I+D y en el mercado sin embargo, y como área de oportunidad, se tiene registro de que la mayoría no han llegado a mercado.

Se estima que las pérdidas anuales de cultivos [por causa de estreses abióticos] haciende a los 1.5 millones de Ha, por lo que se pierden aproximadamente 11 mil millones de dólares en producción agrícola [a nivel global].

En México, 30% de los 5.5 millones de Ha de riego están afectadas por altos niveles de sales y se estima que por año, este problema aumenta entre 1 y 2% en las tierras de riego (Díaz F., C. Farfán., E. Sierra, y A. D. Re.(2001).

San Luis Potosí es cuarto lugar en la producción nacional de caña de azúcar y chile verde. Ocupa también el 5to lugar en la producción del tomate rojo, 8vo en la alfalfa verde y 11vo en pastos.

Se cosechan también diversas frutas y plantas de ornato junto con más de sesenta productos. Cuenta con 3.1% de la superficie nacional para la práctica agrícola y se estima que la producción agrícola en el Estado equivalga a 6 mil 800 millones de pesos.

Los principales municipios productores son: Ciudad Valles, que genera 42.7% de caña de azúcar; Villa de Ramos, 53.7% de chile verde; Ébano, 46.9% de los pastos, y Villa de Guadalupe, 36.3% de la producción de tomate rojo."

Explicar avance o fase de su DT

Actualmente en Ipicyt hemos realizado actividades de Investigación y validación de concepto sobre la efectividad de la proteína AtGRDP2 en leguminosas de vida corta potenciando el crecimiento y fortaleciendo su resistencia al estrés osmótico, tanto en laboratorio como en invernaderos experimentales, siempre bajo un ambiente completamente controlado, sin embargo al ser un organismo modificado genéricamente es necesario proceder con pruebas de campo alineadas a SAGARPA e INIFAP en México, para poder observar la posible transgenesis a otros géneros de plantas por el vector, rendimientos, riesgos, etc.  En caso de pasar dicha evaluación positivamente, podría llevarse al mercado mediante el licenciamiento a una empresa productora de semillas de OMGs.  . Sin embargo, se desconocen los efectos de la inserción de dicho gen amplificado en plantas arbusculares. Se desconoce los efectos a nivel producto y contenido nutrimental. Por lo que para poder avanzar en la escala de madurez al siguiente nivel en que podamos observar la efectividad de la proteína en diversas especies de hortalizas e incluso en árboles maderables, es necesario contar con el financiamiento que se requiere tanto para el equipamiento de laboratorio necesario para las siguientes pruebas, como para poder participar en convocatorias del sector rural, agrícola y silvícola. Siendo de suma importancia esto último ya que se procedería con las certificaciones necesarias para que OMG pueda ingresar al mercado.

¿Ha hecho pruebas de concepto de su DT?

"Si, en base a las actividades de investigación realizadas por el equipo de trabajo implicado en este desarrollo, la división de Biología Molecular se dio a la tarea de llevar acabo diversas pruebas que ayudaran a validar el concepto acerca de la efectividad de la proteína AtGRDP2 y la planta que la contiene. Así mismo al reclamarse la patente, se ha llevado acabo un estudio del arte previo para conocer los desarrollos similares en el sector. La clase de plantas que se pueden utilizar en la presente invención, generalmente es tan amplia como la clase de plantas superiores adaptable para técnicas de transformación, incluyendo angioespermas (plantas monocotiledóneas y dicotiledóneas), así como gimnosespermas. Incluye plantas de una variedad de niveles de ploidez, incluyendo poliploide, diploide, haploide, etc.

El término “transgen de AtGRDP2” es un molécula de ácido nucleico que comprende un polinucleótido de AtGRDP2 que es exógeno para planta transgénica, o embrión, órgano o semilla de la planta, que alberga la molécula de ácido nucleico o que es exógena para una planta progenitora, o embrión, órgano o semilla de la planta, de una planta transgénica que alberga el polinucleótido AtGRDP2.

En el uso del polinucleótido AtGRDP2 de la presente invención para la generación de células transformadas y plantas transgénicas, un técnico en la materia reconocerá que la secuencia de polinuleótido insertada no tiene que ser idéntica, sino que puede ser “sustancialmente idéntica” a una secuencia del gen del cual se deriva. Así, el término “polinucleótido de AtGRDP2” o “gen AtGRDP2” comprende en forma específica dichas variantes sustancialmente idénticas. Asimismo, un técnico en la materia reconocerá que debido a la degeneración de codones, un cierto número de variantes de la secuencia del polinucleótido codificara para el mismo polipéptido por lo que todas de dichas variantes están incluidas dentro del alcance de la presente invención. Así, el término “variantes modificadas en forma conservada” se refiere a los ácidos nucleicos que codifican secuencias de aminoácidos idénticas o esencialmente idénticas, o en donde el ácido nucleico no codifica una secuencia de aminoácido, para las secuencias esencialmente idénticas. Asimismo, a nivel aminoácido se incluyen variantes conservadas en la secuencia de la presente invención, en donde la sustitución de un aminoácido con un aminoácido químicamente similar."

¿Ha validado los componentes  de su DT en entorno de laboratorio?

"Si, después de haber validado el concepto se dio inicio a las pruebas en hortalizas de vida corta, tales como lechuga, dentro del laboratorio y también en los invernaderos experimentales de la institución obteniendo resultados favorables acelerando el crecimiento y mejorando los rendimientos de nutrición y de la planta, así como un desarrollo de resistencia al estrés osmótico de importancia en comparación con las hortalizas de vida corta producidas bajo un esquema tradicional y natural.

En los estudios de sobre expresión, las plantas de Arabidopsis crecieron más rápido y florearon antes que las silvestres. Asimismo, este gen se expresa fuertemente en órganos florales y responde a auxinas. (FIGURA 1) En esta figura se refleja el análisis por qRT-PCR realizado en tejidos de Arabidopsis Col-0 en diversas etapas de desarrollo. Como se puede apreciar, en la cepa silvestre el gen se expresa durante todas las etapas y tipo de tejido, especialmente en las hojas, botones, flores y silicuas.

En las líneas de sobreexpresión 35S::AtGRDP2 se presenta una acumulación de altos niveles de acido indol-3-acético. Bajo condiciones de estrés salino, estas líneas presentaron una mayor tolerancia a la sal y se incrementó la expresión de genes marcadores de estrés.

En las líneas en donde se anuló la expresión del gen AtGRDP2, se aprecia una disminución en la velocidad de crecimiento y floración, así como un menor peso fresco, al compararse contra la planta silvestre y las líneas sobreexpresantes.

Por lo tanto, se considera que la proteína AtGRDP2 es un excelente candidato para la transformación de plantas y obtener plantas transgénicas de acuerdo a la presente invención. En la sección de ejemplos se probará la funcionalidad de la proteína en diversas plantas de diversas familias."

¿Ha validado los componentes  de su DT en campo?

NO.

¿Ha validado su DT en un entorno real?

NO.

De acuerdo a los sectores elegidos ¿Qué otro tipo de aplicación/uso pudiera tener su DT?

"De acuerdo con las características comprendidas por este desarrollo tecnológico, se tiene la hipótesis de que su funcionamiento podría llegar a ser altamente benéfico en árboles maderables por lo que el sector forestal de la región y aledaños ha sido analizado como mercado potencial.

Sector Forestal, México-Centroamérica

El 77% de la superficie forestal total es considerada con potencial para la producción de madera y productos forestales no madereros, y el 22% requiere de algún tipo de restauración. Se estima que el área con potencial productivo sostenible es de 22 millones de hectáreas, de las cuales 11 millones corresponden a bosques de coníferas y latifoliadas, 7 millones son de selvas altas y medianas, 4 millones son de latifoliadas de clima templado. De este total se cree que solamente alrededor de 9 millones de hectáreas están bajo ordenación y otras 2,5 millones de hectáreas lo estuvieron en algún momento.

Se estima que las existencias volumétricas suman aproximadamente 2 800 millones de m³. Sin embargo, solamente entre el 15 y el 22% del potencial de tala anual producido por los bosques y selvas mexicanas, es aprovechado con fines industriales. Los bosques de coníferas proveen cerca del 95% de la madera industrial. Cabe mencionar que el aprovechamiento de leña ha alcanzado, y en algunos períodos, ha sobrepasado el potencial productivo nacional.

Las estimaciones sobre tala ilegal en México muestran que el país pierde entre 775 mil ha/año y 2 millones de ha/año. Según las estimaciones oficiales, en los últimos años hubo una pérdida de cubierta de 1,1 millones de hectáreas. Además, para 1998 el volumen de producción de madera industrial no autorizado fue de 13 millones de m³ aproximadamente, o sea, el 65% del total extraído en ese año

El sector forestal es importante en la economía de los países de la subregión. Sin embargo la contribución al PIB de este sector no lo evidencia. El cuadro 13 muestra el aporte del sector forestal al PIB por países de Centroamérica. Este aporte oscila desde el 0,5% de Panamá hasta el 3,1% de Honduras. Guatemala participa con un 2,6% y Belice con un 1,6%. El aporte del sector forestal al PIB del resto de los países, incluyendo México es inferior al 1%.

Sin embargo, estas cifras están subestimadas ya que en el sistema de cuentas nacionales de los países de la subregión se ha incluido solamente el rubro de las exportaciones de madera aserrada y los ingresos por el aprovechamiento de la madera procedente de los bosques naturales y este rubro se ha incluido dentro del conjunto de actividades de la agricultura, la silvicultura, la caza y la pesca (sector primario/materias primas).

La industria primaria y secundaria de la madera se contabilizada en el sector industrial, en conjunto con todo el parque industrial de los países. Por otro lado, el transporte, tanto de madera en troza como de madera aserrada y productos elaborados, está incluido en la cuenta de transporte. El crecimiento de las plantaciones, como crecimiento del capital forestal, no se contabiliza lo mismo que la actividad profesional y técnica de servicios forestales. Tampoco vienen contabilizadas las pérdidas del capital natural, producido de la utilización no sostenible de los recursos ni los servicios ambientales que brindan los ecosistemas forestales a la sociedad.

En México la PEA que percibe sueldos de las actividades derivadas de la silvicultura y el aprovechamiento forestal es solamente el 0,36%. En el caso de Costa Rica se estima que el sector forestal ofrece un total de 18 247 empleos permanentes y que alrededor de 8 000 empresas giran alrededor del negocio de la madera. En El Salvador no se dispone de información sobre el número de personas empleadas en el sector, pero es relativamente bajo comparado con otros sectores agrícolas e industriales."

¿Cuáles son sus planes futuros para desarrollar su tecnología?

"Se estima que el mercado global de semillas transgénicas alcance los $35.3 billones de dólares para el 2020 a una tasa de crecimiento anual de 12.4%. Por contraste, el crecimiento proyectado para la industria del internet de las cosas es de 7.3% CAGR en el mismo periodo.  En 2014, el valor estimado de este mercado fue de $17.6 billones de dólares.

  • El crecimiento se deriva de:
  • Incremento en la población global y requerimientos de alimentos
  • Pesticidas
  • Incremento en los costos de fertilizantes
  • Mejores técnicas de manejos de residuos
  • Se detecta un crecimiento en la demanda de “nuevas y variadas semillas transgénicas” que puedan aportar mejores rendimientos en la producción agrícola y proveer productos de mayor calidad a los consumidores. Para el 2014, en Estados Unidos, 96% del algodón, 94% de la soya y 93% del maíz fueron producidos con semillas transgénicas.
  • El uso de transgénicos, globalmente, es un tema controversial que tiene estudios científicos que apoyan a ambas partes.
  • Principales actores incluyen: BASF SE, Bayer Cropscience AG, Bejo Zaden B.V., Dow Chemical Company, E.I. Du Pont De Nemours and Company, J.R. Simplot Company, Monsanto, Suntory Holdings Limited, Syngenta AG, Vilmorin & Cie (Limagraim Group)

El interés particular para el desarrollo de esta tecnología es llegar a una innovación de alto impacto tanto para el medio ambiente como para el sector alimenticio. Se sabe que el problema de salinidad en la región del Altiplano Potosino propicia una pérdida importante en producción anualmente, afectando gravemente, no solo el comercio, sino la seguridad alimentaria de los pequeños productores."

Interés comercial. ¿Existe alguna empresa o personas físicas interesadas en su DT? *

SI

 

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