BR112015024341B1 - EXPRESSION CASSETTE FOR INDUCTION OF RESISTANCE TO MULTIPLE NEMATOID SPECIES IN PLANTS, METHODS AND PLANTS THAT USE IT - Google Patents
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Abstract
CASSETE DE EXPRESSÃO PARA INDUÇÃO DE RESISTÊNCIA A MÚLTIPLAS ESPÉCIES DE NEMATOIDES EM PLANTAS, MÉTODOS E PLANTAS QUE O UTILIZAM. A presente invenção fornece cassetes de expressão em plantas capazes se silenciar genes de múltiplas espécies de nematoides que se alimentam das referidas pIantas conferindo resistência às referidas espécies de nematoides. Mais especificamente, os cassetes de expressão da presente invenção são capazes de expressar as moléculas de dsRNA em tecidos alvo de infestação por nematoides. São fornecidos ainda vetores compreendendo o referido cassete de expressão, métodos para produção de urna planta resistente a múltiplas espécies de nematoides bem como para o controle de nematoides em uma plantação, plantas resistentes a múltiplas espécies de nematoides, suas sementes e produtos produzidos a partir de material extraído das referidas plantas.EXPRESSION CASSETTE FOR INDUCTION OF RESISTANCE TO MULTIPLE NEMATOID SPECIES IN PLANTS, METHODS AND PLANTS THAT USE IT. The present invention provides plant expression cassettes capable of silencing genes from multiple nematode species that feed on said plants conferring resistance to said nematode species. More specifically, the expression cassettes of the present invention are capable of expressing the dsRNA molecules in target tissues of nematode infestation. Also provided are vectors comprising said expression cassette, methods for producing a plant resistant to multiple nematode species as well as for controlling nematodes in a crop, plants resistant to multiple nematode species, their seeds and products produced from material extracted from said plants.
Description
[1] A presente invenção refere-se ao controle de nematoides em plantas. Mais especificamente, a presente invenção refere-se ao controle de múltiplas espécies de nematoides por silenciamento gênico através da expressão de uma molécula de RNA na planta capaz de formar um RNA dupla fita compreendendo um fragmento da sequência de genes alvo da peste.[1] The present invention relates to the control of nematodes in plants. More specifically, the present invention relates to the control of multiple nematode species by gene silencing through the expression of an RNA molecule in the plant capable of forming a double-stranded RNA comprising a fragment of the plague target gene sequence.
[2] Fitonematoides estão entre os principais fatores responsáveis pela queda do rendimento de diversas culturas, particularmente a da soja, es-pecialmente nas regiões tropicais e subtropicais.[2] Phytonematodes are among the main factors responsible for the drop in yields of several crops, particularly soybean, especially in tropical and subtropical regions.
[3] O controle de nematoides em culturas de escala, como a soja, é planejado de modo a integrar vários métodos e apresentar baixo custo. De um modo geral, são considerados os princípios fitopatológicos da exclusão (evitar a infestação de áreas indenes por espécies ou novas raças, na propriedade ou numa região geográfica maior); da erradicação (rotação de culturas com espécies de verão e de inverno não hospedeiras); da regulação (modificação do ambiente e nutrição das plantas); e da imunização (utilização de cultivares resistente a determinadas espécies ou raças). As atuais estratégias para controle de nematoides são: uso de nematicidas, rotação de culturas, resistência genética natural e engenharia genética.[3] The control of nematodes in scale crops such as soybean is designed to integrate several methods and be cost effective. In general, the phytopathological principles of exclusion are considered (avoid infestation of unaffected areas by species or new breeds, on the property or in a larger geographic region); eradication (crop rotation with non-host summer and winter species); regulation (modification of the environment and plant nutrition); and immunization (use of cultivars resistant to certain species or races). The current strategies for nematode control are: use of nematicides, crop rotation, natural genetic resistance and genetic engineering.
[4] Nematicidas têm sido amplamente utilizados para controle de ne- matoides parasitas de plantas sedentários e migratórios, mas estes compostos são frequentemente associados a efeitos prejudiciais ao meio ambiente.[4] Nematicides have been widely used to control parasitic nematodes of sedentary and migratory plants, but these compounds are often associated with harmful effects on the environment.
[5] A rotação de culturas, uma prática cultural efetiva para muitos es- tresses bióticos, também é uma estratégia importante para manejo de nema- toides parasitas de plantas, embora, em muitos casos, sua eficácia é limitada.[5] Crop rotation, an effective cultural practice for many biotic stresses, is also an important strategy for managing plant parasitic nematodes, although in many cases its effectiveness is limited.
[6] O manejo de fitonematoides depende muito da resistência da planta hospedeira obtida por métodos tradicionais de melhoramento, muitas vezes derivada de uma base genética limitada. O melhoramento convencional, no entanto, apresenta algumas limitações, como por exemplo, a ligação gênica entre genes de interesse e genes indesejáveis e a incompatibilidade interespecífica.[6] The management of phytonematodes is highly dependent on host plant resistance obtained by traditional breeding methods, often derived from a limited genetic base. Conventional breeding, however, has some limitations, such as the genetic link between genes of interest and undesirable genes and interspecific incompatibility.
[7] A engenharia genética é uma ferramenta extremamente útil, pois permite a identificação de genes de interesse, manipulação desses genes, a construção e introdução de um único gene de interesse diretamente em cultivares elite e a seleção das plantas que possuem esse gene. O gene a ser introduzido pode ser oriundo da mesma espécie ou de outras espécies, permitindo assim a quebra das barreiras impostas pela incompatibilidade sexual entre as diferentes espécies, além de eliminar o efeito das ligações gênicas indesejadas.[7] Genetic engineering is an extremely useful tool as it allows the identification of genes of interest, manipulation of these genes, the construction and introduction of a single gene of interest directly into elite cultivars and the selection of plants that have this gene. The gene to be introduced can come from the same species or from other species, thus allowing the breaking of barriers imposed by sexual incompatibility between different species, in addition to eliminating the effect of unwanted gene links.
[8] A estratégia de silenciamento gênico, por interferência mediada por RNA dupla fita, oferece bons resultados no controle de nematoides (MCCARTER, J. Molecular approaches toward resistence to plant parasitic nematodes. In: (Ed.). Plant Cell Monographs v.15, 2008. p.239-267.). Tal estratégia se baseia na transformação de plantas para a expressão de RNA dupla fita (dsRNA) compreendendo um fragmento da sequência específica de genes-alvos do fitonematoide. Genes alvo de interesse são genes essenciais ao fitonematoide ou genes envolvidos com o parasitismo, migração, formação ou manutenção do sítio de alimentação. Durante o ciclo dos nematoides, estes ingerem o conteúdo citoplasmático das células gigantes de raízes infectadas, provocando a absorção do dsRNA, o que pode resultar no silenciamento do gene correspondente. Conforme a função do gene silenciado, diversas disfunções podem ser geradas no fitonematoide pelo silenciamento e/ou redução da expressão de genes específicos, de forma que a infecção pode ser abortada.[8] The gene silencing strategy, by interference mediated by double-stranded RNA, offers good results in the control of nematodes (MCCARTER, J. Molecular approaches toward resistance to plant parasitic nematodes. In: (Ed.). Plant Cell Monographs v. 15, 2008. p.239-267.). Such a strategy is based on the transformation of plants for the expression of double-stranded RNA (dsRNA) comprising a fragment of the specific sequence of target genes of the phytonematode. Target genes of interest are genes essential to the nematode or genes involved in parasitism, migration, formation or maintenance of the feeding site. During the cycle of nematodes, they ingest the cytoplasmic content of the giant cells of infected roots, causing the absorption of dsRNA, which can result in the silencing of the corresponding gene. Depending on the function of the silenced gene, several dysfunctions can be generated in the phytonematode by silencing and/or reducing the expression of specific genes, so that the infection can be aborted.
[9] Interferência mediada por RNA (RNAi) refere-se à redução espe cífica da expressão do gene através da utilização de moléculas de RNA de sequência complementar. Este fenômeno, primeiramente relatado em Cae- norhabditis elegans por GUO & KEMPHUES (GUO,S. & KEMPHUES, K. J. par-l, a gene required for establishing polarity in C. elegans embryos, encodes a putative Ser/Thr kinase that is asymmetrically distributed. Cell, v. 81, n. 4, p. 611-620, 1995) e subsequentemente demonstrado por FIRE et al. (FIRE, A.; XU,S.; MONTGOMERY,M. K.; KOSTAS,S. A.; DRIVER, S. E. & MELLO, C.C. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Cae- norhabditis elegans. Nature, v. 391, n. 6669, p. 806-11, Feb 19 1998), que descobriram que a presença do RNA fita dupla (dsRNA), formado a partir do anelamento das fitas senso e antisenso presente nas preparações de RNA in vitro, é responsável pelo silenciamento gênico.[9] RNA-mediated interference (RNAi) refers to the specific reduction of gene expression through the use of RNA molecules of complementary sequence. This phenomenon, first reported in Caenorhabditis elegans by GUO & KEMPHUES (GUO, S. & KEMPHUES, K. J. par-l, a gene required for establishing polarity in C. elegans embryos, encodes a putative Ser/Thr kinase that is asymmetrically distributed Cell, v. 81, no. 4, pp. 611-620, 1995) and subsequently demonstrated by FIRE et al. (FIRE, A.; XU, S.; MONTGOMERY, M. K.; KOSTAS, S. A.; DRIVER, S. E. & MELLO, C.C. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature, v. 391, n. 6669, p. 806-11, Feb 19 1998), who found that the presence of double-stranded RNA (dsRNA), formed from the annealing of sense and antisense strands present in in vitro RNA preparations, is responsible for gene silencing.
[10] Posteriormente, BERNSTEIN et al. (BERNSTEIN, E.; CAUDY,A. A.; HAMMOND,S. M. & HANNON,G. J. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature, v. 409, n. 6818, p. 363-6, Jan 18 2001), indicaram que a DICER (“dsRNA-specific RNase III-type endonuclease”) uma enzima ribonuclease tipo III (RNase III) era responsável pelo processamento do dsRNA em sequências de ~21 nucleotídeos (nt). O complexo DCR2/R2D2 liga-se a essas pequenas moléculas de RNA interferente (siRNA) (LIU, Q.; RAND, T. A.; KALIDAS,S.; DU, F.; KIM, H. E.; SMITH, D. P. & WANG, X. R2D2, a bridge between the initiation and effector steps of the DrosophiJa RNAi pathway. Science, v. 301, n. 5641, p. 1921-5, Sep 26 2003), o siRNA é incorporado em um complexo chamado RISC (RNA Induced Silencing Complex),que então determina a degradação de quaisquer moléculas de RNA que possuem sequência complementar (HAMMOND, S. M.; BERNSTEIN, E.; BEACH,D.& HANNON, G. J. An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells. Nature, v. 404, n. 6775, p. 293-6, Mar 16 2000). Este fenômeno de silenciamento do gene ocorre em vários organismos eucariotos, incluindo os nematoides e as plantas superiores (BERNSTEIN, E.; CAUDY,A. A.; HAMMOND,S. M. & HANNON,G. J. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature, v. 409, n. 6818, p. 363-6, Jan 18 2001).[10] Subsequently, BERNSTEIN et al. (BERNSTEIN, E.; CAUDY, A. A.; HAMMOND, S. M. & HANNON, G. J. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature, v. 409, n. 6818, p. 363-6, Jan 18 2001) , indicated that DICER (“dsRNA-specific RNase III-type endonuclease”), a type III ribonuclease enzyme (RNase III) was responsible for processing dsRNA into sequences of ~21 nucleotides (nt). The DCR2/R2D2 complex binds to these small molecules of interfering RNA (siRNA) (LIU, Q.; RAND, T. A.; KALIDAS, S.; DU, F.; KIM, H. E.; SMITH, D. P. & WANG, X. R2D2, a bridge between the initiation and effector steps of the DrosophiJa RNAi pathway. Science, v. 301, n. 5641, p. 1921-5, Sep 26 2003), the siRNA is incorporated into a complex called RISC (RNA Induced Silencing) Complex), which then determines the degradation of any RNA molecules that have a complementary sequence (HAMMOND, S. M.; BERNSTEIN, E.; BEACH, D. & HANNON, G. J. An RNA-directed nuclease mediates post-transcriptional gene silencing in Drosophila cells. Nature, v. 404, no. 6775, p. 293-6, Mar 16 2000). This gene silencing phenomenon occurs in several eukaryotic organisms, including nematodes and higher plants (BERNSTEIN, E.; CAUDY, A. A.; HAMMOND, S. M. & HANNON, G. J. Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature , v. 409, no. 6818, p. 363-6, Jan 18 2001).
[11] Pesquisadores têm sido capazes de adicionar RNA sintetizado in vitro diretamente nas células para se obter um silenciamento da expressão gênica. Por exemplo, KLINK& WOLNIAK (KLINK, V. P. & WOLNIAK, S. M. Centrin is necessary for the formation of the motile apparatus in spermatids of Marsilea. MoI Biol Cell, v. 12, n. 3, p. 761-76, Mar 2001) foram capazes de silenciar o mRNA de centrina (centrin) usando dsRNA sintetizado in vitro, e para os efeitos de nocaute, eles demonstraram que o dsRNA é pelo menos dez vezes mais eficaz do que o RNA senso ou antisenso separadamente. Para alcançar o controle de nematoides parasitas de plantas usando a estratégia de silenciamento gênico, o mecanismo de RNAi é parcialmente executado pela planta e parcialmente pelo nematoide. Plantas expressam dsRNA de genes do nematoide, que são processados pela DICER e geram os siRNA. Quando os nematoides se alimentam dessas plantas, tanto dsRNA quanto siRNA são ingeridos.[11] Researchers have been able to add RNA synthesized in vitro directly into cells to achieve a silencing of gene expression. For example, KLINK & WOLNIAK (KLINK, V. P. & WOLNIAK, S. M. Centrin is necessary for the formation of the motile apparatus in spermatids of Marsilea. MoI Biol Cell, v. 12, n. 3, p. 761-76, Mar 2001) were able to silence centrin (centrin) mRNA using dsRNA synthesized in vitro, and for knockout effects, they demonstrated that dsRNA is at least ten times more effective than sense or antisense RNA separately. To achieve control of plant parasitic nematodes using the gene silencing strategy, the RNAi mechanism is partially executed by the plant and partially by the nematode. Plants express dsRNA from nematode genes, which are processed by DICER and generate siRNA. When nematodes feed on these plants, both dsRNA and siRNA are ingested.
[12] Como ocorrido na planta, os nematoides digerem o dsRNA em siRNA usando seu complexo DICER. Os siRNA ingeridos, ou processados pelo próprio nematoide, ligam-se a RISC para induzir a degradação do mRNA específico no nematoide. Os siRNA são amplificados em nematoides pela RNA polimerase dependente de RNA (RDRP) (CHAPMAN, E. J. & CARRING- TON,J. C. Specialization and evolution of endogenous small RNA pathways. Nature Reviews Genetics, v. 8, n. 11, p. 884-96, Nov 2007; ZAMORE, P. D. &.HALEY, B. Ribo-gnome: the big world of small RNAs. Science, v. 309, n. 5740, p. 1519-24, Sep 2 2005), onde o mRNA serve de molde para a síntese de mais dsRNA específico, elevando o efeito do silenciamento gênico.[12] As in the plant, nematodes digest dsRNA into siRNA using their DICER complex. Ingested siRNAs, or processed by the nematode itself, bind to RISC to induce the degradation of specific mRNA in the nematode. SiRNAs are amplified in nematodes by RNA-dependent RNA polymerase (RDRP) (CHAPMAN, E. J. & CARRINGTON, J. C. Specialization and evolution of endogenous small RNA pathways. Nature Reviews Genetics, v. 8, n. 11, p. 884- 96, Nov 2007; ZAMORE, P. D. &.HALEY, B. Ribo-gnome: the big world of small RNAs. Science, v. 309, n. 5740, p. 1519-24,
[13] Este silenciamento mediado por siRNA é altamente sequência- específica. Por exemplo, TuschI e colaboradores demonstraram que mesmo uma incompatibilidade de uma única base, entre o siRNA e o mRNA alvo influencia o silenciamento gênico (ELBASHIR, S. M.; MARTINEZ, J.; PATKANI- OWSKA,A.; LENDECKEL,W. & TUSCHL,T. Functional anatomy of siRNAs for mediating efficient RNAi in Drosophila melanogaster embryo lysate. The EMBO Journal, v. 20, n. 23, p. 6877-88, Dec 3 2001). Apesar do silenciamento gênico ser altamente específico, é possível silenciar famílias de genes homólogos que compartilham sequências conservadas (MIKI, D.; ITOH, R. & SHI- MAMOTO, K. RNA silencing of single and multi pie members in a gene family of rice. Plant physiology, v. 138, n. 4, p. 1903-13, Aug 2005) ou com a construção quimérica de vários genes-alvo (ALLEN, R. S.; MILLGATE,A. G.; CHITTY,J. A.;THISLETON, J.; MILLER, J. A.; FIST, A. J.; GERLACH,W. L.& LARKIN, P. J. RNAi-mediated replacement of morpl1ine with the nonnarcotic alkaloid reticuline in opium poppy. Nature Biotechnology, v. 22, n. 12, p. 155966, Dec 2004). Tem sido documentado que o efeito do RNAi, não é só difundido de célula para célula (FAGARD, M. & VAUCHERET, H. Systemic silencing signal(s). Plant Molecular Biology, v. 43, n. 2-3, p. 285-93, Jun 2000; KEHR, J. & BUHTZ,A. Long distance transport and movement of RNA through the phloem. Journal of Experimental Botany, v. 59, n. 1, p. 85-92, 2008), mas também em toda a planta (YOO, B. C.; KRAGLER,F.; VARKONYI-GASIC,E.; HAYWOOD,V.;ARCHER-EVANS, S.; LEE, Y. M.; LOUGH,T. J.& LUCAS,W. J.A systemic small RNA signaling system in plants. Plant Cell, v. 16, n. 8, p. 1979-2000, Aug 2004).[13] This siRNA-mediated silencing is highly sequence-specific. For example, TuschI et al. demonstrated that even a single base mismatch between the siRNA and the target mRNA influences gene silencing (ELBASHIR, S. M.; MARTINEZ, J.; PATKANI-OWSKA, A.; LENDECKEL, W. & TUSCHL. T. Functional anatomy of siRNAs for mediating efficient RNAi in Drosophila melanogaster embryo lysate. The EMBO Journal, v. 20, n. 23, p. 6877-88,
[14] Evidências indiretas indicam que o silenciamento de RNA move- se a longas distâncias através do floema e, no destino, espalha-se célula a célula através dos plasmodesmos em tecidos recipientes (JORGENSEN, R. A. RNA traffics information systemically in plants. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 99, n. 18, p. 11561-3, Sep 3 2002; MLOTSHWA, S.; VOINNET, O.; METTE, M. F.; MATZKE,M.; VAUCHERET, H.; DING, S. W.; PRUSS, G.& VANCE,V. B. RNA silencing and the mobile silencing signal. Plant Cell, v. 14 Suppl, p. S289-301, 2002; VOINNET, O.; VAIN, P.; AN- GELL,S. & BAULCOMBE,D. C. Systemic Spread of Sequence-Specific Transgene RNA Degradation in Plants Is Initiated by Localized Introduction of Ectopic Promoterless DNA. Cell, v. 95, n. 2, p. 177-187, 1998), também HIMBER et aI. (HIMBER, C.; DUNOYER, P.; MOISSIARD, G.; RITZENTHALER, C.& VOINNET,O. Transitivity-dependent and -independent cell-to-cell movement of RNA silencing. The EMBO Journal, v. 22, n. 17, p. 4523-33, Sep 1 2003) demonstraram que o efeito RNAi pode ocorrer tanto localmente quanto a longas distâncias. LIMPENS et al. (LIMPENS, E.; RAMOS,J.; FRANKEN, C.; RAZ,V.; COMPAAN,B.; FRANSSEN, H.; BISSELING, T. & GEURTS, R. RNA interference in Agrobacteriunl rhizogenes transformed roots of Arabidopsis and Medicago truncatula. Journal of experimental botany, v. 55, n. 399, p. 98392, May 2004) também constatou que o sinal de silenciamento foi transportado sistematicamente a partir de raízes de Arabidopsis thaliana até a parte aérea, embora o grau de silenciamento tenha sido limitado e muito variável. Embora a transformação de nematoides parasitas de plantas represente uma abordagem para a implantação como estratégia de RNAi para controle de ne- matoides, não há relatos de sucesso com esta engenharia de nematoides, em parte pela sua natureza obrigatória de parasitismo. Além de inúmeros obstáculos regulatórios para liberar esse nematoide transgênico para o meio ambiente. Em C. elegans, RNAi tem sido utilizado transientemente para silenciar a expressão de quase todos os genes, induzindo diferentes efeitos fenotípicos incluindo letalidade (FRASER, A. G.;KAMATH,R. S.; ZIPPERLEN, P.; MARTINEZ-CAMPOS, M.; SOHRMANN, M. & AHRINGER, J. Functional genomic analysis of C. elegans chromosoll1e I by systematic RNA interference. Nature, v. 408, n. 6810, p. 325-30, Nov 16 2000; GONCZY,P.; ECHEVERRI,C.;OE- GEMA,K.;COULSON,A.; JONES, S. J.; COPLEY,R. R.; DUPERON, J.; OE- GEMA,J.; BREHM, M.; CASSIN,E.;HANNAK, E.; KIRKHAM, M.; PICHLER, S.; FLOHRS, K.; GOESSEN,A.; LEIDEL, S.;ALLEAUME,A. M.; MARTIN, C.; OZLU, N.; BORK,P. & HYMAN,A. A. Functional genolnic analysis of cell division in C. elegans using RNAi of genes on cllrolll0some 111. Nature, v. 408, n. 6810, p. 331-6, Nov 16 2000.; KAMATH, R. S.; FRASER,A. G.; DONG,Y.; POULIN, G.; DURBIN, R.; GOTTA, M.; KANAPIN, A.; LE BOT, N.; MORENO, S.; SOHRMANN,M.;WELCHMAN, D. P.; ZIPPERLEN, P. & AHRINGER, J. Systematic functional analysis of the Caenorhabditis elegans genome using RNAi. Nature, v. 421, n. 6920, p. 231-7, Jan 16 2003; MAEDA, 1.;KO- HARA,V.;VAMAMOTO,M.& SUGIMOTO,A. Large-scale analysis of gene function in Caenorhabditis elegans by high-throughput RNAi. Current biology: CB, v. 11, n. 3, p. 171-176, 2001). A interferência mediada por RNA pode ser realizada em C. elegans por ingestão de bactérias expressando dsRNA (TIMMONS, L. & FIRE, A. Specific interference by ingested dsRNA. Nature, v. 395, n. 6705, p. 854, Oct 29 1998), por absorção oral de dsRNA a partir da solução (TABARA, H.; GRISHOK, A. & MELLO, C. C. RNAi in C. elegans: soaking in the genome sequence. Science, v. 282, n. 5388, p. 430-1, Oct 161998) Ou por microinjeção (MELLO, C. C.& CONTE, D., JR. Revealing the world of RNA interference. Nature, v. 431, n. 7006, p. 338-42, Sep 16 2004). Considerando os nematoides parasitas de plantas, o protocolo de ingestão de bactérias expressando dsRNA não é viável porque eles se alimentam apenas do conteúdo citoplasmático do sítio de alimentação. O protocolo inicialmente utilizado para administração de dsRNA para fitonematoides foi o da imersão de nematoides em solução de dsRNA para induzir ingestão e/ou absorção. Desde 2006, mo-léculas de dsRNA têm sido produzidas e oferecidas diretamente pela planta hospedeira geneticamente modificada.[14] Indirect evidence indicates that RNA silencing moves long distances through the phloem and, at fate, spreads cell to cell through plasmodesmata in recipient tissues (JORGENSEN, R. A. RNA traffics information systemically in plants. Proceedings of the National Academy of Sciences, v. 99, n. 18, p. 11561-3,
[15] Os nematoides formadores de galhas (NFGs) e nematoides for madores de cisto (NCs) são obrigatoriamente parasitas de raízes de plantas, tornando a oferta de dsRNA pelo hospedeiro uma estratégia ideal para silenciar genes de nematoides, bem como fornecer evidências diretas da função desses genes. Pesquisas anteriores, confirmam a viabilidade e efetividade do oferecimento de RNAi pelo hospedeiro para controle de nematoides. YADAV et aI. (YADAV,B. C.;VELUTHAMBI,K.& SUBRAMANIAM,K. Host-generated double stranded RNA induces RNAi in plant-parasitic nematodes and protects the host from infection. Molecular and Biochemistry Parasitology, v. 148, n. 2, p. 219-22, Aug 2006) relataram que induziu RNAi utilizando dsRNAs de dois genes que codificam para integrase e fator de processamento de mRNA de M. incognita, levando a proteção contra infecção por nematoides em plantas de fumo.[15] Root-knot nematodes (NFGs) and cyst-forming nematodes (NCs) are obligate plant root parasites, making host delivery of dsRNA an ideal strategy for silencing nematode genes as well as providing direct evidence of function of these genes. Previous research confirms the feasibility and effectiveness of offering RNAi by the host to control nematodes. YADAV et al. (YADAV, B. C.; VELUTHAMBI, K. & SUBRAMANIAM, K. Host-generated double stranded RNA induces RNAi in plant-parasitic nematodes and protects the host from infection. Molecular and Biochemistry Parasitology, v. 148, n. 2, p. 219 -22, Aug 2006) reported that it induced RNAi using dsRNAs from two genes encoding integrase and mRNA processing factor from M. incognita, leading to protection against nematode infection in tobacco plants.
[16] A expressão de dsRNA do gene de parasitismo 16D10 de NFG em plantas transgênicas de Arabidopsis, resultou em resistência contra quatro das principais espécies desse gênero (HUANG, G.;ALLEN, R. S.; DAVIS,E. L.; BAUM,T. J. & HUSSEY,R. S. Engineering broad root-knot resistance in transgenic plants by RNAi silencing of a conserved and essential root-knot nematode parasitism gene. n. 0027-8424 (Print), 20060927 DCOM- 20061030 2006), enquanto (SINDHU, A. S.; MAIER, T. R.; MITCHUM, M. G.; HUSSEY, R. S.; DAVIS, E. L. & BAUM, T. J. Effective and specific in planta RNAi in cyst nenlatodes: expression interference of four parasitism genes reduces parasitic success. Journal of Experimental Botany, v. 60, n. 1, p. 315-24, 2009) obtiveram reduções de 23% a 64%, em fêmeas de H. schachtii, em linhagens trans- gênica de Arabidopsis expressando o dsRNA de quatro genes de parasitismo. RNA de interferência parece ser igualmente eficaz contra H. glycines em linhagens de soja transformadas. RYAN et aI. (RYAN,M. S.; TIM, C. T.; JULI- ANE,S. E. & HAROLD,N. T. Transgenic soybeans expressing siRNAs specific to a major spern1 protein gene suppress Heterodera glycines reproduction. Functional Plant Biology, v. 33, n. 11, p. 991-991, 2006) produziram com sucesso linhagens transgênicas de soja, usando a estratégia de RNAi específico de uma proteína principal do esperma de H. glycines. Dados do bioensaio indicaram plantas transgênicas com redução em até 68% de ovos/g de tecido da raiz.[16] The dsRNA expression of the parasitism gene 16D10 of NFG in transgenic Arabidopsis plants resulted in resistance against four of the main species of this genus (HUANG, G.;ALLEN, R. S.; DAVIS, E. L.; BAUM, T. J. & HUSSEY, R. S. Engineering broad root-knot resistance in transgenic plants by RNAi silencing of a conserved and essential root-knot nematode parasitism gene. n. 0027-8424 (Print), 20060927 DCOM- 20061030 2006), while (SINDHU, A. S.; MAIER, T. R. ; MITCHUM, M. G.; HUSSEY, R. S.; DAVIS, E. L. & BAUM, T. J. Effective and specific in planta RNAi in cyst nenlatodes: expression interference of four parasitism genes reduces parasitic success. Journal of Experimental Botany, v. 60, n. 1, p 315-24, 2009) obtained reductions of 23% to 64%, in females of H. schachtii, in transgenic lines of Arabidopsis expressing the dsRNA of four genes of parasitism. Interfering RNA appears to be equally effective against H. glycines in transformed soybean lines. RYAN et al. (RYAN, M. S.; TIM, C. T.; JULIANE, S. E. & HAROLD, N. T. Transgenic soybeans expressing siRNAs specific to a major spern1 protein gene suppress Heterodera glycines reproduction. Functional Plant Biology, v. 33, n. 11, p. 991- 991, 2006) have successfully produced transgenic soybean lines using the RNAi strategy specific to a major protein of H. glycines sperm. Bioassay data indicated transgenic plants with up to 68% reduction in eggs/g of root tissue.
[17] Os efeitos das moléculas de dsRNA expresso pela planta, se mos traram contínuos, aparecendo nas próximas gerações. KLINK et aI. (KLINK, V. P.; KIM, K. H.; MARTINS,V.; MACDONALD,M. H.; BEARD, H. S.; ALKHA- ROUF,N. W.; LEE, S. K.; PARK, S. C.& MATTHEWS, B. F.A correlation between host-mediated expression of parasite genes as tandem inverted repeats and abrogation of development of female Heterodera glycines cyst formation during infection of Glycine max. Planta, v. 230, n. 1, p. 53-71, Jun 2009) inibiram efetivamente a formação de cistos de H. glycines usando uma construção com repetições invertidas de vários genes. Recentemente, LI et aI. (LI, J.;TODD, T. C.; OAKLEV,T. R.; LEE, J.& TRICK, H. N. Host-derived suppression of nematode reproductive and fitness genes decreases fecundity of Heterodera glycines Ichinohe. Planta, v. 232, n. 3, p. 775-85, Aug 2010a); LI et aI. (LI, J.; TODD, T. C. &TRICK, H. N. Rapid in planta evaluation of root expressed transgenes in chimeric soybean plants. Plant Cell Reports, v. 29, n. 2, p. 113-23, Feb 2010b) suprimiram com sucesso a reprodução de H. glycines em plantas de soja por RNAi para três diferentes genes de H. glycines.[17] The effects of dsRNA molecules expressed by the plant proved to be continuous, appearing in the next generations. KLINK et al. (KLINK, V. P.; KIM, K. H.; MARTINS, V.; MACDONALD, M. H.; BEARD, H. S.; ALKHA-ROUF, N. W.; LEE, S. K.; PARK, S. C. & MATTHEWS, B. F. A correlation between host-mediated expression of parasite genes as tandem inverted repeats and abrogation of development of female Heterodera glycines cyst formation during infection of Glycine max. Planta, v. 230, n. 1, p. 53-71, Jun 2009) effectively inhibited H. glycines cyst formation using a construct with inverted repeats of several genes. Recently, LI et al. (LI, J.;TODD, T.C.; OAKLEV, T.R.; LEE, J. & TRICK, H.N. Host-derived suppression of nematode reproductive and fitness genes decreases fecundity of Heterodera glycines Ichinohe. Planta, v. 232, n. 3, p. 775-85, Aug 2010a); LI et al. (LI, J.; TODD, T. C. & TRICK, H. N. Rapid in planta evaluation of root expressed transgenes in chimeric soybean plants. Plant Cell Reports, v. 29, n. 2, p. 113-23, Feb 2010b) successfully suppressed the reproduction of H. glycines in soybean plants by RNAi for three different genes of H. glycines.
[18] Evidências moleculares diretas de oferecimento de RNAi pelo hospedeiro regulam para baixo a expressão de genes-alvo de nematoides, observado por análise de PCR em tempo real (RT-qPCR) de nematoides que se alimentaram de raízes transgênicas (LI, J.;TODD, T. C.; OAKLEV,T. R.; LEE, J.& TRICK, H. N. Host-derived suppression of nematode reproductive and fitness genes decreases fecundity of Heterodera glycines Ichinohe. Planta, v. 232, n. 3, p. 775-85, Aug 2010a; SINDHU, A. S.; MAIER, T. R.; MITCHUM, M. G.; HUSSEY, R. S.; DAVIS, E. L. & BAUM, T. J. Effective and specific in planta RNAi in cyst nenlatodes: expression interference of four parasitism genes reduces parasitic success. Journal of Experimental Botany, v. 60, n. 1, p. 315-24, 2009). Plantas transgênicas expressando dsRNAs de genes de nematoides têm demonstrado maior sucesso em NFGs do que em NCs. Uma provável razão pode ser a facilidade de ingestão de moléculas em NFGs devido ao seu maior limite de exclusão por tamanho do que em NCs.[18] Direct molecular evidence of host delivery of RNAi down-regulates the expression of nematode target genes, observed by real-time PCR (RT-qPCR) analysis of nematodes that fed on transgenic roots (LI, J. ;TODD, T. C.; OAKLEV, T. R.; LEE, J. & TRICK, H. N. Host-derived suppression of nematode reproductive and fitness genes decreases fecundity of Heterodera glycines Ichinohe. Planta, v. 232, n. 3, p. 775-85, Aug 2010a; SINDHU, A. S.; MAIER, T. R.; MITCHUM, M. G.; HUSSEY, R. S.; DAVIS, E. L. & BAUM, T. J. Effective and specific in planta RNAi in cyst nenlatodes: expression interference of four parasitism genes reduces parasitic success. Journal of Experimental Botany , v. 60, no. 1, p. 315-24, 2009). Transgenic plants expressing dsRNAs from nematode genes have shown greater success in NFGs than in NCs. A likely reason could be the ease of ingestion of molecules in NFGs due to their higher size exclusion limit than in NCs.
[19] Construções de RNA capazes de formar dsRNA para da inibição de genes de nematoides por meio de RNA de interferência e consequente indução de resistência a tais pragas na planta, bem como construções de DNA capazes de expressar tais construções de RNA na planta estão disponíveis (EP2330203).[19] RNA constructs capable of forming dsRNA for the inhibition of nematode genes through RNA interference and consequent induction of resistance to such pests in the plant, as well as DNA constructs capable of expressing such RNA constructs in the plant are available. (EP2330203).
[20] WO2011060151 ensina vetores compreendendo construções para a indução de resistência a nematoides, dentre eles Meloidogyne incognita e Heterodera glycines, codificando fitas de RNA dupla-fita que inibem a expressão de um gene da peste alvo.[20] WO2011060151 teaches vectors comprising constructs for inducing resistance to nematodes, including Meloidogyne incognita and Heterodera glycines, encoding double-stranded RNA strands that inhibit the expression of a target plague gene.
[21] WO2006045591 ensina, dentre outros, métodos para a produção de plantas transgênicas resistentes a nematoides compreendendo a co-ex- pressão na planta de moléculas de RNA dupla-fita tendo como alvo genes de diferentes espécies, dentre elas Meloidogyne incognita e Heterodera glycines. WO2006045591 ensina ainda que a transferência de dsRNA para a peste pode ser melhorada através do uso de promotores tecido-específicos para as partes mais acessíveis à peste, como, dentre outros, promotores específicos de raiz ou promotores induzidos por nematoides.[21] WO2006045591 teaches, among others, methods for the production of transgenic plants resistant to nematodes comprising the co-expression in the plant of double-stranded RNA molecules targeting genes of different species, among them Meloidogyne incognita and Heterodera glycines . WO2006045591 further teaches that dsRNA transfer to the plague can be improved through the use of tissue-specific promoters for the parts most accessible to the plague, such as, among others, root-specific promoters or nematode-induced promoters.
[22] O silenciamento do gene do fator de splicing Prp-17 de Hetero dera glycines através da expressão de siRNAs em soja transgênica foi eficaz na indução de resistência à peste (Li, J.; Todd, T. C.; Oaklev,T. R.; Lee, J.& Trick, H. N. Host-derived suppression of nematode reproductive and fitness genes decreases fecundity of Heterodera glycines Ichinohe. Planta, v. 232, n. 3, p. 775-85, Aug 2010).[22] The silencing of the Prp-17 splicing factor gene from Hetero dera glycines through the expression of siRNAs in transgenic soybean was effective in inducing pest resistance (Li, J.; Todd, T.C.; Oaklev, T.R.; Lee, J. & Trick, H. N. Host-derived suppression of reproductive nematode and fitness genes decreases fecundity of Heterodera glycines Ichinohe. Planta, v. 232, no. 3, p. 775-85, Aug 2010).
[23] A expressão de dsRNA do fator de splicing (FS) de M. incógnita obteve uma redução de 90% de nematoides (M. incógnita) estabelecidos nas raízes (Yadav, B.C.; Veluthambi, K. & Subramaniam, K. Host-generated double stranded RNA induces RNAi in plant-parasitic nematodes and protects the host from infection. Molecular and Bioehemistry Parasitolology, v. 148,n. 2, p. 219-22, Aug 2006).[23] M. incognita splicing factor (FS) dsRNA expression resulted in a 90% reduction in root-established nematodes (M. incognita) (Yadav, B.C.; Veluthambi, K. & Subramaniam, K. Host- generated double stranded RNA induces RNAi in plant-parasitic nematodes and protects the host from infection.
[24] A expressão de dsRNA de um gene relacionado ao FS de H. glyci nes reduziu o número de fêmeas colonizando as raízes a menos de 20%. (Klink, V. P. & Matthews, B. F. Emerging Approaches to Broaden Resistance of Soybean to Soybean Cyst Nematode as Supported by Gene Expression Studies. Plant Physiol. 2009 November; 151(3): 1017-1022).[24] The dsRNA expression of a gene related to the FS of H. glycines reduced the number of females colonizing the roots to less than 20%. (Klink, V.P. & Matthews, B.F. Emerging Approaches to Broaden Resistance of Soybean to Soybean Cyst Nematode as Supported by Gene Expression Studies. Plant Physiol. 2009 November; 151(3): 1017-1022 ).
[25] PI0701172-5 descreve um promotor constitutivo de soja, o promo tor do gene da proteína de conjugação a ubiquitina de soja (UceS 8.3).[25] PI0701172-5 describes a constitutive soy promoter, the soy ubiquitin conjugation protein gene promoter (UceS 8.3).
[26] O promotor UceS8.3 é induzido pela invasão de raízes por M. in cógnita (Miranda, V. J. Caracterização da expressão do gene codificador da enzima de conjugação a ubiquitina (E2) em soja inoculada com Meloidogyne incognita e infestada com Anticarsia gemmatalis. 2011. Magister Science. Biologia Celular, Universidade de Brasília).[26] The UceS8.3 promoter is induced by root invasion by M. incognita (Miranda, V.J. Characterization of the expression of the gene encoding the ubiquitin-conjugating enzyme (E2) in soybean inoculated with Meloidogyne incognita and infested with Anticarsia gemmatalis. 2011. Magister Science. Cell Biology, University of Brasília).
[27] No entanto, há no campo da promoção de resistência contra ne- matoides via RNA de interferência a necessidade de construções capazes de expressar moléculas de dsRNA que silenciem genes de nematoides apenas em tecidos alvo de infestação por nematoides.[27] However, in the field of promoting resistance against nematodes via RNA interference, there is a need for constructs capable of expressing dsRNA molecules that silence nematode genes only in target tissues of nematode infestation.
[28] As construções para expressão de RNA de interferência já conhe cidas, utilizam promotores constitutivos, geralmente isolados de vírus, como o CaMV 35S para uma expressão constitutiva do dsRNA.[28] Known interfering RNA expression constructs use constitutive promoters, usually isolated from viruses, such as CaMV 35S for constitutive expression of dsRNA.
[29] Há, portanto, a necessidade de construções eficientes no silenci- amento de genes de nematoides para a indução de resistência a nematoides em culturas capazes de expressar as moléculas de dsRNA sob controle de um promotor específico de planta.[29] There is, therefore, a need for efficient constructs to silence nematode genes for the induction of nematode resistance in cultures capable of expressing dsRNA molecules under the control of a plant-specific promoter.
[30] A presente invenção tem como diferencial ser um vetor de expres são de dsRNA específico para genes-alvo de mais de uma espécie de nema- toide e por ser regulada por um promotor de soja induzido por nematoides. A construção contendo o gene-alvo está sob controle de um promotor de soja, isolado, caracterizado e patenteado pelo nosso grupo, e que possui forte expressão na raiz da planta (Grossi-de-Sa et al.,2010), especialmente quando essas estão parasitadas por M. incognita (Miranda et al., 2013), especificamente nos sítio de alimentação.[30] The differential of the present invention is that it is a dsRNA expression vector that is specific for target genes of more than one nematode species and is regulated by a nematode-induced soybean promoter. The construct containing the target gene is under the control of a soybean promoter, isolated, characterized and patented by our group, and which has strong expression in the plant root (Grossi-de-Sa et al., 2010), especially when these are parasitized by M. incognita (Miranda et al., 2013), specifically at the feeding site.
[31] Inicialmente o promotor UceS8.3 foi isolado de plantas de soja por TAIL-PCR com oligonucleotídeos desenhados para o gene do fator 2 de con-jugação a ubiquitina (GmE2). Posteriormente esse promotor foi utilizado em transformação genética de planta modelo Arabidopsis thaliana para sua ca-racterização funcional devido à expressão do gene repórter GUS, demonstrando expressão em todos os tecidos de planta, especialmente em raízes (Grossi-de-Sa et al.,2010). PCR em tempo real de raízes de soja inoculadas com M. incognita em 7, 14, 21 e 28 DAI demonstram aumento de expressão transcricional de 2-6 vezes do gene GmE2, regulado pelo promotor UceS8.3 (Miranda et al., 2013). Hibridização in situ demonstrou a localização da expressão relacionada à UceS8.3 em células gigantes e adjacentes ao sítio de alimentação nas galhas.[31] Initially the UceS8.3 promoter was isolated from soybean plants by TAIL-PCR with oligonucleotides designed for the
[32] A presente invenção compreende cassetes de expressão em plantas capazes se silenciar genes de múltiplas espécies de nematoides que se alimentam das referidas plantas conferindo resistência às referidas espécies de nematoides. Mais especificamente, os cassetes de expressão da presente invenção são capazes de expressar as moléculas de dsRNA em tecidos alvo de infestação por nematoides.[32] The present invention comprises plant expression cassettes capable of silencing genes from multiple nematode species that feed on said plants conferring resistance to said nematode species. More specifically, the expression cassettes of the present invention are capable of expressing the dsRNA molecules in target tissues of nematode infestation.
[33] A presente invenção fornece ainda vetores compreendendo o re ferido cassete de expressão, métodos para produção de uma planta resistente a múltiplas espécies de nematoides bem como para o controle de nematoides em uma plantação, plantas resistentes a múltiplas espécies de nematoides, suas sementes e produtos produzidos a partir de material extraído das referidas plantas.[33] The present invention further provides vectors comprising said expression cassette, methods for producing a plant resistant to multiple nematode species as well as for controlling nematodes in a crop, plants resistant to multiple nematode species, their seeds and products produced from material extracted from said plants.
[34] Figura 1: Esquema representativo da construção gênica utilizada para transformação de soja visando resistência a Meloidogyne incognita e He- terodera glycines. A seta preta indica a posição do promotor do fator de conjugação a ubiquitina de soja UceS8.3, isolado e caracterizado no LIMPP e protegido pela Embrapa por patenteamento. A construção gênica inclui se- quencias do gene-alvo fator de splicing de M. incognita e H. glycines somando 440 pb em duas posições palindrômicas, ou seja, reverso e complementar, a fim de permitir a formação do RNA dupla fita. Tal região palindrômica está separada pela região intrônica oriunda do vetor de RNAi, pKannibal, originalmente isolado de Arabidopsis thaliana. tNOS é o terminador de transcrição utilizado. As setas vermelhas e verdes indicam as posições de anelamento dos oligonucleotídeos utilizados para diagnóstico de transformação de soja (Figura 2A). A sequência dos oligonucleotídeos está na Tabela 1.[34] Figure 1: Representative scheme of the gene construct used for soybean transformation targeting resistance to Meloidogyne incognita and Heterodera glycines. The black arrow indicates the position of the promoter of the soy ubiquitin conjugation factor UceS8.3, isolated and characterized in LIMPP and protected by Embrapa by patenting. The gene construction includes sequences of the splicing factor target gene from M. incognita and H. glycines, totaling 440 bp in two palindromic positions, that is, reverse and complementary, in order to allow the formation of double stranded RNA. This palindromic region is separated by the intronic region from the RNAi vector, pKannibal, originally isolated from Arabidopsis thaliana. tNOS is the transcriptional terminator used. The red and green arrows indicate the annealing positions of the oligonucleotides used for diagnosis of soybean transformation (Figure 2A). The sequence of the oligonucleotides is in Table 1.
[35] Figura 2: (A) Diagnóstico de transformação de soja por PCR. A imagem acima foi obtida por eletroforese em gel de agarose corado com brometo de etídeo do produto de PCR com os oligonucleotídos GmFSMiHg-F e GmFSMiHg-R (descritos na Tabela 1 e Figura 1). O DNA de folhas foi isolado e depois utilizado na PCR. A numeração corresponde aos indivíduos de terceira geração (T3), obtidos da multiplicação sucessiva do evento de transformação 4I T0. CN: controle negativo sem DNA molde. CP: controle positivo, DNA molde do vetor UceS8.3::GmFSMiHg. (B) Aclimatação de plantas de soja geneticamente modificada. Após a transformação por biobalística as plântulas foram mantidas em magentas por 15 dias sob seleção com o herbicida imidazolinona. Após crescimento, as plantas foram transferidas para copos com substrato orgânico e argila e foram mantidas cobertas com saco plástico para manter a humidade por uma semana. Posteriormente, as plantas foram transferidas para sacos plásticos de 20 L com o mesmo substrato e mantidas até completarem o ciclo de vida. Sementes T1 oriundas de T0, foram multiplicadas em casa de vegetação até a T2.[35] Figure 2: (A) Diagnosis of soybean transformation by PCR. The above image was obtained by ethidium bromide stained agarose gel electrophoresis of the PCR product with the oligonucleotides GmFSMiHg-F and GmFSMiHg-R (described in Table 1 and Figure 1). DNA from leaves was isolated and then used in PCR. The numbering corresponds to the third generation individuals (T3), obtained from the successive multiplication of the 4I T0 transformation event. CN: negative control without template DNA. CP: positive control, UceS8.3::GmFSMiHg vector DNA template. (B) Acclimatization of genetically modified soybean plants. After transformation by bioballistics, the seedlings were kept in magenta for 15 days under selection with the herbicide imidazolinone. After growth, the plants were transferred to cups with organic substrate and clay and kept covered with a plastic bag to maintain humidity for a week. Subsequently, the plants were transferred to 20 L plastic bags with the same substrate and kept until they completed their life cycle. T1 seeds from T0 were multiplied in a greenhouse until T2.
[36] Figura 3: Bioensaio nematológico. As plantas T3 foram desafiadas com M. incognita para determinação de indução de resistência a nematoides. (A) gráfico do resultado do desafio de eventos de soja GM (4A, 4B, 4C, 4E, 4G e 4I) e de planta controle não transformada (BR-16). A reta superior denota o número de plantas individualmente testadas no experimento de resistência (n) e o percentual de redução de ovos obtidos (%). A reta acima das barras denota erro padrão do experimento. A letra acima da barra demonstra diferença estatisticamente significante; (B) gráfico com detalhamento do bioen- saio, sem a barra com contagem da planta controle e com escala apropriada. A análise estatística nesse caso não levou em conta a planta controle.[36] Figure 3: Nematological bioassay. T3 plants were challenged with M. incognita to determine nematode resistance induction. (A) Graph of the result of the challenge of GM soybean (4A, 4B, 4C, 4E, 4G and 4I) and non-transformed control plant (BR-16) events. The upper line denotes the number of plants individually tested in the resistance experiment (n) and the percentage of egg reduction obtained (%). The straight line above the bars denotes the standard error of the experiment. The letter above the bar shows a statistically significant difference; (B) graphic with details of the bioassay, without the bar with count of the control plant and with appropriate scale. The statistical analysis in this case did not take into account the control plant.
[37] Uma concretização da presente invenção é um cassete de ex pressão compreendendo: (i) um promotor funcional em planta, induzido por nematoides; (ii) um fragmento sense substancialmente similar à SEQ ID NO: 2; (iii) um fragmento sense substancialmente similar à SEQ ID NO: 3; (iv) uma seqüência separadora; (v) um fragmento anti-sense substancialmente similar à SEQ ID NO: 5; (vi) um fragmento anti-sense substancialmente similar à SEQ ID NO: 6; (vii) um terminador funcional em planta.[37] One embodiment of the present invention is an expression cassette comprising: (i) a plant-functional, nematode-induced promoter; (ii) a sense fragment substantially similar to SEQ ID NO: 2; (iii) a sense fragment substantially similar to SEQ ID NO: 3; (iv) a separator sequence; (v) an antisense fragment substantially similar to SEQ ID NO: 5; (vi) an antisense fragment substantially similar to SEQ ID NO: 6; (vii) a functional in-plant terminator.
[38] O referido cassete é capaz de expressar dsRNA em plantas com preendendo fragmentos de genes de nematoides que silenciam genes con-servados dos referidos nematoides através do mecanismo conhecido como RNA de interferência (RNAi).[38] Said cassette is capable of expressing dsRNA in plants comprising fragments of nematode genes that silence conserved genes of said nematodes through a mechanism known as RNA interference (RNAi).
[39] Em uma concretização preferida da presente invenção, as se quências sense e anti-sense estão separas por uma sequência separadora. Opcionalmente, da região separadora é um íntron. Um “íntron” é uma seqüên- cia de nucleotídeo que é transcrita e está presente no pré mRNA, mas é removida através de clivagem e a re-ligação do mRNA dentro da célula gerando um mRNA maduro que pode ser traduzido em uma proteína. Exemplos de íntrons incluem, mas não são limitados a, íntron pdk, íntron catalase da mamona, íntron Delta 12 desnaturase de algodão, Delta 12 desnaturase de Ara- bidopsis, íntron ubiquitina de milho, íntron de SV40, íntrons do gene da malato sintase. Preferencialmente a seqüência separadora da presente invenção é um íntron PDK.[39] In a preferred embodiment of the present invention, the sense and antisense sequences are separated by a spacer sequence. Optionally, the separator region is an intron. An “intron” is a nucleotide sequence that is transcribed and is present in pre-mRNA, but is removed through cleavage and re-ligation of the mRNA within the cell generating a mature mRNA that can be translated into a protein. Examples of introns include, but are not limited to, pdk intron, castor bean catalase intron,
[40] “Promotor” refere-se à seqüência de DNA em um gene, usual mente localizada a montante da seqüência codificadora, a qual controla a ex-pressão da seqüência codificadora promovendo o reconhecimento pela RNA polimerase e outros fatores requeridos para a própria transcrição. Em uma construção de DNA artificial, promotores podem também ser utilizados para transcrever dsRNA. Promotores podem também conter seqüências de DNA que estão envolvidas na ligação de fatores de proteínas as quais controlam o efeito do início da transcrição em resposta a condições fisiológicas ou de desenvolvimento.[40] “Promoter” refers to the DNA sequence in a gene, usually located upstream of the coding sequence, which controls the expression of the coding sequence promoting recognition by RNA polymerase and other factors required for transcription itself. . In an artificial DNA construct, promoters can also be used to transcribe dsRNA. Promoters may also contain DNA sequences that are involved in binding protein factors which control the effect of transcription initiation in response to physiological or developmental conditions.
[41] Em um dos aspectos da invenção, o promotor é um promotor constitutivo. Em outro aspecto da invenção, a atividade do promotor é estimulada por fatores externos ou internos tais como, mas não limitado a, hormônios, compostos químicos, impulsos mecânicos, e condições de estresse bió- tico ou abiótico. A atividade do promotor também pode ser regulada de maneira temporal e espacial (como por exemplo, promotores tecido-específicos e promotores regulados durante o desenvolvimento).[41] In one aspect of the invention, the promoter is a constitutive promoter. In another aspect of the invention, promoter activity is stimulated by external or internal factors such as, but not limited to, hormones, chemical compounds, mechanical impulses, and biotic or abiotic stress conditions. Promoter activity can also be temporally and spatially regulated (eg, tissue-specific promoters and developmentally regulated promoters).
[42] O promotor pode conter elementos “enhancers”. Um “enhancer” é uma seqüência de DNA que pode estimular a atividade do promotor. Ela pode ser um elemento inato do promotor ou um elemento heterólogo inserido para aumentar o nível e/ou a tecido-especificidade de um promotor. “Promotores constitutivos” referem-se àqueles que dirigem a expressão gênica em todos os tecidos e durante todo tempo. Promotores “tecido-específicos” ou “desen-volvimento-específicos” são aqueles que dirigem a expressão gênica quase que exclusivamente em tecidos específicos, tais como folhas, raízes, caules, flores, frutos ou sementes, ou em estágios do desenvolvimento específicos em um tecido, como no início ou final da embriogênese. O termo “expressão” refere-se a transcrição e acumulação estável do dsRNA derivado dos fragmentos de ácidos nucléicos da invenção que, em conjunto com a aparelhagem de produção de proteína da célula, resulta em níveis alterados de mio- inositol 1-fosfato sintase. “Inibição por interferência” refere-se a produção de transcritos de dsRNA capazes de prevenir a expressão da proteína alvo.[42] The promoter may contain “enhancer” elements. An "enhancer" is a DNA sequence that can stimulate promoter activity. It may be an innate element of the promoter or a heterologous element inserted to increase the level and/or tissue-specificity of a promoter. “Constitutive promoters” refer to those that drive gene expression in all tissues and at all times. “Tissue-specific” or “development-specific” promoters are those that direct gene expression almost exclusively in specific tissues, such as leaves, roots, stems, flowers, fruits, or seeds, or at specific developmental stages in a tissue, such as at the beginning or end of embryogenesis. The term "expression" refers to the transcription and stable accumulation of dsRNA derived from the nucleic acid fragments of the invention which, in conjunction with the cell's protein production apparatus, results in altered levels of myo-inositol 1-phosphate synthase. "Interference inhibition" refers to the production of dsRNA transcripts capable of preventing expression of the target protein.
[43] Em uma concretização preferida da presente invenção, o referido promotor é específico de tecidos colonizados por nematoides ou induzido por infestação por nematoides. Preferencialmente o promotor tem a sequência identificada como SEQ ID NO: 1.[43] In a preferred embodiment of the present invention, said promoter is specific to tissues colonized by nematodes or induced by nematode infestation. Preferably the promoter has the sequence identified as SEQ ID NO: 1.
[44] Ainda de acordo com uma concretização preferida da presente invenção, as sequências sense e anti-sense de (ii) e (iv) pertencem a um gene que codifica um fator de splicing (FS) do nematoide.[44] Still in accordance with a preferred embodiment of the present invention, the sense and antisense sequences of (ii) and (iv) belong to a gene encoding a nematode splicing factor (FS).
[45] Em uma concretização preferida da presente invenção as sequên cias dos componentes (ii) e (iv) pertencem às espécies de nematoides Heterodera glycines e Meloidogyne incognita, respectivamente, e mais preferivelmente o cassete de expressão contem a seguinte composição: (i) uma seqüência promotora tendo uma sequência substanci almente similar à SEQ ID NO: 1 (ii) a primeira sequência sense tendo uma sequência substanci-almente similar à SEQ ID NO: 2; (iii) a segunda sequência sense promotora tendo uma sequência substancialmente similar à SEQ ID NO: 3; (iv) a sequência separadora promotora tendo uma sequência substancialmente similar à SEQ ID NO: 4; (v) a primeira sequência anti-sense promotora tendo uma sequência substancialmente similar à SEQ ID NO: 5; (vi) a segunda sequência anti-sense promotora tendo uma se-quência substancialmente similar à SEQ ID NO: 6; (vii) a sequência terminadora promotora tendo uma sequência substancialmente similar à SEQ ID NO: 7.[45] In a preferred embodiment of the present invention the sequences of components (ii) and (iv) belong to the nematode species Heterodera glycines and Meloidogyne incognita, respectively, and more preferably the expression cassette contains the following composition: (i) a promoter sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 1 (ii) the first sense sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 2; (iii) the second sense promoter sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 3; (iv) the promoter spacer sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 4; (v) the first antisense promoter sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 5; (vi) the second antisense promoter sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 6; (vii) the promoter terminator sequence having a sequence substantially similar to SEQ ID NO: 7.
[46] Em uma concretização preferida da presente invenção, a sequên cia do cassete de expressão é substancialmente similar à SEQ ID NO: 8.[46] In a preferred embodiment of the present invention, the sequence of the expression cassette is substantially similar to SEQ ID NO: 8.
[47] O termo “substancialmente similar” ou “similaridade substancial” refere-se a fragmentos de ácidos nucléicos nos quais mudanças em uma ou mais bases de nucleotídeos não afetam a habilidade do fragmento de ácido nucléico mediar a alteração da expressão gênica pelo silenciamento gênico através, por exemplo, da tecnologia antisense, co-supressão ou RNA de interferência (RNAi). Fragmentos de ácido nucléico substancialmente similares da presente invenção podem ser caracterizados também pela porcentagem de similaridade de suas seqüências de nucleotídeos com as seqüências de nucleotídeo dos fragmentos de ácidos nucléicos descritas aqui (SEQ ID NO 1-8), como determinada por algoritmos comuns empregados no estado da técnica. Os fragmentos de ácidos nucléicos preferidos são aqueles cujas seqüên- cias de nucleotídeos têm pelo menos cerca de 40 ou 45% de identidade de seqüência, preferencialmente cerca de 50% ou 55% de identidade de seqüên- cia, mais preferencialmente cerca de 60% ou 65% de identidade de seqüên- cia, mais preferencialmente cerca de 70% ou 75% de identidade de seqüên- cia, mais preferencialmente cerca de 80% ou 85% de identidade de seqüên- cia, mais preferencialmente ainda com cerca de 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% ou 99% de identidade de seqüência quando comparada com a seqüência de referência. O alinhamento de seqüência e o cálculo de porcentagem de similaridade da presente invenção foram realizados utilizando-se o Programa DNAMAN for windows (Lynnon Corporation, 2001), utilizando seqüências depositadas no GenBank, através da integração do Web browser.[47] The term “substantially similar” or “substantial similarity” refers to nucleic acid fragments in which changes in one or more nucleotide bases do not affect the ability of the nucleic acid fragment to mediate change in gene expression by gene silencing. through, for example, antisense technology, co-suppression or RNA interference (RNAi). Substantially similar nucleic acid fragments of the present invention may also be characterized by the percentage similarity of their nucleotide sequences to the nucleotide sequences of the nucleic acid fragments described herein (SEQ ID NOs 1-8), as determined by common algorithms employed in state of the art. Preferred nucleic acid fragments are those whose nucleotide sequences have at least about 40 or 45% sequence identity, preferably about 50% or 55% sequence identity, more preferably about 60% or 55% sequence identity. 65% sequence identity, more preferably about 70% or 75% sequence identity, most preferably about 80% or 85% sequence identity, most preferably about 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% or 99% sequence identity when compared to the reference sequence. Sequence alignment and percentage similarity calculation of the present invention were performed using the DNAMAN program for windows (Lynnon Corporation, 2001), using sequences deposited in GenBank, through the integration of the Web browser.
[48] Uma das formas de se formar o dsRNA é estando presente na molécula de DNA a seqüência de nucleotídeos do gene alvo na orientação sense, e uma seqüência de nucleotídeos na orientação antisense, podendo haver ou não uma região espaçadora entre as seqüências de nucleotídeos sense e antisense. As seqüências de nucleotídeos mencionadas podem ser constituídas de cerca de 19nt a 2000nt ou ainda cerca de 5000 nucleotídeos ou mais, cada um tendo uma similaridade substancial de seqüência total com cerca de 40% a 100%. Quanto mais longa for a seqüência, menos estringên- cia é requerida para similaridade substancial total da seqüência. Os fragmentos contendo pelo menos cerca de 19 nucleotídeos devem ter preferencialmente cerca de 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% ou 99% de identidade de seqüência quando comparada com a seqüência de referência, com possibilidade de ter cerca de 2 nucleotídeos distintos não contíguos. Preferencialmente são utilizados fragmentos acima de 60pb, mais preferencialmente ainda fragmentos entre 100 a 500pb.[48] One of the ways to form dsRNA is if the nucleotide sequence of the target gene is present in the DNA molecule in the sense orientation, and a sequence of nucleotides in the antisense orientation, with or without a spacer region between the nucleotide sequences. sense and antisense. The mentioned nucleotide sequences may consist of from about 19nt to 2000nt or even from about 5000 nucleotides or more, each having substantial total sequence similarity of about 40% to 100%. The longer the sequence, the less stringency is required for substantial overall sequence similarity. Fragments containing at least about 19 nucleotides should preferably have about 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% sequence identity as compared to the reference sequence, with the possibility of having about 2 distinct non-contiguous nucleotides. Preferably fragments above 60bp are used, most preferably fragments between 100 to 500bp.
[49] Em um dos aspectos da invenção, a molécula de dsRNA pode compreender uma ou mais regiões tendo uma similaridade substancial de se- qüência para as regiões com pelo menos cerca de 19 nucleotídeos consecutivos dos nucleotídeos sense do gene alvo, definida como primeira região e, uma ou mais regiões tendo uma similaridade substancial de seqüência para as regiões com cerca de 19 nucleotídeos consecutivos do complemento dos nucleotídeos sense do gene alvo, definida como segunda região, onde essas regiões podem ter pares de bases separando-as uma da outra.[49] In one aspect of the invention, the dsRNA molecule may comprise one or more regions having substantial sequence similarity to regions with at least about 19 consecutive nucleotides of the sense nucleotides of the target gene, defined as the first region and, one or more regions having substantial sequence similarity to regions of about 19 consecutive nucleotides of the complement of the sense nucleotides of the target gene, defined as the second region, where these regions may have base pairs separating them from one another.
[50] A invenção compreende ainda vetores compreendendo os casse tes da presente invenção assim como métodos para produção de uma planta resistente a múltiplas espécies de nematoides, compreendendo inserir em uma célula vegetal um cassete da presente invenção e regenerar uma planta a partir da referida célula vegetal.[50] The invention further comprises vectors comprising the cassettes of the present invention as well as methods for producing a plant resistant to multiple nematode species, comprising inserting a cassette of the present invention into a plant cell and regenerating a plant from said cell. vegetable.
[51] A invenção compreende ainda plantas resistentes a múltiplas es pécies de nematoides possuindo um cassete da presente invenção integrado ao seu genoma.[51] The invention further comprises plants resistant to multiple nematode species having a cassette of the present invention integrated into their genome.
[52] “Plantas” referem-se a organismos fotossintéticos, ambos eucari- otos e procariotos, onde o termo “plantas desenvolvidas” refere-se a plantas eucariotas. Os ácidos nucleicos da invenção podem ser utilizados para conferir tratos desejados em essencialmente qualquer planta. Então, a invenção possui uso sobre várias espécies de plantas, incluindo espécies dos gêneros Anacardium, Anona, Arachis, Artocarpus, Asparagus, Atropa, Avena, Brassica, Carica, Citrus, Citrullus, Capsicum, Carthamus, Cocos, Coffea, Cucumis, Cucurbita, Daucus, Elaeis, Fragaria, Glycine, Gossypium, Helianthus, Hetero-callis, Hordeum, Hyoseyamus, Lactuca, Linum, Lolium, Lupinus, Lycopersi- con, Malus, Manihot, Majorana, Medicago, Nicotiana, Olea, Oryza, Panieum, Pannesetum, Passiflora, Persea, Phaseolus, Pistachia, Pisum, Pyrus, Prunus, Psidium, Raphanus, Ricinus, Secale, Senecio, Sinapis, Solanum, Sorghum, Theobromus, Trigonella, Triticum, Vicia, Vitis, Vigna, e Zea. Preferivelmente a planta da presente invenção é uma planta de soja.[52] “Plants” refers to photosynthetic organisms, both eukaryotes and prokaryotes, where the term “developed plants” refers to eukaryotic plants. The nucleic acids of the invention can be used to provide desired tracts in essentially any plant. Therefore, the invention has use on various plant species, including species of the genera Anacardium, Anona, Arachis, Artocarpus, Asparagus, Atropa, Avena, Brassica, Carica, Citrus, Citrullus, Capsicum, Carthamus, Cocos, Coffea, Cucumis, Cucurbita, Daucus, Elaeis, Fragaria, Glycine, Gossypium, Helianthus, Hetero-callis, Hordeum, Hyoseyamus, Lactuca, Linum, Lolium, Lupinus, Lycopersicon, Malus, Manihot, Majorana, Medicago, Nicotiana, Olea, Oryza, Panieum, Pannesetum, Passiflora, Persea, Phaseolus, Pistachia, Pisum, Pyrus, Prunus, Psidium, Raphanus, Ricinus, Secale, Senecio, Sinapis, Solanum, Sorghum, Theobromus, Trigonella, Triticum, Vicia, Vitis, Vigna, and Zea. Preferably the plant of the present invention is a soybean plant.
[53] A invenção compreende ainda sementes de uma planta pos suindo um cassete da presente invenção integrado ao seu genoma bem como produtos produzidos a partir de material extraído de uma planta possuindo um cassete da presente invenção integrado ao seu genoma, tais como produtos alimentícios e/ou ração animal.[53] The invention further comprises seeds from a plant having a cassette of the present invention integrated into its genome as well as products produced from material extracted from a plant having a cassette of the present invention integrated into its genome, such as food products and /or animal feed.
[54] A invenção compreende também métodos para o controle de ne- matoides em uma plantação, compreendendo cultivar uma planta possuindo um cassete da presente invenção integrado ao seu genoma.[54] The invention also comprises methods for controlling nematodes in a crop, comprising cultivating a plant having a cassette of the present invention integrated into its genome.
[55] A presente invenção é ainda definida nos seguintes Exemplos. Deve ser entendido que esses Exemplos, enquanto indicam parte da invenção, são colocados como forma de ilustração somente, não tendo, portanto, qualquer cunho limitante do escopo das presentes invenções.[55] The present invention is further defined in the following Examples. It is to be understood that these Examples, while indicating part of the invention, are given by way of illustration only, and therefore do not have any limitation on the scope of the present inventions.
[56] Técnicas usuais de biologia molecular tais como transformação de bactérias e eletroforese em gel de agarose de ácidos nucleicos são referidos através de termos comuns para descrevê-los. Detalhes da prática dessas técnicas, bem conhecidos no estado da técnica, são descritos em Sambrook, et al. (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press). Várias soluções utilizadas nas manipulações expe-rimentais são referidas por seus nomes comuns tais como “solução de lise”, “SSC”, “SDS”, etc. As composições dessas soluções podem ser encontradas na referência Sambrook, et al. (supracitada).[56] Usual molecular biology techniques such as bacterial transformation and agarose gel electrophoresis of nucleic acids are referred to by common terms to describe them. Details of the practice of these techniques, well known in the art, are described in Sambrook, et al. (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed. (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press). Various solutions used in experimental manipulations are referred to by their common names such as “lysis solution”, “SSC”, “SDS”, etc. Compositions of these solutions can be found in the reference Sambrook, et al. (above).
[57] Novos genes-alvo para RNAi são selecionados com base nos se guintes critérios: (a) seus ortólogos em C. elegans devem ser genes essenciais e/ou possuir fenótipos letais quando silenciados ou nocauteados; (b) suas sequências devem apresentar alta identidade apenas com espécies de nema- toides; (c) suas sequências devem estar disponíveis no banco de dados (Gen-Bank, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore) e (d) Para assegurar que os propostos dsRNAs não sejam um risco a organismos não-alvo, as sequências dos fragmentos dos genes em questão utilizados para a síntese de dsRNA são comparadas com outras sequências disponíveis no GenBank, utilizando a ferra-menta BLAST"n(versão 2.2.15) (ALTSCHUL, S. F.; GISH,W.; MILLER,W.; MYERS,E. W. & LIPMAN, D. J. Basic local alignment search tool. Journal of Molecular Biology, v. 215, n. 3, p. 403-10, Oct 5 1990).[57] New target genes for RNAi are selected based on the following criteria: (a) their C. elegans orthologs must be essential genes and/or have lethal phenotypes when silenced or knocked out; (b) their sequences must show high identity only with nematode species; (c) their sequences must be available in the database (Gen-Bank, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore) and (d) To ensure that proposed dsRNAs do not pose a risk to non- -target, the sequences of the fragments of the genes in question used for the synthesis of dsRNA are compared with other sequences available in GenBank, using the BLAST"n tool (version 2.2.15) (ALTSCHUL, S. F.; GISH, W.; MILLER, W.; MYERS, E. W. & LIPMAN, D. J. Basic local alignment search tool. Journal of Molecular Biology, v. 215, no. 3, p. 403-10,
[58] Baseado nas revisões de literatura, bem como sequências dispo níveis no banco de dados (GenBank,) foi selecionado um gene de processamento de mRNA (FS) em M. incognita (AW828516) e um gene também envolvido no processamento de mRNA (FS) em H. glycines (AF113915).[58] Based on literature reviews, as well as sequences available in the database (GenBank,) an mRNA processing gene (FS) was selected in M. incognita (AW828516) and a gene also involved in mRNA processing ( FS) in H. glycines (AF113915).
[59] Uma vez selecionados os genes-alvo, suas sequências foram submetidas ao BlockTM RNAi Designer (http: rnaidesigner.invitrogen.com/ rnaiex- press/), para a escolha da região de cada gene com maior probabilidade de produção de siRNAs eficientes. Foram escolhidas regiões contendo entre 120 e 250 pares de base.[59] Once the target genes were selected, their sequences were submitted to the BlockTM RNAi Designer (http: rnaidesigner.invitrogen.com/ rnaiexpress/), to choose the region of each gene with the highest probability of producing efficient siRNAs . Regions containing between 120 and 250 base pairs were chosen.
[60] As regiões gênicas selecionadas no BlockTM RNAi Designer foram submetidas ao banco de dados GenBank™ pelos programas BLASTn (nucleotide blast) e BLASTp (protein blast, no endereço eletrônico do NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ blast/Blast.cgi).afinl de identificar possíveis efeitos de RNAi em plantas, hunIall0s e outros organismos não-alvo.[60] The gene regions selected in the BlockTM RNAi Designer were submitted to the GenBank™ database by the BLASTn (nucleotide blast) and BLASTp (protein blast) programs, at the NCBI website (http://www.ncbi.nlm.nih. gov/blast/Blast.cgi). in order to identify possible effects of RNAi on plants, hunIall0s, and other non-target organisms.
[61] Para avaliar a eficiência do silenciamento gênico após ensaios de infestação em linhagens de soja GM, foram desenhados pares de oligonucle- otídeos (primers) para cada gene.[61] To assess the efficiency of gene silencing after infestation assays in GM soybean lines, oligonucleotide pairs (primers) were designed for each gene.
[62] O desenho dos oligonucleotídeos foi realizado pelo programa pri- mer3 v.0.4.0 (http://frodo.wi.mitt.edu/), que sugere os melhores pares dentro da sequência fornecida e para o tamanho do produto desejado. O programa também fornece parâmetros importantes como Tm (melting temperature), %GC,formação de loop e de homodímero.[62] The design of the oligonucleotides was performed by the program primer3 v.0.4.0 (http://frodo.wi.mitt.edu/), which suggests the best pairs within the given sequence and for the size of the desired product. . The program also provides important parameters such as Tm (melting temperature), %GC, loop formation and homodimer.
[63] Os oligos escolhidos estão descritos na Tabela 1 Tabela 1 - Seqüências dos oligonucleotídeos [63] The chosen oligos are described in Table 1 Table 1 - Sequences of oligonucleotides
[64] Os disparos de partículas de tungstênio com DNA adsorvido fo ram efetuados na região meristemática de embriões provenientes de sementes da cultivar de soja BR-16. Foi utilizada a estratégia de co-transformação com os plasmídios UceSB.3::GmFSMiHg (para silenciamento gênico de fito- nematoides) e pAC321 (resistência a herbicida), utilizando o protocolo de bio- balística (RECH, E. L.; VIANNA,G. R.& ARAGAO,F. J. L. High-efficiency trans-formation by biolistics of soybean, common bean and cotton transgenic plants. Nature Protocols, v. 3, n. 3, p. 410-418, 2008.[64] The shots of tungsten particles with adsorbed DNA were performed in the meristematic region of embryos from seeds of the soybean cultivar BR-16. The co-transformation strategy with the plasmids UceSB.3::GmFSMiHg (for gene silencing of plant nematodes) and pAC321 (herbicide resistance) was used, using the bioballistics protocol (RECH, E. L.; VIANNA, G. R.& ARAGAO, F. J. L. High-efficiency transformation by biolistics of soybean, common bean and cotton transgenic plants. Nature Protocols, v. 3, n. 3, p. 410-418, 2008.
[65] As sementes foram primeiramente esterilizadas em etanol 70% por 10 minutos, seguida por imersão em hipoclorito 50% por vinte minutos, e então lavadas três vezes com água destilada autoclavada em câmara de fluxo laminar, permanecendo imersas em água destilada por um período aproximadamente de 16 horas.[65] The seeds were first sterilized in 70% ethanol for 10 minutes, followed by immersion in 50% hypochlorite for twenty minutes, and then washed three times with distilled water autoclaved in a laminar flow chamber, remaining immersed in distilled water for a period of time. approximately 16 hours.
[66] As sementes foram então incisadas para a retirada dos embriões com o auxílio de pinças e bisturis estéreis, sendo armazenadas em placa de Petri com água destilada para evitar a dessecação. Em seguida, os primórdios foliares foram retirados com o auxílio de lupa, para exposição da região do meristema apical.[66] The seeds were then incised to remove the embryos with the aid of tweezers and sterile scalpels, being stored in a Petri dish with distilled water to prevent desiccation. Then, the leaf primordia were removed with the aid of a magnifying glass to expose the apical meristem region.
[67] Posteriormente, os embriões foram secos sob exposição ao am biente em papel filtro em câmara de fluxo laminar, e posteriormente posicionados em placas de Petri de 5 cm de diâmetro, contendo 11 mL de meio MS (Murashige & Skoog 1962), 3% de sacarose e 0,8% de phytagel e pH 5,7. Dispostos na linha de um círculo de 16 mm de diâmetro centralizado a placa (zona de morte), tendo a região do meristema apical direcionada para cima.[67] Subsequently, the embryos were dried under exposure to the environment on filter paper in a laminar flow chamber, and later placed in 5 cm diameter Petri dishes containing 11 mL of MS medium (Murashige & Skoog 1962), 3 % sucrose and 0.8% phytagel and pH 5.7. Arranged on the line of a 16 mm diameter circle centered on the plate (death zone), with the apical meristem region facing upwards.
[68] As construções de DNA foram precipitadas sobre micropartículas de tungstênio como auxílio de CaCl2e espermidina. A introdução das construções gênicas de interesse ocorreu pelo uso do acelerador de partículas desenvolvido no Brasil.[68] The DNA constructs were precipitated onto tungsten microparticles with the aid of CaCl2 and spermidine. The introduction of the gene constructs of interest occurred through the use of the particle accelerator developed in Brazil.
[69] Após a co-transformação com os genes de interesse, os embriões foram transferido para placas contendo meio MS suplementado com benzila- minopurina (BAP - 5 mg/ml), 3% de sacarose, 0,6% de ágar e pH 5,7, onde permaneceram aproximadamente 18 horas ao abrigo da luz a 28° C para in- dução ao multibrotamento. Os embriões foram então transferidos para magentas contendo meio seletivo com, MS,3% de sacarose, 0,15 μM de herbicida Ima- zapyr, 0,8% de ágar e, vitamina B5, pH 5,7, sendo 9 embriões em cada magenta, os quais foram mantidos em câmara de crescimento a temperatura de 28° C, com 16 horas de fotoperíodo e luminosidade 350 μmols.m-2.s-1e umidade relativa acima de 80% por aproximadamente 45 dias.[69] After co-transformation with the genes of interest, the embryos were transferred to plates containing MS medium supplemented with benzylaminopurine (BAP - 5 mg/ml), 3% sucrose, 0.6% agar and pH 5.7, where they remained approximately 18 hours protected from light at 28°C for induction of multi-sprouting. The embryos were then transferred to magenta containing selective media with MS.3% sucrose, 0.15 μM Imazapyr herbicide, 0.8% agar and vitamin B5, pH 5.7, with 9 embryos in each magenta, which were kept in a growth chamber at a temperature of 28° C, with 16 hours of photoperiod and luminosity of 350 μmols.m-2.s-1 and relative humidity above 80% for approximately 45 days.
[70] Após esse período foram transferidos dois embriões multibrota- dos por copo contendo areia:vermiculita (1:1) autoclavadas e umedecidas com solução nutritiva e cobertos com saco plástico para aclimatação. Os embriões multibrotados foram irrigados com solução nutritiva a cada 7 dias e mantidos por mais 28 dias em câmara climatizada, até a transferência para a casa de vegetação.[70] After this period, two multi-sprouted embryos were transferred per cup containing sand:vermiculite (1:1), autoclaved and moistened with a nutrient solution and covered with a plastic bag for acclimatization. The multi-sprouted embryos were irrigated with nutrient solution every 7 days and kept for another 28 days in an acclimatized chamber, until transfer to the greenhouse.
[71] Após esse período de 28 dias, foram transferidos para casa de vegetação em vasos contendo uma mistura de terra e areia esterilizada (5:3), cobertos com saco plástico durante sete dias para aclimatação, sendo substituído por saco plástico furado por mais cinco dias. Após esse período de aclimatação os sacos plásticos foram retirados para o desenvolvimento normal das plantas até o início das análises moleculares para a identificação de plantas positivas pela técnica de PCR.[71] After this period of 28 days, they were transferred to a greenhouse in pots containing a mixture of soil and sterilized sand (5:3), covered with a plastic bag for seven days for acclimatization, being replaced by a plastic bag with holes for more five days. After this acclimatization period, the plastic bags were removed for the normal development of the plants until the beginning of the molecular analyzes for the identification of positive plants by the PCR technique.
[72] No período de 3 meses foram transformados 2946 embriões por biobalística, que foram selecionados por resistência ao herbicida Imazapir, cuja resistência é conferida pelo gene Ahas. Os 1495 embriões remanescentes foram aclimatados e transferidos para a casa de vegetação. Desses anteriores, 673 foram capazes de se regenerarem e se desenvolverem. Desses, 350 plantas foram testadas por PCR resultando em 31 plantas (8,85% do total analisado) que amplificaram o transgene (Tabela 2). Considerando todas as etapas realizadas, foi obtido quase 1% de plantas GM PCR-positivo em relação ao número de embriões transformados.[72] In a period of 3 months, 2946 embryos were transformed by bioballistics, which were selected for resistance to the herbicide Imazapir, whose resistance is conferred by the Ahas gene. The remaining 1495 embryos were acclimatized and transferred to the greenhouse. Of these earlier ones, 673 were able to regenerate and develop. Of these, 350 plants were tested by PCR, resulting in 31 plants (8.85% of the total analyzed) that amplified the transgene (Table 2). Considering all the steps performed, almost 1% of GM PCR-positive plants were obtained in relation to the number of transformed embryos.
[73] Os resultados foram confirmados por diferentes amplificações por PCR utilizando pares de primers específicos (Figura 1) para construção UceS8.3::GmFSMiHg.[73] The results were confirmed by different PCR amplifications using specific primer pairs (Figure 1) for the UceS8.3::GmFSMiHg construct.
[74] Foram realizadas 3150 amplificações, partindo de 1050 amostras de DNA, para caracterização das 350 plantas regeneradas (Tabela 2). Tabela 2 - Resultados obtidos pelo processo de transformação *Porcentagens são sempre em reahção ao número inicial de embriões bombardeados[74] 3150 amplifications were performed, starting from 1050 DNA samples, to characterize the 350 regenerated plants (Table 2). Table 2 - Results obtained by the transformation process *Percentages are always in relation to the initial number of bombed embryos
[75] A seleção das plantas transformadas foi feita por análises de PCR.Usando o kit Extract-N-AmpTM Tissue PCR Kit (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO,EUA),o DNA de folhas foi purificado e a PCR amplificou fragmentos dos transgenes no genoma de cada evento gerado. Cada planta teve seu DNA extraído independentemente três vezes, cada qual partindo de diferentes tri- fólios, sendo que cada amostra de DNA serviu de molde para três PCRs também independentes. Foram consideradas como plantas PCR-positivas aquelas que amplificaram o transgene ao menos uma vez para cada extração de DNA, ou seja, para cada trifólio. A confirmação da inserção da construção UceS8.3::GnlFSMiHg foi feita separadamente com dois pares de primers que amplificam diferentes regiões dentro da construção. Os primers InGmFSMiHg- F e InGmFSMiHg-R (SEQ ID NO 9 e SEQ ID NO 10 - Figura 1) amplificam um fragmento de 135 pb, no intron. Já os primers GmFSMiHg-F e GmFSMiHg- R (SEQ ID NO 11 e SEQ ID NO 12 - Figura 1) amplificam um fragmento de 440 pb na região senso. Utilizando 400 nM de cada primer, as amplificações por PCR foram realizadas em termociclador Mycycler (BioRad), com o programa: desnaturação inicial de 1'30" a 94° C, 35 ciclos de desnaturação de 30" a 94° C, anelamento de 30" a 55° C e extensão de 45" a 72° C,seguido de uma extensão final de 5' a 72° C. Os produtos de PCR foram separados por eletroforese em gel de agarose 1,3%, corados com brometo de etídeo e visualizados em transluminador.[75] The selection of transformed plants was performed by PCR analysis. Using the Extract-N-AmpTM Tissue PCR Kit (Sigma-Aldrich, Saint Louis, MO, USA), the DNA from leaves was purified and PCR amplified fragments of the transgenes in the genome of each generated event. Each plant had its DNA extracted independently three times, each starting from different trifoliates, and each DNA sample served as a template for three independent PCRs. Those that amplify the transgene at least once for each DNA extraction, that is, for each trefoil, were considered as PCR-positive plants. Confirmation of the insertion of the UceS8.3::GnlFSMiHg construct was done separately with two pairs of primers that amplify different regions within the construct. The primers InGmFSMiHg-F and InGmFSMiHg-R (
[76] Plantas PCR-positivas para os dois amplicons foram transferidas para vasos de 15L com solo e mantidas em casa de vegetação.[76] PCR-positive plants for both amplicons were transferred to 15L pots with soil and kept in a greenhouse.
[77] Para averiguar o efeito do silenciamento do gene de processa mento do mRNA (FS) nos nematoides foram realizados bioensaios com ino-culação de J2 de M.incognita nas plantas transformadas com a construção a ser estudada.[77] To investigate the effect of mRNA processing (FS) gene silencing on nematodes, bioassays were performed with inoculation of M.incognita J2 in plants transformed with the construct to be studied.
[78] A cultura de M.incognita, raça 1, foi mantida em plantas de toma teiro (Solanum lycopersicum), da variedade suscetível Santa Cruz e cultivar Kada Gigante. A coleta de nematoides em seus diferentes estádios de desenvolvimento foi realizada a partir de 28 dias após a inoculação (DAI).[78] The culture of M.incognita,
[79] Os ovos foram extraídos de acordo com HUSSEY & BARKER 1973 (HUSSEY, R. S. & BARKER, A. A. Comparation methods of colleting inocula of Meloigogyne spp. including a new technique. The Plant Disease Reporter v. 57, p. 1025-1028, 1973). Brevemente, as raízes foram trituradas em liquidificador por dois minutos, em hipoclorito de sódio (NaOCI)0,5%. A contagem dos ovos foi feita em lâmina de Peters, utilizando microscópio óptico de luz (VRAIN, T. C.A technique for the collection of larvae of Meloidogyne spp. and a comparison of eggs and larvae as inocula. Journal Nematology, v. 9, p. 249-251, 1977.).[79] Eggs were extracted according to HUSSEY & BARKER 1973 (HUSSEY, R. S. & BARKER, A. A. Comparison methods of collecting inocula of Meloigogyne spp. including a new technique. The Plant Disease Reporter v. 57, p. 1025-1028, 1973). Briefly, the roots were ground in a blender for two minutes, in sodium hypochlorite (NaOCI) 0.5%. Eggs were counted on a Peters slide using an optical light microscope (VRAIN, T. C.A technique for the collection of larvae of Meloidogyne spp. and a comparison of eggs and larvae as inocula. Journal Nematology, v. 9, p. 249 -251, 1977.).
[80] Para a coleta de juvenis em estádio J2, a suspensão de ovos foi submetida à técnica do funil de Baernlann, mantidas a temperatura ambiente, em um recipiente contendo água destilada para permitir a eclosão dos ovos e subsequentemente coleta dos nematoides. A coleta de J2 eclodidos foi realizada ao longo de uma semana, a cada dois dias.[80] For the collection of juveniles in the J2 stage, the egg suspension was submitted to the Baernlann funnel technique, kept at room temperature, in a container with distilled water to allow the eggs to hatch and subsequently the nematode collection. The collection of hatched J2 was carried out over a week, every two days.
[81] A fim de avaliar a indução de resistência a M.incognita nos even tos de soja GM foi montado um bioensaio em casa de vegetação. Progênies da segunda geração (T3), no estádio de 2-3 trifólios, foram plantadas em vasos que continham 300 mL de solo, que foram inoculados com uma população aproximadamente 1.000 J2 de M.incognita 1. Plantas da cultivar BR-16 (não transgênica), que não possui resistência a M.incognita raça 1, foram plantadas e inoculadas servindo como controle. As plantas permaneceram em casa de vegetação durante 6 semanas, sendo irrigadas quando necessário. As raízes de soja foram processadas individualmente para a extração dos ovos aos 45 dias após inoculação (DAI). As raízes foram individualmente lavadas para retirada de solo, secas com papel toalha, pesadas, trituradas em liquidificador com 0,5% NaCIO por 2 minutos, lavadas com jato d'água e os ovos foram separados em peneira de 500 Mesh.[81] In order to evaluate the induction of resistance to M.incognita in GM soybean events, a bioassay was set up in a greenhouse. Second generation progenies (T3), at the 2-3 trifoliate stage, were planted in pots containing 300 mL of soil, which were inoculated with a population of approximately 1,000 J2 of
[82] Considerando cada planta, o volume final da suspensão com ovos obtidos foi corrigido para 30 mL, sendo que três alíquotas de 1mL foram retiradas. Após contagem de ovos usando microscópio e lâmina de Peters, a contagem foi normalizada com a massa da raiz, determinando o número de ovos g-l de raiz.[82] Considering each plant, the final volume of the suspension with eggs obtained was corrected to 30 mL, and three 1mL aliquots were withdrawn. After egg counting using a microscope and Peters slide, the count was normalized to root mass, determining the number of g-l root eggs.
[83] Todos os dados obtidos do bioensaio foram avaliados estatistica mente por meio do procedimento de modelos lineares generalizados (GLM) utilizando pacotes estatísticos do Programa R (R:A language and environment for statistical computing. 2005. Disponível em: http://www.R-project.org ).[83] All data obtained from the bioassay were statistically evaluated using the Generalized Linear Modeling (GLM) procedure using Program R statistical packages (R:A language and environment for statistical computing. 2005. Available at: http:// www.R-project.org ).
[84] As sementes dos eventos transformados foram germinadas e as plantas que se desenvolveram foram transplantadas para vasos em casa de vegetação. Quando atingiram o estádio de 2-3 trifólios, as plantas foram ge- notipadas por PCR para a detecção do transgene (Figura 2A). As plantas que não apresentaram o fragmento correspondente foram descartadas, sendo que apenas as plantas positivas foram utilizadas nos bioensaios (Figura 2B).[84] Seeds from the transformed events were germinated and the plants that developed were transplanted into pots in a greenhouse. When they reached the 2-3 trifoliate stage, the plants were genotyped by PCR for transgene detection (Figure 2A). The plants that did not present the corresponding fragment were discarded, and only the positive plants were used in the bioassays (Figure 2B).
[85] Cada planta foi inoculada com aproximadamente 1000 J2 obtidos em sistema de eclosão. Cada tratamento foi composto de 6 a 10 repetições. O desafio foi completamente repetido duas vezes em períodos diferentes. Aproximadamente seis semanas após a inoculação, as raízes das plantas foram individualmente extraídas e processadas para determinação do o número de ovos. g-l de raiz. Todos os valores dos bioensaios foram relativados em relação ao tratamento controle para normalizar os dados entre as repetições biológicas, e possibilitar a análise estatística. Esta normalização foi necessária porque os dados referentes à infecção de fitonematoides variam muito de um experimento para outro, podendo causar erro de interpretação destes dados. Estas variações são inerentes tanto do experimento com nematoides, pois não se sabe quantos realmente penetram na raiz, como da técnica de RNAi, pois não se sabe o quanto o nematoide vai ingerir de dsRNA/siRNA. Para a avaliação estatística de todos os dados, foi utilizada a análise de modelos lineares generalizados (GLM), e após a definição do melhor modelo de ajuste para cada grupo de dados (por exemplo: número de ovos, número de J2 eclodidos, etc.) foi realizada uma análise de variância dos desvios (ANODEV) (Pacote “car", programa R.). Nos casos em que a ANODEV foi significativa, os tratamentos foram submetidos à análise de contrastes (Pacote “contrast", programa R) para determinar se existem diferenças significativas entre os tratamentos.[85] Each plant was inoculated with approximately 1000 J2 obtained in a hatching system. Each treatment consisted of 6 to 10 replicates. The challenge was completely repeated twice at different times. Approximately six weeks after inoculation, plant roots were individually extracted and processed to determine the number of eggs. root g-l. All bioassay values were relative to the control treatment to normalize the data between the biological replicates and enable statistical analysis. This normalization was necessary because the data referring to the infection of nematodes vary greatly from one experiment to another, which may cause an error in the interpretation of these data. These variations are inherent both in the experiment with nematodes, as it is not known how many actually penetrate the root, and in the RNAi technique, as it is not known how much dsRNA/siRNA the nematode will ingest. For the statistical evaluation of all data, the analysis of generalized linear models (GLM) was used, and after defining the best fit model for each data group (for example: number of eggs, number of J2 hatched, etc. ) an analysis of variance of variance (ANODEV) was performed (Package “car”, program R.) determine whether there are significant differences between treatments.
[86] Ao avaliar os dados referentes aos eventos de soja com a cons trução UceS8.3::GmFSMiHg, o número ovos por grama de raiz se ajustou melhor ao modelo de distribuição normal com função de ligação identidade. Ao comparar-se o número de ovos g-l de raiz entre o tratamento controle e os eventos transgênicos expressando dsRNA para FS, foi verificado que este número foi de 71% a 91% menor nos eventos transgênicos (Figura 3A), sendo essa diferença significativa pela análise de contrastes (p<0,05). Os eventos transgênicos não foram estatisticamente diferentes quando comparados entre si, exceto o evento GmFSMiHg- 4IT3 (Figura 3B). Então, plantas transformadas com o cassete de expressão da presente invenção apresentam, portanto, elevada resistência contra nematoides.[86] When evaluating the data regarding soybean events with the UceS8.3::GmFSMiHg construct, the number of eggs per gram of root better fitted the normal distribution model with identity binding function. When comparing the number of g-l root eggs between the control treatment and the transgenic events expressing dsRNA for FS, it was verified that this number was 71% to 91% lower in the transgenic events (Figure 3A), this difference being significant due to the contrast analysis (p<0.05). The transgenic events were not statistically different when compared to each other, except for the GmFSMiHg-4IT3 event (Figure 3B). Therefore, plants transformed with the expression cassette of the present invention therefore show high resistance against nematodes.
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