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BR112012017565B1 - TOBACCO PRODUCTS, METHODS FOR REDUCE THE CARCINOGENIC POTENTIAL OF A TOBACCO PRODUCT, FOR REDUCE THE LEVEL OF NORNICOTINE, OR FOR REDUCE THE RATE OF CONVERSION OF NICOTINE TO NORNICOTINE, IN A TOBACCO PLANT OR PLANT PART, AND FOR IDENTIFYING A TOBACCO PLANT WITH LOW LEVELS OF NORNICOTINE, ISOLATED POLYNUCLEOTIDE, AND ISOLATED POLYPEPTIDE - Google Patents

TOBACCO PRODUCTS, METHODS FOR REDUCE THE CARCINOGENIC POTENTIAL OF A TOBACCO PRODUCT, FOR REDUCE THE LEVEL OF NORNICOTINE, OR FOR REDUCE THE RATE OF CONVERSION OF NICOTINE TO NORNICOTINE, IN A TOBACCO PLANT OR PLANT PART, AND FOR IDENTIFYING A TOBACCO PLANT WITH LOW LEVELS OF NORNICOTINE, ISOLATED POLYNUCLEOTIDE, AND ISOLATED POLYPEPTIDE

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BR112012017565B1
BR112012017565B1 BR112012017565-3A BR112012017565A BR112012017565B1 BR 112012017565 B1 BR112012017565 B1 BR 112012017565B1 BR 112012017565 A BR112012017565 A BR 112012017565A BR 112012017565 B1 BR112012017565 B1 BR 112012017565B1
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BR
Brazil
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plant
tobacco
nicotine demethylase
nornicotine
seq
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Application number
BR112012017565-3A
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Portuguese (pt)
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BR112012017565A2 (en
Inventor
Ralph E. Dewey
Ramsey S. Lewis
Original Assignee
North Carolina State University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North Carolina State University filed Critical North Carolina State University
Priority claimed from PCT/US2011/021088 external-priority patent/WO2011088180A1/en
Publication of BR112012017565A2 publication Critical patent/BR112012017565A2/en
Publication of BR112012017565B1 publication Critical patent/BR112012017565B1/en

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Abstract

PLANTA OU PARTE DA PLANTA DE TABACO, SEMENTE, PRODUTO DO TABACO, MÉTODOS PARA REDUZIR O POTENCIAL CARCINOGÊNICO DE UM PRODUTO DO TABACO, PARA REDUZIR O NÍVEL DE NORNICOTINA, OU REDUZIR A TAXA DE CONVERSÃO DE NICOTINA EM NORNICOTINA, EM UMA PLANTA OU PARTE DE PLANTA DE TABACO E PARA IDENTIFICAR UMA PLANTA DE TABACO COM BAIXOS NÍVEIS DE NORNICOTINA, POLINUCLEOTÍDEO ISOLADO, POLIPEPTÍDEO ISOLADO E MUTAÇÃO EM UM GENE QUE CODIFIQUE UMA CYP82E10 NICOTINA DEMETILASE Composições e métodos para reduzir o nível de nornicotina e N' - nitrosonornicotina (NNN) em plantas e partes de plantas de tabaco são fornecidos. As composições incluem polinucleotídeos e polipeptídeos isolados para CYP82E10 nicotina demetilases específicas de raiz e variantes das mesmas, as quais participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina nessas plantas. Composições da invenção também incluem plantas ou partes de plantas de tabaco, incluindo uma mutação em um gene que codifica a CYP82E10 nicotina demetilase, sendo que a mutação provoca uma expressão ou função reduzida da CYP82E10 necotina demetilase. Sementes dessas plantas de tabaco, ou progênies das mesmas, e produtos do tabaco preparados a partir das plantas de tabaco da invenção, ou a partir de partes de plantas ou de (...).TOBACCO PLANT OR PLANT PART, SEED, TOBACCO PRODUCT, METHODS FOR REDUCE THE CARCINOGENIC POTENTIAL OF A TOBACCO PRODUCT, FOR REDUCE THE LEVEL OF NORNICOTINE, OR FOR REDUCE THE RATE OF CONVERSION OF NICOTINE TO NORNICOTINE, IN A TOBACCO PLANT OR PLANT PART AND FOR IDENTIFYING A TOBACCO PLANT WITH LOW LEVELS OF NORNICOTINE, ISOLATED POLYNUCLEOTIDE, ISOLATED POLYPEPTIDE AND MUTATION IN A GENE ENCODING A CYP82E10 NICOTINE DEMETHYLASE Compositions and methods for reducing the level of nornicotine and N'-nitrosonornicotine (NNN) in tobacco plants and plant parts are provided. The compositions include isolated polynucleotides and polypeptides for root-specific CYP82E10 nicotine demethylases and variants thereof, which participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in these plants. Compositions of the invention also include tobacco plants or parts of tobacco plants, including a mutation in a gene encoding CYP82E10 nicotine demethylase, the mutation causing reduced expression or function of CYP82E10 nicotine demethylase. Seeds of these tobacco plants, or progenies thereof, and tobacco products prepared from the tobacco plants of the invention, or from parts of plants or (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF INVENTION

[0001] A invenção se refere a composições e métodos para minimizar a síntese da nornicotina e, portanto, de seu metabólito N’-nitrosonornicotina, em plantas e partes de plantas de tabaco, referindo-se particularmente a composições e métodos para inibir a expressão ou a função de uma nicotina demetilase específica de raiz em combinação com uma folha verde e com uma nicotina demetilase induzida por senescência.[0001] The invention relates to compositions and methods for minimizing the synthesis of nornicotine, and therefore of its metabolite N'-nitrosonornicotine, in tobacco plants and plant parts, particularly relating to compositions and methods for inhibiting the expression or function of a root-specific nicotine demethylase in combination with a green leaf and a senescence-induced nicotine demethylase.

ANTEDECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[0002] O alcaloide predominantemente encontrado nas variedades de tabaco comercial é a nicotina, a qual normalmente representa de 90 a 95% do conjunto total de alcaloides. A fração restante de alcaloides é composta principalmente por três alcaloides de piridina adicionais: nornicotina, anabasina e anatabina. A nornicotina é gerada diretamente a partir da nicotina através da atividade da enzima nicotina N-demetilase. A nornicotina normalmente representa menos de 5% do conjunto total de alcaloides de piridina, mas mediante um processo denominado “conversão”, as plantas de tabaco que inicialmente produzem quantidades muito baixas de nornicotina dão origem a progênies que “convertem” metabolicamente uma grande porcentagem de nicotina da folha em nornicotina. Nas plantas de tabaco capazes de realizar conversão genética (denominadas “conversores”), a maior parte da produção de nornicotina ocorre durante a senescência e cura da folha madura (Wernsman e Matzinger (1968) Tob. Sci. 12:226-228). Os tabacos Burley são particularmente propensos à conversão genética, com taxas elevadas que chegam a 20% por geração observada em alguns cultivares.[0002] The predominant alkaloid found in commercial tobacco varieties is nicotine, which typically represents 90 to 95% of the total alkaloid pool. The remaining alkaloid fraction is composed primarily of three additional pyridine alkaloids: nornicotine, anabasine, and anatabine. Nornicotine is generated directly from nicotine through the activity of the enzyme nicotine N-demethylase. Nornicotine typically represents less than 5% of the total pyridine alkaloid pool, but through a process called "conversion," tobacco plants that initially produce very low amounts of nornicotine give rise to progeny that metabolically "convert" a large percentage of leaf nicotine to nornicotine. In tobacco plants capable of gene conversion (termed “converters”), most nornicotine production occurs during senescence and curing of the mature leaf (Wernsman and Matzinger (1968) Tob. Sci. 12:226-228). Burley tobaccos are particularly prone to gene conversion, with high rates reaching 20% per generation observed in some cultivars.

[0003] Durante a cura e o processamento da folha de tabaco,a porção da nornicotina é metabolizada no composto N- nitrosonornicotina (NNN), uma nitrosamina específica do tabaco (TSNA) que demonstrou ser carcinogênica em animais de laboratório (Hecht e Hoffmann (1990) Cancer Surveys 8:273-294; Hoffmann et al. (1994) J. Toxicol. Environ. Health 41:1-52; Hecht (1998) Chem. Res. Toxicol. 11:559-603). Nos tabacos curados em estufa, as TSNAs demonstraram ser predominantemente formadas mediante a reação de alcaloides com as ínfimas quantidades de óxido de nitrogênio presentes nos gases de combustão formados pelos sistemas de aquecimento de queima direta encontrados nos galpões de cura tradicionais (Peele e Gentry (1999) “Formation of Tobacco-specific Nitrosamines in Flue-cured Tobacco,” CORESTA Meeting, Agro-Phyto Groups, Suzhou, China). Ao reequipar esses galpões de cura com trocadores de calor, foi possível eliminar quase completamente a mistura de gases de combustão com o ar decura e reduzir significativamente a formação de TSNAs nos tabacos curados dessa forma (Boyette e Hamm (2001) Rec. Adv. Tob. Sci. 27:17-22.). No entanto, nos tabacos Burley curados ao ar livre, a formação de TSNA ocorre principalmente mediante a reação de alcaloides de tabaco com nitrito, um processo catalisado por micróbios da folha (Bush et al. (2001) Rec. Adv. Tob. Sci. 27:23-46). Até hoje, as tentativas de reduzir as TSNAs mediante a modificação das condições de cura, mantendo, ao mesmo tempo, padrões aceitáveis de qualidade, não demonstratam ser eficazes no caso dos tabacos curados ao ar livre.[0003] During curing and processing of tobacco leaf, the nornicotine portion is metabolized to the compound N-nitrosonornicotine (NNN), a tobacco-specific nitrosamine (TSNA) that has been shown to be carcinogenic in laboratory animals (Hecht and Hoffmann (1990) Cancer Surveys 8:273-294; Hoffmann et al. (1994) J. Toxicol. Environ. Health 41:1-52; Hecht (1998) Chem. Res. Toxicol. 11:559-603). In oven-cured tobacco, TSNAs have been shown to be predominantly formed by the reaction of alkaloids with the minute amounts of nitrogen oxide present in the flue gases generated by the direct-fired heating systems found in traditional curing houses (Peele and Gentry (1999) “Formation of Tobacco-specific Nitrosamines in Flue-cured Tobacco,” CORESTA Meeting, Agro-Phyto Groups, Suzhou, China). By retrofitting these curing houses with heat exchangers, it was possible to almost completely eliminate the mixing of flue gases with the curing air and significantly reduce the formation of TSNAs in tobaccos cured in this manner (Boyette and Hamm (2001) Rec. Adv. Tob. Sci. 27:17-22.). However, in air-cured Burley tobaccos, TSNA formation occurs primarily through the reaction of tobacco alkaloids with nitrite, a process catalyzed by leaf microbes (Bush et al. (2001) Rec. Adv. Tob. Sci. 27:23-46). To date, attempts to reduce TSNAs by modifying curing conditions while maintaining acceptable quality standards have not proven effective in air-cured tobaccos.

[0004] Além de servir como um precursor para o NNN, pesquisasrecentes indicam que a nornicotina encontrada nos produtos do tabaco podem trazer outras consequências negativas para a saúde. Dickerson e Jea (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99: 1508415088 demonstraram que a nornicotina provoca glicação aberrante de proteínas dentro da célula. Observou-se que as concentrações de proteínas modificadas por nornicotina eram muito mais elevadas no plasma de fumantes que de não-fumantes. Essa mesma pesquisa também demonstrou que a nornicotina pode modificar covalentemente drogas esteroides comumente receitadas como a prednisona. Tais modificações possuem o potencial de alterar tanto a eficácia como a toxicidade dessas drogas. Além disso, outras pesquisas comprovaram a existência de um vínculo entre a nornicotina encontrada nos produtos do tabaco e degeneração macular senil, defeitos de nascimento e doença periodontal (Brogan et al. (2005) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 10433-10438; Katz et al. (2005) J. Periodontol. 76: 1171-1174).[0004] In addition to serving as a precursor to NNN, recent research indicates that nornicotine found in tobacco products may have other negative health consequences. Dickerson and Jea (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99: 1508415088 demonstrated that nornicotine causes aberrant glycation of proteins within the cell. Nornicotine-modified protein concentrations were observed to be much higher in the plasma of smokers than in nonsmokers. This same research also demonstrated that nornicotine can covalently modify commonly prescribed steroid drugs such as prednisone. Such modifications have the potential to alter both the efficacy and toxicity of these drugs. Furthermore, other research has demonstrated a link between nornicotine found in tobacco products and age-related macular degeneration, birth defects, and periodontal disease (Brogan et al. (2005) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 10433-10438; Katz et al. (2005) J. Periodontol. 76: 1171-1174).

[0005] Em tabacos Burley, encontrou-se uma correlaçãopositiva entre o conteúdo de nornicotina da folha e a quantidade de NNN que se acumula no produto curado (Bush et al. (2001) Rec. Adv. Tob. Sci, 27:23-46; Shi et al. (2000) Tob. Chem. Res. Conf. 54:Abstract 27). Portanto, estratégias que possam efetivamente reduzir o conteúdo de nornicotina da folha ajudariam não só a aliviar os potenciais danos à saúde causados pela nornicotina em si, conforme descrito acima, senão que também reduziriam simultaneamente os níveis de NNN. Essa correlação foi reforçada na recente pesquisa realizada por Lewis et al. (2008) Plant Biotech. J. 6: 346-354, quem demonstrou que a redução dos níveis de nornicotina usando um construto transgênico RNAi direcionado contra o gene CYP82E4v2, que codifica a nicotina demetilase induzida por senescência, provocou reduções simultâneas no conteúdo de NNN da folha curada. Embora essa pesquisa tenha demonstrado que tecnologias transgênicas podem ser usadas para reduzir consideravelmente a nornicotina e o conteúdo de NNN do tabaco, questões tanto de percepção pública como de propriedade intelectual dificultam bastante a comercialização de produtos derivados de plantas transgênicas.[0005] In Burley tobaccos, a positive correlation was found between leaf nornicotine content and the amount of NNN that accumulates in the cured product (Bush et al. (2001) Rec. Adv. Tob. Sci, 27:23-46; Shi et al. (2000) Tob. Chem. Res. Conf. 54:Abstract 27). Therefore, strategies that can effectively reduce leaf nornicotine content would not only help to alleviate the potential health harms caused by nornicotine itself, as described above, but would also simultaneously reduce NNN levels. This correlation was reinforced in recent research by Lewis et al. (2008) Plant Biotech. J. 6: 346–354, who demonstrated that reducing nornicotine levels using a transgenic RNAi construct targeting the CYP82E4v2 gene, which encodes senescence-induced nicotine demethylase, resulted in simultaneous reductions in the NNN content of cured leaves. Although this research demonstrated that transgenic technologies can be used to significantly reduce the nornicotine and NNN content of tobacco, issues of both public perception and intellectual property significantly hinder the commercialization of products derived from transgenic plants.

[0006] Portanto, existe uma grande necessidade de desenvolver meios capazes de minimizar eficazmente a acumulação de nornicotina no tabaco sem depender do uso de transgênicos.[0006] Therefore, there is a great need to develop means capable of effectively minimizing the accumulation of nornicotine in tobacco without relying on the use of GMOs.

SUMÁRIO DA INVENÇÃOSUMMARY OF THE INVENTION

[0007] Composições e métodos para minimizar o conteúdo de nornicotina nas plantas e partes de plantas de tabaco são fornecidos. As composições incluem um polinucleotídeo citocromo P450 isolado específico de raiz denominado polinucleotídeo CYP82E10, conforme indicado na SEQ ID NO:1 e o polipeptídeo de nicotina demetilase CYP82E10 por ele codificado, conforme indicado na SEQ ID NO:2, além de variantes e fragmentos dos mesmos, incluindo, mas não se limitando a, polipeptídeos contendo a sequência indicada na SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13, bem como polinucleotídeos que codifiquem o polipeptídeo indicado na SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13. O polipeptídeo CYP82E10 da invenção é uma nicotina demetilase que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina nas raízes das plantas de tabaco. Os polinucleotídeos isolados da invenção também incluem um polinucleotídeo que contém a sequência indicada na SEQ ID NO:3 ou 4, além de variantes e fragmentos dos mesmos. As composições da invenção também incluem plantas ou partes de plantas de tabaco que contêm uma mutação em um gene que codifica uma nicotina demetilase CYP82E10, sendo que a mutação provoca a expressão ou função reduzida da nicotina demetilase CYP82E10. Em algumas configurações, as plantas de tabaco da invenção incluem, ainda, uma mutação em um gene que codifica a CYP82E4 nicotina demetilase e/ou uma mutação em um gene que codifica a CYP82E5 nicotina demetilase, sendo que a mutação dentro desses genes provoca a expressão ou função reduzida da CYP82E4 ou da CYP82E5 nicotina demetilase. Sementes dessas plantas de tabaco, ou de suas progênies, e produtos do tabaco preparados a partir das plantas de tabaco da invenção, ou a partir de partes de plantas ou de progênies das mesmas, também são fornecidas.[0007] Compositions and methods for minimizing the nornicotine content in tobacco plants and plant parts are provided. The compositions include an isolated root-specific cytochrome P450 polynucleotide designated CYP82E10 polynucleotide as set forth in SEQ ID NO:1 and the nicotine demethylase CYP82E10 polypeptide encoded thereby as set forth in SEQ ID NO:2, as well as variants and fragments thereof, including, but not limited to, polypeptides containing the sequence set forth in SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 or 13, as well as polynucleotides encoding the polypeptide set forth in SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 or 13. The CYP82E10 polypeptide of the invention is a nicotine demethylase that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in the roots of tobacco plants. The isolated polynucleotides of the invention also include a polynucleotide containing the sequence indicated in SEQ ID NO: 3 or 4, as well as variants and fragments thereof. The compositions of the invention also include tobacco plants or parts of tobacco plants that contain a mutation in a gene encoding a nicotine demethylase CYP82E10, the mutation causing reduced expression or function of the nicotine demethylase CYP82E10. In some embodiments, the tobacco plants of the invention further include a mutation in a gene encoding the CYP82E4 nicotine demethylase and/or a mutation in a gene encoding the CYP82E5 nicotine demethylase, the mutation within these genes causing reduced expression or function of the CYP82E4 or CYP82E5 nicotine demethylase. Seeds of these tobacco plants, or their progeny, and tobacco products prepared from the tobacco plants of the invention, or from parts of plants or progeny thereof, are also provided.

[0008] Métodos para reduzir o nível de nornicotina, ou parareduzir a taxa de conversão de nicotina em nornicotina, em uma planta ou parte de planta de tabaco também são fornecidos. Os métodos consistem em introduzir no genoma de uma planta de tabaco uma mutação dentro de pelo menos um alelo de cada um de pelo menos três genes de nicotina demetilase, sendo que a mutação provoca a expressão reduzida do gene de nicotina demetilase, e sendo que o primeiro desses genes de nicotina demetilase codifica uma nicotina demetilase específica de raiz que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco. Em algumas configurações, a nicotina demetilase específica de raiz é CYP82E10 ou uma variante da mesma. Em outras configurações, esses métodos consistem em introduzir no genoma de uma planta de tabaco uma mutação dentro de pelo menos um alelo do gene de nicotina demetilase que codifica a CYP82E10 ou uma variante da mesma, e uma mutação dentro pelo menos um alelo de uma nicotina demetilase que codifica a CYP82E4 ou uma variante da mesma, e/ou uma nicotina demetilase que codifica a CYP82E5 ou uma variante da mesma. Métodos para identificar uma planta de tabaco com baixos níveis de nornicotina também são fornecidos, sendo que a planta ou parte de planta é examinada para detectar a presença de uma mutação em um gene que codifica a CYP82E10 ou uma variante da mesma, isoladamente ou em combinação com um exame para detectar a presença de uma mutação em um gene que codifica a CYP82E4 ou uma variante da mesma, e/ou a presença de uma mutação em um gene que codifica a CYP82E5 ou uma variante da mesma.[0008] Methods for reducing the level of nornicotine, or for reducing the rate of conversion of nicotine to nornicotine, in a tobacco plant or plant part are also provided. The methods consist of introducing into the genome of a tobacco plant a mutation within at least one allele of each of at least three nicotine demethylase genes, wherein the mutation causes reduced expression of the nicotine demethylase gene, and wherein the first of these nicotine demethylase genes encodes a root-specific nicotine demethylase that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a tobacco plant or plant part. In some embodiments, the root-specific nicotine demethylase is CYP82E10 or a variant thereof. In other embodiments, these methods involve introducing into the genome of a tobacco plant a mutation within at least one allele of the nicotine demethylase gene encoding CYP82E10 or a variant thereof, and a mutation within at least one allele of a nicotine demethylase encoding CYP82E4 or a variant thereof, and/or a nicotine demethylase encoding CYP82E5 or a variant thereof. Methods for identifying a tobacco plant with low nornicotine levels are also provided, wherein the plant or plant part is examined for the presence of a mutation in a gene encoding CYP82E10 or a variant thereof, alone or in combination with an examination for the presence of a mutation in a gene encoding CYP82E4 or a variant thereof, and/or the presence of a mutation in a gene encoding CYP82E5 or a variant thereof.

[0009] As seguintes configurações estão contidas na presenteinvenção. 1. Uma planta ou parte de planta de tabaco, contendo uma mutação em um gene que codifica a nicotina demetilase CYP82E10, sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida da nicotina demetilase CYP82E10.2. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 1, sendo que a nicotina demetilase CYP82E10 é selecionada a partir do grupo que consiste na sequência indicada nas SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8 e 9.3. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, sendo que essa mutação provoca uma modificação da nicotina demetilase CYP82E10 que ocorre em uma posição selecionada a partir do grupo que consiste em resíduos de aminoácidos 79, 107, 381, 419, e qualquer umade suas combinações, sendo que essa numeração está de acordo com a SEQ ID NO:2.4. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 3, sendo que essa mutação é selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma substituição de serina no resíduo de glicinada posição 79;b) uma substituição de serina no resíduo de prolinada posição 107;c) uma substituição de serina no resíduo de prolinada posição 381;d) uma substituição de serina no resíduo de prolinada posição 419; ee) qualquer uma de suas combinações. 5. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, compreendendo, ainda, a mutação em um gene que codifica a CYP82E4 nicotina demetilase, sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida da CYP82E4 nicotina demetilase.6. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 5, sendo que essa CYP82E4 nicotina demetilase é selecionada a partir da sequência indicada nas SEQ ID NO:14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20.7. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 5 ou 6, sendo que essa mutação provoca uma modificação da CYP82E4 nicotina demetilase que ocorre emuma posição selecionada a partir do grupo que consiste em resíduos de aminoácidos 329, 364, 376, 381 e 458, sendo queessa numeração está de acordo com a SEQ ID NO:14.8. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 7, sendo que essa mutação é selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma substituição de códon de parada no resíduo detriptofano da posição 329;b) uma substituição de asparagina no resíduo delisina da posição 364;c) uma substituição de metionina no resíduo devalina da posição 376;d) uma substituição de serina no resíduo de prolinada posição 381;e) uma substituição de serina no resíduo de prolinada posição 458; ef) qualquer uma de suas combinações. 9. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, compreendendo, ainda, uma mutação em um gene que codifica a CYP82E5 nicotina demetilase, sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida da CYP82E5 nicotina demetilase.10. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 9, sendo que essa CYP82E5 nicotina demetilase é selecionada a partir da sequência indicada nas SEQ ID NO:26, 27, 28, 29, 30, 31 e 32.11. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, sendo que essa mutação provoca uma modificação da CYP82E5 nicotina demetilase que ocorre em uma posição selecionada a partir do grupo que consiste em resíduos de aminoácido 422 e 449, sendo que essa numeração está de acordo com a SEQ ID NO:26.12. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 11, sendo que essa mutação é selecionada a partir do grupo que consiste em:a) um códon de parada substituído no resíduo de triptofano da posição 422;b) uma leucina substituída no resíduo de prolina da posição 449; ec) qualquer uma de suas combinações.13. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, compreendendo uma mutação no gene de nicotina demetilase CYP82E10 e no gene de CYP82E4 nicotina demetilase. 14. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, sendo que essa planta ou parte de planta de tabaco é homozigota para essa mutação.15. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 14, sendo que a nicotina demetilase CYP82E10 inclui uma mutação na posição 381, a CYP82E4 nicotina demetilase inclui a mutação na posição 329 e a CYP82E5 nicotina demetilase inclui a mutação na posição 422, sendo que essa numeração está de acordo com as SEQ ID NO:2, 14 e 26, respectivamente.16. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 15, sendo que essa mutação é selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;b) uma substituição de códon de parada no resíduo de triptofano da posição 329;c) uma substituição de códon de parada no resíduo de triptofano da posição 422; ed) qualquer uma de suas combinações.17. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 a 16, sendo que essa planta ou parte de planta possui menos de 1,5% de conversão de nicotina em nornicotina.18. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com a reivindicação 17, sendo que essa planta ou parte de planta possui no máximo 0,5% de conversão de nicotina em nornicotina.19. Uma semente da planta de tabaco de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-18 ou uma progênie da mesma.20. Um produto do tabaco preparado a partir de uma planta de tabaco, ou de uma parte ou progênie da planta, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19.21. Um método para reduzir o potencial carcinogênico de um produto do tabaco, sendo que o método consiste em preparar o produto do tabaco a partir de uma planta de tabaco, ou de uma parte ou progênie da planta, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18.22. Um método para reduzir o nível de nornicotina, ou reduzir a taxa de conversão de nicotina em nornicotina, em uma planta ou parte de planta de tabaco, sendo que o método consiste em introduzir no genoma dessa planta uma mutação dentro de pelo menos um alelo de cada um dos pelo menos três genes de nicotina demetilase, sendo que essa mutação reduz a expressão do gene de nicotina demetilase, e sendo que um primeiro desses genes de nicotina demetilase codifica a nicotina demetilase específica de raiz que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco.23. O método da reivindicação 22, sendo que a nicotina demetilase específica de raiz é a nicotina demetilase CYP82E10 contendo uma sequência de aminoácidos selecionada a partir do grupo que consiste em: a) a sequência de aminoácidos indicada na SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10; eb) uma sequência de aminoácidos que possua pelo menos 98% de identidade de sequência em relação à sequência de aminoácidos indicada na SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.24. O método da reivindicação 23, sendo que essa sequência de aminoácidos para essa nicotina demetilase CYP82E10 possui uma substituição em um resíduo de aminoácido em uma posição selecionada a partir do grupo que consiste em resíduos 79, 107, 381, 419 e qualquer uma de suas combinações, sendo que a numeração está de acordo com a SEQ ID NO:2.25. O método da reivindicação 24, sendo que a substituição na posição 79, 107, 381 ou 419 é um resíduo da serina.26. O método de qualquer uma das reivindicações 22-25, sendo que um segundo dos genes da nicotina demetilase codifica uma CYP82E4 nicotina demetilase.27. O método da reivindicação 26, sendo que a CYP82E4 nicotina demetilase inclui uma sequência de aminoácidos selecionada a partir do grupo que consiste em:a) a sequência de aminoácidos indicada na SEQ ID NO:14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ou 21; eb) uma sequência de aminoácidos que possua pelo menos 98% de identidade de sequência em relação à sequência indicada na SEQ ID NO:14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 ou 21. 28. O método da reivindicação 27, sendo que a sequência de aminoácidos para a CYP82E4 nicotina demetilase possui uma substituição em um resíduo de aminoácido em uma posição selecionada a partir do grupo que consiste em resíduos 329, 364, 381, 458 e qualquer uma de suas combinações, sendo que a numeração está de acordo com a SEQ ID NO:14.29. O método da reivindicação 28, sendo que a substituição na posição 329 é um códon de parada, a substituição na posição 364 é um resíduo de asparagina, a substituição na posição 381 é um resíduo de serina, a substituição na posição 458 é um resíduo de serina, ou qualquer uma de suas combinações.30. O método de qualquer uma das reivindicações 22-29, sendo que um terço dos genes da nicotina demetilase codificam uma CYP82E5 nicotina demetilase.31. O método da reivindicação 30, sendo que a CYP82E5 nicotina demetilase inclui uma sequência de aminoácidos selecionada a partir do grupo que consiste em:a) a sequência de aminoácidos indicada na SEQ ID NO:26, 27, 28, 29, 30, 31 ou 32; eb) uma sequência de aminoácidos que possua pelo menos 98% de identidade de sequência em relação à sequência indicada na SEQ ID NO: 26, 27, 28, 29, 30, 31 ou 32.32. O método da reivindicação 31, sendo que a sequência de aminoácidos para a CYP82E5 nicotina demetilase possui uma substituição em um resíduo de aminoácido em uma posição selecionada a partir do grupo que consiste em resíduos 422 e 449, e qualquer uma de suas combinações, sendo que a numeração está de acordo com a SEQ ID NO:26.33. O método da reivindicação 32, sendo que a substituição na posição 422 é um códon de parada, a substituição na posição 449 é um resíduo de leucina, ou qualquer uma de suas combinações.34. O método de qualquer uma das reivindicações 22 a 33, sendo que essa planta ou parte de planta é homozigota para essa mutação.35. O método de qualquer uma das reivindicações 22 a 34, sendo que a introdução inclui um protocolo de cultivo.36. O método de qualquer uma das reivindicações 22 a 35, sendo que a planta é uma planta de tabaco Burley, Virginia, curada em estufa, curada ao ar livre, curada ao fogo, Oriental ou uma planta escura de tabaco.37. A planta ou parte de planta de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, sendo que essa planta de tabaco é uma planta de tabaco Burley, Virginia, curada em estufa, curada ao ar livre, curada ao fogo, Oriental ou uma planta escura de tabaco.38. Um método para identificar uma planta de tabaco com baixos níveis de nornicotina, sendo que o método consiste em examinar uma amostra de DNA de uma planta de tabaco de interesse em busca da presença de uma mutação na SEQ ID NO:1 ou 3.39. O método de acordo com a reivindicação 38, sendo que essa planta de tabaco é uma planta não-conversora. 40. O método de acordo com a reivindicação 38 ou 39, sendo que o exame é realizado usando uma sequência selecionada a partir do grupo que consiste em SEQ ID NOS:1, 3, 35, 36, 37 e 38.41. O método de acordo com qualquer uma das reivindicações 38 a 40, compreendendo, ainda, examinar a amostra de DNA, ou outra amostra de DNA da planta de tabaco de interesse, em busca da presença de uma mutação na SEQ ID NO:14, uma mutação na SEQ ID NO:26 ou uma mutação nas SEQ ID NO:14 e SEQ ID NO:26.42. Um polinucleotídeo isolado contendo uma sequência de nucleotídeos selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma sequência de nucleotídeos contendo as SEQ ID NO:1, 3 ou 4;b) uma sequência de nucleotídeos contendo um fragmento de pelo menos 20 nucleotídeos consecutivos das SEQ ID NO:1, 3 ou 4;c) uma sequência de nucleotídeos que possua pelo menos 97% de identidade de sequência em relação à totalidade da sequência indicada na SEQ ID NO:1, sendo que esse polinucleotídeo codifica um polipeptídeo que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta;d) uma sequência de nucleotídeos que codifica um polipeptídeo selecionado a partir do grupo que consiste nas SEQ ID NOS:2 e 5-13 ou um fragmento das mesmas contendo pelo menos 115 resíduos contíguos;e) uma sequência de nucleotídeos que codifica um polipeptídeo que possua pelo menos 98% de identidade de sequência em relação à sequência indicada na SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13; ef) uma sequência de nucleotídeos que é complementarà sequência de acordo com qualquer um dos anteriores items (a) a (e).43. Um polipeptídeo isolado contendo uma sequência de aminoácidos selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma sequência de aminoácidos indicada nas SEQ IDNO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13;b) uma sequência de aminoácidos que é pelo menos 98%idêntica a uma sequência de aminoácidos indicada na SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, ou 13; ec) uma sequência de aminoácidos que é um fragmentoda sequência de aminoácidos indicada na SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, ou 13, sendo que essefragmento inclui pelo menos 115 resíduos contíguos da sequência de aminoácidos da SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8,9, 10, 11, 12, ou 13.44. Uma planta ou parte de planta de tabaco que é homozigota para uma mutação em um gene que codifica a nicotina demetilase CYP82E10, um gene que codifica a CYP82E4 nicotina demetilase e um gene que codifica a CYP82E5 nicotina demetilase, sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida da CYP82E10, CYP82E4 e CYP82E5 nicotina demetilase, sendo que a nicotina demetilase CYP82E10 inclui uma mutação na posição 381, a CYP82E4 nicotina demetilase inclui uma mutação na posição 329 e a CYP82E5 nicotina demetilase inclui uma mutação na posição 422, sendo que essa numeração está de acordo com as SEQ ID NO:2, 14 e 26, respectivamente.45. A mutação em um gene que codifique uma nicotina demetilase CYP82E10, sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida da nicotina demetilase CYP82E10.46. Uma planta que possua uma mutação em um gene CYP82E10 que iniba a atividade da nicotina demetilase nas raízes, uma mutação em um gene CYP82E4v2 que iniba a atividade da nicotina demetilase em folhas senescentes e uma mutação em um gene CYP83E5v2 que iniba a atividade da nicotina demetilase em folhas verdes.[0009] The following embodiments are contained in the present invention. 1. A tobacco plant or part of a plant containing a mutation in a gene encoding nicotine demethylase CYP82E10, wherein this mutation causes reduced expression or function of nicotine demethylase CYP82E10. 2. The tobacco plant or part of a plant according to claim 1, wherein the nicotine demethylase CYP82E10 is selected from the group consisting of the sequence indicated in SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8 and 9. 3. The tobacco plant or plant part of claim 1 or 2, wherein said mutation causes a modification of the nicotine demethylase CYP82E10 that occurs at a position selected from the group consisting of amino acid residues 79, 107, 381, 419, and any combination thereof, such numbering being in accordance with SEQ ID NO:2.4. The tobacco plant or plant part of claim 3, wherein said mutation is selected from the group consisting of: a) a serine substitution at the glycinated residue at position 79; b) a serine substitution at the prolineated residue at position 107; c) a serine substitution at the prolineated residue at position 381; d) a serine substitution at the prolineated residue at position 419; and e) any combination thereof. 5. The tobacco plant or plant part of any one of claims 1 to 4, further comprising a mutation in a gene encoding CYP82E4 nicotine demethylase, wherein said mutation causes reduced expression or function of CYP82E4 nicotine demethylase. 6. The tobacco plant or plant part of claim 5, wherein said CYP82E4 nicotine demethylase is selected from the sequence indicated in SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19 and 20. 7. The tobacco plant or plant part of claim 5 or 6, wherein said mutation causes a modification of CYP82E4 nicotine demethylase that occurs at a position selected from the group consisting of amino acid residues 329, 364, 376, 381, and 458, such numbering being in accordance with SEQ ID NO:14.8. The tobacco plant or plant part of claim 7, wherein said mutation is selected from the group consisting of: a) a stop codon substitution at the tryptophan residue of position 329; b) an asparagine substitution at the delysine residue of position 364; c) a methionine substitution at the devaline residue of position 376; d) a serine substitution at the proline residue of position 381; e) a serine substitution at the proline residue of position 458; and f) any combination thereof. 9. The tobacco plant or plant part of any one of claims 1 to 8, further comprising a mutation in a gene encoding CYP82E5 nicotine demethylase, such mutation causing reduced expression or function of CYP82E5 nicotine demethylase. 10. The tobacco plant or plant part of claim 9, wherein such CYP82E5 nicotine demethylase is selected from the sequence indicated in SEQ ID NO:26, 27, 28, 29, 30, 31 and 32. 11. The tobacco plant or plant part of claim 9 or 10, wherein such mutation causes a modification of CYP82E5 nicotine demethylase that occurs at a position selected from the group consisting of amino acid residues 422 and 449, such numbering being in accordance with SEQ ID NO:26. The tobacco plant or plant part of claim 11, wherein said mutation is selected from the group consisting of: a) a stop codon substituted at the tryptophan residue at position 422; b) a leucine substituted at the proline residue at position 449; and c) any combination thereof. 13. The tobacco plant or plant part of claim 12, comprising a mutation in the nicotine demethylase gene CYP82E10 and the nicotine demethylase gene CYP82E4. 14. The tobacco plant or plant part of claim 13, wherein said tobacco plant or plant part is homozygous for said mutation. The tobacco plant or plant part of claim 14, wherein the nicotine demethylase CYP82E10 includes a mutation at position 381, the CYP82E4 nicotine demethylase includes the mutation at position 329, and the CYP82E5 nicotine demethylase includes the mutation at position 422, such numbering being in accordance with SEQ ID NO:2, 14, and 26, respectively. The tobacco plant or plant part of claim 15, wherein said mutation is selected from the group consisting of: a) a serine substitution at the proline residue of position 381; b) a stop codon substitution at the tryptophan residue of position 329; c) a stop codon substitution at the tryptophan residue of position 422; and d) any combination thereof. The tobacco plant or plant part of any one of claims 13 to 16, wherein said plant or plant part has less than 1.5% conversion of nicotine to nornicotine. 18. The tobacco plant or plant part of claim 17, wherein said plant or plant part has no more than 0.5% conversion of nicotine to nornicotine. 19. A seed of the tobacco plant of any one of claims 1 to 18, or a progeny thereof. 20. A tobacco product prepared from a tobacco plant, or a part or progeny of the plant, of any one of claims 1 to 19. 21. A method of reducing the carcinogenic potential of a tobacco product, the method comprising preparing the tobacco product from a tobacco plant, or a part or progeny of the plant, of any one of claims 1 to 18. 22. A method for reducing the level of nornicotine, or reducing the rate of conversion of nicotine to nornicotine, in a tobacco plant or part of a plant, the method comprising introducing into the genome of said plant a mutation within at least one allele of each of at least three nicotine demethylase genes, said mutation reducing the expression of the nicotine demethylase gene, and a first of said nicotine demethylase genes encoding a root-specific nicotine demethylase that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a tobacco plant or part of a plant. The method of claim 22, wherein the root-specific nicotine demethylase is nicotine demethylase CYP82E10 containing an amino acid sequence selected from the group consisting of: a) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8, 9, or 10; and b) an amino acid sequence having at least 98% sequence identity to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, or 10. 24. The method of claim 23, wherein said amino acid sequence for said CYP82E10 nicotine demethylase has a substitution at an amino acid residue at a position selected from the group consisting of residues 79, 107, 381, 419, and any combination thereof, the numbering being in accordance with SEQ ID NO:2. 25. The method of claim 24, wherein the substitution at position 79, 107, 381, or 419 is a serine residue. 26. The method of any one of claims 22-25, wherein a second of the nicotine demethylase genes encodes a CYP82E4 nicotine demethylase. 27. The method of claim 26, wherein the CYP82E4 nicotine demethylase includes an amino acid sequence selected from the group consisting of: a) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, or 21; and b) an amino acid sequence that has at least 98% sequence identity to the sequence set forth in SEQ ID NO:14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, or 21. 28. The method of claim 27, wherein the amino acid sequence for the CYP82E4 nicotine demethylase has a substitution at an amino acid residue at a position selected from the group consisting of residues 329, 364, 381, 458, and any combination thereof, the numbering being in accordance with SEQ ID NO:14.29. The method of claim 28, wherein the substitution at position 329 is a stop codon, the substitution at position 364 is an asparagine residue, the substitution at position 381 is a serine residue, the substitution at position 458 is a serine residue, or any combination thereof. 30. The method of any one of claims 22-29, wherein one-third of the nicotine demethylase genes encode a CYP82E5 nicotine demethylase. 31. The method of claim 30, wherein the CYP82E5 nicotine demethylase includes an amino acid sequence selected from the group consisting of: a) the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:26, 27, 28, 29, 30, 31, or 32; and b) an amino acid sequence having at least 98% sequence identity to the sequence set forth in SEQ ID NO: 26, 27, 28, 29, 30, 31, or 32. 32. The method of claim 31, wherein the amino acid sequence for CYP82E5 nicotine demethylase has a substitution at an amino acid residue at a position selected from the group consisting of residues 422 and 449, and any combination thereof, the numbering being in accordance with SEQ ID NO: 26. 33. The method of claim 32, wherein the substitution at position 422 is a stop codon, the substitution at position 449 is a leucine residue, or any combination thereof. 34. The method of any one of claims 22 to 33, wherein said plant or plant part is homozygous for said mutation. The method of any one of claims 22 to 34, wherein the introduction includes a cultivation protocol. 36. The method of any one of claims 22 to 35, wherein the plant is a Burley, Virginia, oven-cured, air-cured, fire-cured, Oriental tobacco plant, or a dark tobacco plant. 37. The tobacco plant or part of a tobacco plant according to any one of claims 1 to 19, wherein said tobacco plant is a Burley, Virginia, oven-cured, air-cured, fire-cured, Oriental tobacco plant, or a dark tobacco plant. 38. A method of identifying a tobacco plant with low levels of nornicotine, the method comprising examining a DNA sample from a tobacco plant of interest for the presence of a mutation in SEQ ID NO: 1 or 3. 39. The method according to claim 38, wherein said tobacco plant is a non-converter plant. 40. The method of claim 38 or 39, wherein the screening is performed using a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOS:1, 3, 35, 36, 37, and 38. 41. The method of any one of claims 38 to 40, further comprising screening the DNA sample, or another DNA sample from the tobacco plant of interest, for the presence of a mutation in SEQ ID NO:14, a mutation in SEQ ID NO:26, or a mutation in both SEQ ID NO:14 and SEQ ID NO:26. 42. An isolated polynucleotide containing a nucleotide sequence selected from the group consisting of: a) a nucleotide sequence containing SEQ ID NO: 1, 3, or 4; b) a nucleotide sequence containing a fragment of at least 20 consecutive nucleotides from SEQ ID NO: 1, 3, or 4; c) a nucleotide sequence that has at least 97% sequence identity to the entire sequence indicated in SEQ ID NO: 1, such polynucleotide encoding a polypeptide that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a plant; d) a nucleotide sequence that encodes a polypeptide selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 2 and 5-13, or a fragment thereof containing at least 115 contiguous residues; e) a nucleotide sequence that encodes a polypeptide that has at least 98% sequence identity to the indicated sequence in SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 or 13; and f) a nucleotide sequence that is complementary to the sequence according to any one of the previous items (a) to (e). 43. An isolated polypeptide containing an amino acid sequence selected from the group consisting of: a) an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 or 13; b) an amino acid sequence that is at least 98% identical to an amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, or 13; and c) an amino acid sequence that is a fragment of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, or 13, wherein such fragment includes at least 115 contiguous residues of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, or 13.44. A tobacco plant or plant part that is homozygous for a mutation in a gene encoding CYP82E10 nicotine demethylase, a gene encoding CYP82E4 nicotine demethylase, and a gene encoding CYP82E5 nicotine demethylase, wherein such mutation causes reduced expression or function of CYP82E10, CYP82E4, and CYP82E5 nicotine demethylase, wherein CYP82E10 nicotine demethylase includes a mutation at position 381, CYP82E4 nicotine demethylase includes a mutation at position 329, and CYP82E5 nicotine demethylase includes a mutation at position 422, wherein such numbering is in accordance with SEQ ID NO:2, 14, and 26, respectively.45. A mutation in a gene encoding a nicotine demethylase CYP82E10, which causes reduced expression or function of nicotine demethylase CYP82E10.46. A plant that has a mutation in a CYP82E10 gene that inhibits nicotine demethylase activity in roots, a mutation in a CYP82E4v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in senescent leaves, and a mutation in a CYP83E5v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in green leaves.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0010] A Figura 1A-C ilustra o DNA (SEQ ID NO:4) e as sequências de proteínas previstas do gene de nicotina demetilase CYP82E10. As sequências que codificam proteínas estão em letras maiúsculas e as sequências de flanqueamento 5' e 3' estão em letra minúscula. A sequência de íntron (SEQ ID NO:3) está em letra minúscula itálica. Os números para a sequência de nucleotídeos estão indicados do lado esquerdo e os números para a sequência de proteínas estão indicados do lado direito. A sequência de nucleotídeos correspondente aos primers PCR usados para amplificar especificamente o éxon 1 para um exame de mutação está sublinhada (não indicada em negrita), sendo que as sequências sublinhadas em negrita indicam o sítio de primers específico do éxon 2. Nucleotídeo e resíduos de aminoácidos individuais que demonstraram sofrer alterações em um exame de mutação (Quadro 2) estão sublinhados e em negrita.[0010] Figure 1A-C illustrates the DNA (SEQ ID NO:4) and predicted protein sequences of the CYP82E10 nicotine demethylase gene. Protein-coding sequences are in capital letters and the 5' and 3' flanking sequences are in lowercase. The intron sequence (SEQ ID NO:3) is in lowercase italic. Nucleotide sequence numbers are indicated on the left and protein sequence numbers are indicated on the right. The nucleotide sequence corresponding to the PCR primers used to specifically amplify exon 1 for a mutation screen is underlined (not indicated in bold), with sequences underlined in bold indicating the exon 2-specific primer site. Individual nucleotide and amino acid residues shown to undergo changes in a mutation screen (Table 2) are underlined and in bold.

[0011] A Figura 2A-C ilustra um alinhamento de sequências genômicas para CYP82E10 (SEQ ID NO:4), CYP82E5v2 (SEQ ID NO:38) e CYP82E4v2 (SEQ ID NO:37). As proteínas codificam as sequências estão em letra maiúscula; as regiões não-traduzidas 5' e 3' estão indicadas em letra minúscula; e as sequências de íntron são ilustradas em letra minúscula e itálica. As posições de identidades de sequências compartilhadas são indicadas com fundo sombreado.[0011] Figure 2A-C illustrates an alignment of genomic sequences for CYP82E10 (SEQ ID NO:4), CYP82E5v2 (SEQ ID NO:38), and CYP82E4v2 (SEQ ID NO:37). Protein coding sequences are in capital letters; 5' and 3' untranslated regions are indicated in lowercase; and intron sequences are illustrated in lowercase italics. Positions of shared sequence identities are indicated with a shaded background.

[0012] A Figura 3 ilustra dados de cromatografia em camadadelgada das atividades de nicotina demetilases de membranas microssomais de células de levedura que expressam CYP82E10 e CYP82E10 e que possuem a mutação Pro381Ser (P381S) da planta 1041. CPM significa contagens por minuto.[0012] Figure 3 illustrates thin layer chromatography data of nicotine demethylase activities of microsomal membranes from yeast cells expressing CYP82E10 and CYP82E10 and having the Pro381Ser (P381S) mutation from plant 1041. CPM means counts per minute.

[0013] As Figuras 4A e 4B ilustram a conversão percentual média da nicotina para plantas de tabaco Burley com combinações mutantes variáveis nos loci CYP82E4v2, CYP82E5v2 e CYP82E10. Médias com letras diferentes são significativamente diferentes no nível P < 0,05.[0013] Figures 4A and 4B illustrate the mean percent nicotine conversion for Burley tobacco plants with varying mutant combinations at the CYP82E4v2, CYP82E5v2, and CYP82E10 loci. Means with different letters are significantly different at the P < 0.05 level.

DESCRIÇÃO DAS SEQUÊNCIAS DA LISTA DE SEQUÊNCIASDESCRIPTION OF SEQUENCES IN THE SEQUENCE LIST

[0014] A lista abaixo apresenta a informação de sequências para a Lista de Sequências. A notação padrão para as substituições de aminoácidos é usada. Portanto, por exemplo, CYP82E10 P419S indica que a variante de proteína possui uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 419, sendo que a numeração se refere à sequência de tipo selvagem, neste caso, à sequência CYP82E10 indicada na SEQ ID NO:2. Como outro exemplo, CYP82E4 P38L indica que a variante de proteína possui uma substituição de leucina no resíduo de prolina da posição 38, sendo que a numeração se refere à sequência de tipo selvagem, neste caso, à sequência CYP82E4 indicada na SEQ ID NO:14. Como mais um exemplo, CYP82E5 P72L indica que a variante de proteína possui uma substituição de leucina no resíduo de prolina da posição 72, sendo que a numeração se refere à sequência de tipo selvagem, neste caso, à sequência CYP82E5 indicada na SEQ ID NO:26.[0014] The list below presents the sequence information for the Sequence List. Standard notation for amino acid substitutions is used. Thus, for example, CYP82E10 P419S indicates that the protein variant has a serine substitution at the proline residue at position 419, with the numbering referring to the wild-type sequence, in this case, the CYP82E10 sequence shown in SEQ ID NO:2. As another example, CYP82E4 P38L indicates that the protein variant has a leucine substitution at the proline residue at position 38, with the numbering referring to the wild-type sequence, in this case, the CYP82E4 sequence shown in SEQ ID NO:14. As another example, CYP82E5 P72L indicates that the protein variant has a leucine substitution at the proline residue at position 72, with the numbering referring to the wild-type sequence, in this case, the CYP82E5 sequence indicated in SEQ ID NO:26.

[0015] SEQ ID NO:1 indica uma sequência de codificação paraa CYP82E10.[0015] SEQ ID NO:1 indicates a coding sequence for CYP82E10.

[0016] SEQ ID NO:2 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10.[0016] SEQ ID NO:2 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10.

[0017] SEQ ID NO:3 indica a sequência de nucleotídeos de umíntron do gene CYP82E10.[0017] SEQ ID NO:3 indicates the nucleotide sequence of an intron of the CYP82E10 gene.

[0018] SEQ ID NO:4 indica a sequência genômica para aCYP82E10.[0018] SEQ ID NO:4 indicates the genomic sequence for aCYP82E10.

[0019] SEQ ID NO:5 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 L148F.[0019] SEQ ID NO:5 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 L148F.

[0020] SEQ ID NO:6 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 G172R.[0020] SEQ ID NO:6 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 G172R.

[0021] SEQ ID NO:7 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 A344T.[0021] SEQ ID NO:7 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 A344T.

[0022] SEQ ID NO:8 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 A410T.[0022] SEQ ID NO:8 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 A410T.

[0023] SEQ ID NO:9 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 R417H.[0023] SEQ ID NO:9 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 R417H.

[0024] SEQ ID NO:10 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 P419S.[0024] SEQ ID NO:10 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 P419S.

[0025] SEQ ID NO:11 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 G79S.[0025] SEQ ID NO:11 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 G79S.

[0026] SEQ ID NO:12 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 P107S.[0026] SEQ ID NO:12 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 P107S.

[0027] SEQ ID NO:13 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E10 P381S.[0027] SEQ ID NO:13 indicates the amino acid sequence for aCYP82E10 P381S.

[0028] SEQ ID NO:14 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4.[0028] SEQ ID NO:14 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4.

[0029] SEQ ID NO:15 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 P38L.[0029] SEQ ID NO:15 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 P38L.

[0030] SEQ ID NO:16 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 D171N.[0030] SEQ ID NO:16 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 D171N.

[0031] SEQ ID NO:17 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 E201K.[0031] SEQ ID NO:17 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 E201K.

[0032] SEQ ID NO:18 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 R169Q.[0032] SEQ ID NO:18 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 R169Q.

[0033] SEQ ID NO:19 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 G459R.[0033] SEQ ID NO:19 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 G459R.

[0034] SEQ ID NO:20 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 T427I.[0034] SEQ ID NO:20 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 T427I.

[0035] SEQ ID NO:21 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 V376M.[0035] SEQ ID NO:21 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 V376M.

[0036] SEQ ID NO:22 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 W329Stop.[0036] SEQ ID NO:22 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 W329Stop.

[0037] SEQ ID NO:23 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 K364N.[0037] SEQ ID NO:23 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 K364N.

[0038] SEQ ID NO:24 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 P381S.[0038] SEQ ID NO:24 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 P381S.

[0039] SEQ ID NO:25 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E4 P458S.[0039] SEQ ID NO:25 indicates the amino acid sequence for aCYP82E4 P458S.

[0040] SEQ ID NO:26 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5.[0040] SEQ ID NO:26 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5.

[0041] SEQ ID NO:27 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 P72L.[0041] SEQ ID NO:27 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 P72L.

[0042] SEQ ID NO:28 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 L143F.[0042] SEQ ID NO:28 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 L143F.

[0043] SEQ ID NO:29 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 S174L.[0043] SEQ ID NO:29 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 S174L.

[0044] SEQ ID NO:30 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 M224I.[0044] SEQ ID NO:30 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 M224I.

[0045] SEQ ID NO:31 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 P235S.[0045] SEQ ID NO:31 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 P235S.

[0046] SEQ ID NO:32 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 A410V.[0046] SEQ ID NO:32 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 A410V.

[0047] SEQ ID NO:33 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 W422Stop.[0047] SEQ ID NO:33 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 W422Stop.

[0048] SEQ ID NO:34 indica a sequência de aminoácidos para aCYP82E5 P449L.[0048] SEQ ID NO:34 indicates the amino acid sequence for aCYP82E5 P449L.

[0049] SEQ ID NO:35 indica uma sequência de primer diretopara o éxon 1 da CYP82E10.[0049] SEQ ID NO:35 indicates a forward primer sequence for exon 1 of CYP82E10.

[0050] SEQ ID NO:36 indica uma sequência de primer reversopara o éxon 1 da CYP82E10.[0050] SEQ ID NO:36 indicates a reverse primer sequence for exon 1 of CYP82E10.

[0051] SEQ ID NO:37 indica uma sequência de primer diretopara o éxon 2 da CYP82E10.[0051] SEQ ID NO:37 indicates a forward primer sequence for exon 2 of CYP82E10.

[0052] SEQ ID NO:37 indica uma sequência de primer reversopara o éxon 2 da CYP82E10.[0052] SEQ ID NO:37 indicates a reverse primer sequence for exon 2 of CYP82E10.

[0053] SEQ ID NO:38 indica a sequência genômica para aCYP82E4v2.[0053] SEQ ID NO:38 indicates the genomic sequence for aCYP82E4v2.

[0054] SEQ ID NO:39 indica a sequência genômica para aCYP82E5v2.[0054] SEQ ID NO:39 indicates the genomic sequence for aCYP82E5v2.

DEFINIÇÕESDEFINITIONS

[0055] A presente invenção inclui composições e métodos para inibir a expressão ou a função de polipeptídeos de nicotina demetilase específicos de raiz que participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina nas raízes de uma planta, especialmente nas plantas do gênero Nicotiana, incluindo plantas de tabaco de diversas variedades comerciais.[0055] The present invention includes compositions and methods for inhibiting the expression or function of root-specific nicotine demethylase polypeptides that participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in the roots of a plant, especially in plants of the genus Nicotiana, including tobacco plants of various commercial varieties.

[0056] Conforme aqui utilizado, “inibir”, “inibição” e “inibidor(a)” são definidos como qualquer método conhecido na especialidade ou aqui descrito que reduza a expressão ou a função de um produto genético de interesse (por ex., o produto genético alvo), neste caso, uma nicotina demetilase como a nicotina demetilase específica de raiz da invenção. Reconhece-se que os polipeptídeos de nicotina demetilase podem ser inibidos por qualquer método adequado conhecido na especialidade, incluindo supressão senso e anti-senso, supressão RNAi, abordagens knockout como a mutagênese, entre outras. São particularmente interessantes os métodos que produzem knock-out, ou knock-down, da expressão e/ou função dessas nicotina demetilases específicas de raiz, especialmente as abordagens mutagênicas que permitam a seleção de mutações favoráveis no gene da nicotina demetilase CYP82E10.[0056] As used herein, “inhibit,” “inhibition,” and “inhibitor” are defined as any method known in the art or described herein that reduces the expression or function of a gene product of interest (e.g., the target gene product), in this case, a nicotine demethylase such as the root-specific nicotine demethylase of the invention. It is recognized that nicotine demethylase polypeptides can be inhibited by any suitable method known in the art, including sense and antisense suppression, RNAi suppression, knockout approaches such as mutagenesis, among others. Of particular interest are methods that produce knock-out, or knock-down, of the expression and/or function of these root-specific nicotine demethylases, especially mutagenic approaches that allow the selection of favorable mutations in the nicotine demethylase gene CYP82E10.

[0057] Por “mutação favorável” entende-se uma mutação que provoca uma substituição, inserção, eliminação ou truncamento do polipeptídeo CYP82E10, de modo tal que a atividade da nicotina demetilase seja inibida. Em algumas configurações, a atividade da nicotina demetilase é inibida em pelo menos 25%, 30%, 35, 40%, 45, 50%, 55% ou 60% em comparação com a atividade do polipeptídeo CYP82E10 de tipo selvagem sob as mesmas condições de teste. Em outras configurações, a atividade da nicotina demetilase é inibida em pelo menos 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% ou 95%. Em configurações preferidas, a mutação favorável possibilita a inibição completa (ou seja, 100% de inibição), sendo que a atividade da nicotina demetilase sofre knock-out (ou seja, sua atividade não pode ser medida).[0057] “Favorable mutation” means a mutation that causes a substitution, insertion, deletion, or truncation of the CYP82E10 polypeptide such that nicotine demethylase activity is inhibited. In some embodiments, nicotine demethylase activity is inhibited by at least 25%, 30%, 35, 40%, 45, 50%, 55%, or 60% compared to the activity of the wild-type CYP82E10 polypeptide under the same test conditions. In other embodiments, nicotine demethylase activity is inhibited by at least 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, or 95%. In preferred embodiments, the favorable mutation enables complete inhibition (i.e., 100% inhibition), and nicotine demethylase activity is knocked out (i.e., its activity cannot be measured).

[0058] O termo “inibidor(a)” pode ser usado no contexto deuma comparação entre duas plantas, por exemplo, uma planta geneticamente alterada e uma planta de tipo selvagem. A comparação pode ser entre plantas, por exemplo, uma planta de tipo selvagem e uma que careça de uma sequência de DNA capaz de produzir nicotina demetilase específica de raiz que converta nicotina em nornicotina. A inibição da expressão ou função de um produto genético alvo também pode ocorrer no contexto de uma comparação entre células vegetais, organelas, órgãos, tecidos ou partes de plantas dentro da mesma planta ou entre plantas diferentes, incluindo comparações entre etapas de desenvolvimento ou de evolução dentro da mesma planta ou parte de planta ou entre plantas ou partes de plantas.[0058] The term “inhibitor” may be used in the context of a comparison between two plants, e.g., a genetically altered plant and a wild-type plant. The comparison may be between plants, e.g., a wild-type plant and one lacking a DNA sequence capable of producing root-specific nicotine demethylase that converts nicotine to nornicotine. Inhibition of the expression or function of a target gene product may also occur in the context of a comparison between plant cells, organelles, organs, tissues, or plant parts within the same plant or between different plants, including comparisons between developmental or evolutionary stages within the same plant or plant part or between plants or plant parts.

[0059] O termo “inibidor(a)” pode indicar qualquer redução relativa da função ou produção de um produto genético de interesse, neste caso, uma nicotina demetilase específica de raiz, incluindo inclusive a eliminação completa da função ou produção desse produto genético. Quando os níveis de um produto genético são comparados, essa comparação é preferentemente realizada entre organismos com antecedentes genéticos similares. Preferentemente, um antecedente genético similar é um antecedente no qual os organismos que estão sendo comparados compartilham 50% ou mais, preferentemente 75% ou mais, e idealmente 90% ou mais, de identidade de sequência em relação ao material genético nuclear. Um antecedente genético similar é um antecedente no qual os organismos que estão sendo comparados são plantas isogênicas, exceto no caso de qualquer material genético originalmente introduzido usando técnicas de transformação vegetal ou mutação gerada por intervenção humana. A medição do nível ou da quantidade de um produto genético pode ser realizada mediante qualquer método adequado, exemplos dos quais incluem, mas não se limitam a, comparação de níveis de transcritos de mRNA, níveis de proteínas ou peptídeos e/ou fenótipos, principalmente a conversão de nicotina em nornicotina. Conforme aqui utilizado, os transcritos de mRNA podem ser transcritos de mRNA processados e não-processados, e os polipeptídeos ou peptídeos podem ser polipeptídeos ou peptídeos com ou sem qualquer modificação pós-translacional.[0059] The term “inhibitor” may indicate any relative reduction in the function or production of a gene product of interest, in this case, a root-specific nicotine demethylase, including the complete elimination of the function or production of that gene product. When levels of a gene product are compared, such comparison is preferably made between organisms with similar genetic backgrounds. Preferably, a similar genetic background is a background in which the organisms being compared share 50% or more, preferably 75% or more, and ideally 90% or more, sequence identity with respect to the nuclear genetic material. A similar genetic background is a background in which the organisms being compared are isogenic plants, except in the case of any genetic material originally introduced using plant transformation techniques or mutation generated by human intervention. Measurement of the level or quantity of a gene product may be performed by any suitable method, examples of which include, but are not limited to, comparison of mRNA transcript levels, protein or peptide levels, and/or phenotypes, particularly the conversion of nicotine to nornicotine. As used herein, mRNA transcripts may be processed or unprocessed mRNA transcripts, and polypeptides or peptides may be polypeptides or peptides with or without any post-translational modification.

[0060] Conforme aqui utilizado, o termo “variante” indica umasequência consideravelmente similar. Uma variante pode ter diferentes funções ou uma função consideravelmente similar como um polipeptídeo de tipo selvagem de interesse. Para a nicotina demetilase, uma função consideravelmente similar possui pelo menos 99%, 98%, 97%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 60%, 50%, 25% ou15% da função da enzima de tipo selvagem de converter nicotina em nornicotina sob as mesmas condições ou em uma linha quase-isogênica. Uma CYP82E10 de tipo selvagem é indicada na SEQ IDNO:2. Uma CYP82E4 de tipo selvagem é indicada na SEQ ID NO:14. Uma CYP82E5 de tipo selvagem é indicada na SEQ ID NO:26. Variantes exemplificativas da CYP82E10 de tipo selvagem da presente invenção incluem polipeptídeos contendo a sequência indicada na SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13. A varianteindicada na SEQ ID NO:10 (CYP82E10 P419S) tem a vantagem depossuir uma mutação favorável que faz com que a enzima tenhaapenas cerca de 25% da atividade de nicotina demetilase do polipeptídeo CYP82E10 de tipo selvagem. As variantes indicadas nas SEQ ID NOs: 11 (CYP82E10 G79S), 12 (CYP82E10 com P107S) e 13(CYP82E10 com P381S) têm a vantagem de possuir mutações favoráveis que fazem com que sua atividade de nicotina demetilase sofra knock-out (ou seja, 100% de inibição e, portanto, um polipeptídeo não-funcional). De forma similar, variantes exemplificativas das CYP82E4 de tipo selvagem incluem polipeptídeos contendo a sequência indicada na SEQ ID NO:15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 ou 25. A variante indicada na SEQ ID NO:21 (CYP82E4 V376M) tem a vantagem de possuir uma mutação favorável que faz com que a enzima tenha apenas cerca de 50% da atividade de nicotina demetilase do polipeptídeo CYP82E4 de tipo selvagem. As variantes indicadas nas SEQ ID NOs: 22 (CYP82E4 W329Stop), 23 (CYP82E4 K364N), 24 (CYP82E4 P381S) e 25 (CYP82E4 P458S) têm a vantagem de possuir mutações favoráveis que fazem com que sua atividade de nicotina demetilase sofra knock-out (ou seja, 100% de inibição). De modo similar, variantes exemplificativas da CYP82E4 de tipo selvagem incluem polipeptídeos contendo a sequência indicada na SEQ ID NO: 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 ou 34. A variante indicada na SEQ ID NO:34 (CYP82E5 P449L) tem a vantagem de possuir uma mutação favorável que provoca a inibição de sua atividade de nicotina demetilase, e a variante indicada na SEQ ID NO:33 tem a vantagem de possuir uma mutação favorável que faz com que sua atividade de nicotina demetilase sofra knock-out (ou seja, 100% de inibição).[0060] As used herein, the term "variant" indicates a substantially similar sequence. A variant may have different functions or substantially similar function as a wild-type polypeptide of interest. For nicotine demethylase, substantially similar function has at least 99%, 98%, 97%, 95%, 90%, 85%, 80%, 75%, 60%, 50%, 25%, or 15% of the wild-type enzyme's function of converting nicotine to nornicotine under the same conditions or in a near-isogenic line. A wild-type CYP82E10 is indicated in SEQ ID NO:2. A wild-type CYP82E4 is indicated in SEQ ID NO:14. A wild-type CYP82E5 is indicated in SEQ ID NO:26. Exemplary variants of wild-type CYP82E10 of the present invention include polypeptides containing the sequence set forth in SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, or 13. The variant set forth in SEQ ID NO:10 (CYP82E10 P419S) has the advantage of possessing a favorable mutation that causes the enzyme to have only about 25% of the nicotine demethylase activity of the wild-type CYP82E10 polypeptide. The variants indicated in SEQ ID NOs: 11 (CYP82E10 G79S), 12 (CYP82E10 with P107S) and 13(CYP82E10 with P381S) have the advantage of possessing favorable mutations that cause their nicotine demethylase activity to be knocked out (i.e., 100% inhibition and therefore a non-functional polypeptide). Similarly, exemplary variants of wild-type CYP82E4 include polypeptides containing the sequence indicated in SEQ ID NO:15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, or 25. The variant indicated in SEQ ID NO:21 (CYP82E4 V376M) has the advantage of possessing a favorable mutation that causes the enzyme to have only about 50% of the nicotine demethylase activity of the wild-type CYP82E4 polypeptide. The variants indicated in SEQ ID NOs: 22 (CYP82E4 W329Stop), 23 (CYP82E4 K364N), 24 (CYP82E4 P381S) and 25 (CYP82E4 P458S) have the advantage of possessing favorable mutations that cause their nicotine demethylase activity to be knocked out (i.e., 100% inhibition). Similarly, exemplary variants of wild-type CYP82E4 include polypeptides containing the sequence indicated in SEQ ID NO: 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, or 34. The variant indicated in SEQ ID NO: 34 (CYP82E5 P449L) has the advantage of having a favorable mutation that causes inhibition of its nicotine demethylase activity, and the variant indicated in SEQ ID NO: 33 has the advantage of having a favorable mutation that causes knockout (i.e., 100% inhibition) of its nicotine demethylase activity.

[0061] Conforme aqui utilizado, um “polinucleotídeo variante” ou um “polipeptídeo variante” indicam um ácido nucleico ou uma sequência de aminoácidos que não são de tipo selvagem.[0061] As used herein, a “variant polynucleotide” or a “variant polypeptide” denotes a nucleic acid or amino acid sequence that is not wild-type.

[0062] Uma variante pode ter uma adição , eliminação ousubstituição; duas ou menos adições, eliminações ousubstituições; três ou menos adições, eliminações ousubstituições; quatro ou menos adições, eliminações ousubstituições; ou cinco ou menos adições, eliminações ou substituições. Uma mutação inclui adições, eliminações e substituições. Essas eliminações ou adições podem ocorrer no C- terminal, no N-terminal ou tanto no C- como no N-terminal. Polipeptídeos de fusão ou polipeptídeos marcados com epítopos também são parte da presente invenção. As mutações “silenciosas” de nucleotídeos não modificam o aminoácido codificado em determinada posição. As substituições de aminoácidos podem ser conservadoras. Uma substituição conservadora é uma modificação em um aminoácido que pertença à mesma família de aminoácidos do aminoácido original. A família é definida pela cadeia lateral dos aminoácidos individuais. Uma família de aminoácidos pode ter cadeias laterais básicas, ácidas, polares não carregadas ou não polares. Vide Alberts et al., (1994) Molecular biology da célula (3a ed., págs. 56-57, Garle Publishing Inc., New York, New York), aqui incorporada por referência conforme indicado em caráter integral. A eliminação, substituição ou adição pode ser feita em um aminoácido de outro membro da família CYP82E nessa mesma posição. Conforme aqui utilizado, um “fragmento” indica uma porção de um polinucleotídeo ou uma porção de um polipeptídeo e, portanto, da proteína assim codificada.[0062] A variant may have one addition, deletion, or substitution; two or fewer additions, deletions, or substitutions; three or fewer additions, deletions, or substitutions; four or fewer additions, deletions, or substitutions; or five or fewer additions, deletions, or substitutions. A mutation includes additions, deletions, and substitutions. These deletions or additions may occur at the C-terminus, the N-terminus, or both the C- and N-terminus. Fusion polypeptides or epitope-tagged polypeptides are also part of the present invention. "Silent" nucleotide mutations do not modify the encoded amino acid at a given position. Amino acid substitutions may be conservative. A conservative substitution is a modification to an amino acid that belongs to the same amino acid family as the original amino acid. The family is defined by the side chain of the individual amino acids. An amino acid family may have basic, acidic, uncharged polar, or nonpolar side chains. See Alberts et al. (1994) Molecular biology of the cell (3rd ed., pp. 56-57, Garle Publishing Inc., New York, New York), incorporated herein by reference as indicated in its entirety. The deletion, substitution, or addition may be made at an amino acid of another member of the CYP82E family at that same position. As used herein, a "fragment" denotes a portion of a polynucleotide or a portion of a polypeptide and hence the protein thus encoded.

[0063] Conforme aqui utilizado, o termo “partes de plantas” se refere a células vegetais, protoplastos vegetais, cultivos de tecidos celulares vegetais a partir dos quais uma planta inteira pode ser regenerada, calos vegetais, torrões vegetais e células vegetais que estão intactas em plantas ou partes de plantas como embriões, pólens, anteras, óvulos, sementes, folhas, flores, troncos, galhos, frutas, raízes, pontas de raízes, entre outros. Progênies, variantes e mutantes de plantas regeneradas também são parte do escopo da presente invenção, contanto que contenham os polinucleotídeos introduzidos da invenção. Conforme aqui utilizado, “material de planta de tabaco” representa qualquer porção de uma parte de planta ou qualquer combinação de partes de plantas.[0063] As used herein, the term “plant parts” refers to plant cells, plant protoplasts, plant cell tissue cultures from which an entire plant can be regenerated, plant callus, plant clods, and plant cells that are intact in plants or plant parts such as embryos, pollen, anthers, ovules, seeds, leaves, flowers, trunks, branches, fruits, roots, root tips, among others. Progenies, variants, and mutants of regenerated plants are also part of the scope of the present invention, as long as they contain the introduced polynucleotides of the invention. As used herein, “tobacco plant material” represents any portion of a plant part or any combination of plant parts.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0064] A presente invenção se refere a um novo gene denicotina demetilase, CYP82E10 (sequência genômica indicada na SEQ ID NO:4) e à sua nicotina demetilase CYP82E10 (SEQ ID NO:2) que participam da conversão específica de raiz de nicotina emnornicotina em raízes de plantas de tabaco, bem como a seu usopara reduzir ou minimizar a conversão de nicotina em nornicotinae, portanto, reduzir os níveis de nornicotina em plantas e partes de plantas de tabaco. Por “específica de raiz” entende-se que seexpressa preferentemente dentro das raízes de plantas de tabaco, e não em outros órgãos vegetais como folhas ou sementes. Ao introduzir mutações favoráveis selecionadas dentro dessa nicotina demetilase específica de raiz ou de variantes da mesmaque possuam atividade de nicotina demetilase, em combinação comuma ou mais mutações favoráveis selecionadas dentro de um gene que codifica uma nicotina demetilase de folha verde (por ex., a CYP82E5 indicada na SEQ ID NO:26) ou variante da mesma que possua atividade de nicotina demetilase, ou ainda em combinação com umaou mais mutações favoráveis selecionadas dentro de um gene que codifica uma nicotina demetilase induzida por senescência (porex., a CYP82E4 indicada na SEQ ID NO:14) ou variante da mesma que possua atividade de nicotina demetilase, é possível produzir plantas de tabaco não-transgênicas com mínima conversão de nicotina em nornicotina, sendo que a taxa de conversão é inferior a cerca de 1,5%, preferentemente inferior a cerca de 1%.[0064] The present invention relates to a novel nicotine demethylase gene, CYP82E10 (genomic sequence indicated in SEQ ID NO:4) and its nicotine demethylase CYP82E10 (SEQ ID NO:2) that participate in the root-specific conversion of nicotine to nornicotine in the roots of tobacco plants, as well as their use to reduce or minimize the conversion of nicotine to nornicotine and therefore reduce nornicotine levels in tobacco plants and plant parts. By “root-specific” it is understood that it is preferentially expressed within the roots of tobacco plants, and not in other plant organs such as leaves or seeds. By introducing selected favorable mutations within such a root-specific nicotine demethylase or variants thereof that possess nicotine demethylase activity, in combination with one or more selected favorable mutations within a gene encoding a green leaf nicotine demethylase (e.g., CYP82E5 set forth in SEQ ID NO:26) or variant thereof that possesses nicotine demethylase activity, or in combination with one or more selected favorable mutations within a gene encoding a senescence-induced nicotine demethylase (e.g., CYP82E4 set forth in SEQ ID NO:14) or variant thereof that possesses nicotine demethylase activity, it is possible to produce non-transgenic tobacco plants with minimal conversion of nicotine to nornicotine, with the conversion rate being less than about 1.5%, preferably less than about 1%.

[0065] A redução dos níveis de nornicotina no tabaco é altamente desejável devido a que esse alcaloide serve como um precursor do bem-documentado carcinógeno N’-nitrosonornicotina (NNN). Dois genes que codificam proteínas com atividade de nicotina demetilase no tabaco foram anteriormente identificados e denominados CYP82E4v2 e CYP82E5v2. O polipeptídeo CYP82E4 (SEQ ID NO:14) é uma nicotina demetilase induzida por senescência. O gene CYP82E4v2 (incluindo as regiões de codificação e de íntrons), seu papel na produção de nornicotina em plantas de tabaco e os métodos para inibir sua expressão e função são descritos no Pedido de Patente dos E.U.A. N.° 11/580.765, publicado como Publicação de Pedido de Patente dos E.U.A. N.° 2008/0202541 A1. O polipeptídeo CYP82E5 (SEQ ID NO:26) é uma nicotina demetilase de folha verde (ou seja, sua expressão predominante é em folhas verdes). O gene CYP82E4 (incluindo as regiões de codificação e de íntrons), seu papel na produção de nornicotina em plantas de tabaco e os métodos para inibir sua expressão e função são descritos no Pedido de Patente dos E.U.A. N.° 12/269.531, publicado como Publicação de Pedido de Patente dos E.U.A. N.° 2009/0205072 A1. O conteúdo de ambos os pedidos de patentes dos E.U.A. e suas respectivas publicações são aqui incorporados por referência em caráter integral.[0065] Reducing nornicotine levels in tobacco is highly desirable because this alkaloid serves as a precursor to the well-documented carcinogen N’-nitrosonornicotine (NNN). Two genes encoding proteins with nicotine demethylase activity in tobacco have previously been identified and named CYP82E4v2 and CYP82E5v2. The CYP82E4 polypeptide (SEQ ID NO:14) is a senescence-induced nicotine demethylase. The CYP82E4v2 gene (including the coding and intron regions), its role in nornicotine production in tobacco plants, and methods for inhibiting its expression and function are described in U.S. Patent Application No. 11/580,765, published as U.S. Patent Application Publication No. 2008/0202541 A1. The CYP82E5 polypeptide (SEQ ID NO:26) is a green leaf nicotine demethylase (i.e., its predominant expression is in green leaves). The CYP82E4 gene (including the coding and intron regions), its role in nornicotine production in tobacco plants, and methods for inhibiting its expression and function are described in U.S. Patent Application No. 12/269,531, published as U.S. Patent Application Publication No. 2009/0205072 A1. The contents of both U.S. patent applications and their respective publications are incorporated herein by reference in their entirety.

[0066] Plantas homozigotas para alelos mutantes favoráveis cyp82e4v2 e cyp82e5v2 (por ex., alelos mutantes que produzem knock-down, ou knock-out, da expressão dos respectivos genes de nicotina demetilase), portanto, ainda podem metabolizar mais de 2% de sua nicotina em nornicotina, o que representa níveis de nornicotina que ainda podem provocar uma formação considerável de NNN. A descoberta do gene de nicotina demetilase CYP82E10 fornece mais uma via para minimizar a taxa de conversão de nicotina em nornicotina em plantas de tabaco e, portanto, reduzir ainda mais os níveis de nornicotina, e consequentemente de NNN, em plantas de tabaco e em materiais vegetais delas derivadas. A combinação de alelos mutantes favoráveis cyp82e10 com alelos mutantes favoráveis cyp82e4v2 e cyp82e5v2 originam plantas de tabaco que possuem mais do que uma redução tripla em nornicotina, em comparação com a observada em plantas de tabaco que possuem apenas a mutação cyp82e4v2 ou essa mutação e a mutação cyp82e5v2 juntas. Em uma configuração, a presente invenção fornece uma combinação mutante tripla homozigota de genes de nicotina demetilase (cyp82e4v2, cyp82e5v2 e cyp82e10) que resulta em plantas de tabaco não-transgênicas que produzem níveis muito baixos de nornicotina, comparáveis aos que somente podiam ser alcançados mediante abordagens de supressão genética transgênica, como os descritos nas Publicações de Pedidos de Patente dos E.U.A. N.° 2008/0202541 A1 e 2009/0205072 A1.[0066] Plants homozygous for favorable mutant alleles cyp82e4v2 and cyp82e5v2 (e.g., mutant alleles that knock down, or knock out, the expression of the respective nicotine demethylase genes) can therefore still metabolize more than 2% of their nicotine to nornicotine, representing levels of nornicotine that can still trigger substantial NNN formation. The discovery of the nicotine demethylase gene CYP82E10 provides a further avenue to minimize the rate of nicotine to nornicotine conversion in tobacco plants and thus further reduce nornicotine, and consequently NNN, levels in tobacco plants and plant materials derived therefrom. Combining favorable mutant alleles cyp82e10 with favorable mutant alleles cyp82e4v2 and cyp82e5v2 results in tobacco plants that have more than a threefold reduction in nornicotine, compared to that observed in tobacco plants that have only the cyp82e4v2 mutation or this mutation and the cyp82e5v2 mutation together. In one embodiment, the present invention provides a homozygous triple mutant combination of nicotine demethylase genes (cyp82e4v2, cyp82e5v2, and cyp82e10) that results in non-transgenic tobacco plants that produce very low levels of nornicotine, comparable to those that could only be achieved through transgenic gene knockout approaches such as those described in U.S. Patent Application Publication Nos. 2008/0202541 A1 and 2009/0205072 A1.

Polinucleotídeos e polipeptídeos de nicotina demetilase e variantes e fragmentos dos mesmosNicotine demethylase polynucleotides and polypeptides and variants and fragments thereof

[0067] As composições da presente invenção incluem o polipeptídeo CYP82E10, bem como variantes e fragmentos do mesmo. Esses polinucleotídeos e polipeptídeos de nicotina demetilase participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em plantas, incluindo variedades comerciais de plantas de tabaco. Em particular, as composições da invenção incluem polipeptídeos isolados contendo as sequências de aminoácidos indicadas nas SEQ ID NOs:2 e 5-13, polinucleotídeos isolados contendo as sequências de nucleotídeos indicadas nas SEQ ID NOs:1, 3 e 4, além de polinucleotídeos isolados que codificam a sequência de aminoácidos das SEQ ID NOs:2 e 5-13. Os polinucleotídeos da presente invenção podem ser usados para inibir a expressão de polipeptídeos de nicotina demetilase ou de variantes dos mesmos que participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em plantas, especialmente plantas de tabaco. Alguns dos polinucleotídeos da invenção possuem mutações que provocam a inibição da atividade de nicotina demetilase da nicotina demetilase de tipo selvagem. A inibição de polipeptídeos da presente invenção é eficaz na redução dos níveis de nornicotina em linhas de tabaco nas quais a conversão genética ocorre em menos de 30%, 50%, 70% ou 90% da população, como nos tabacos curados em estufa. A inibição de polipeptídeos da presente invenção é eficaz na redução dos níveis de nornicotina em populações de tabaco nas quais a conversão genética ocorre em pelo menos 90%, 80%, 70%, 60% ou 50% da população de plantas. A população contém preferentemente mais de cerca de 25, 50, 100, 500, 1,000, 5.000 ou 25.000 plantas, sendo que, idealmente, pelo menos cerca de 10%, 25%, 50%, 75%, 95% ou 100% das plantas contêm um polipeptídeo da presente invenção.[0067] The compositions of the present invention include the CYP82E10 polypeptide, as well as variants and fragments thereof. These nicotine demethylase polypeptides and polypeptides participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in plants, including commercial varieties of tobacco plants. In particular, the compositions of the invention include isolated polypeptides containing the amino acid sequences indicated in SEQ ID NOs:2 and 5-13, isolated polynucleotides containing the nucleotide sequences indicated in SEQ ID NOs:1, 3 and 4, and isolated polynucleotides encoding the amino acid sequence of SEQ ID NOs:2 and 5-13. The polynucleotides of the present invention can be used to inhibit the expression of nicotine demethylase polypeptides or variants thereof that participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in plants, especially tobacco plants. Some of the polynucleotides of the invention contain mutations that inhibit the nicotine demethylase activity of wild-type nicotine demethylase. Inhibition of the polypeptides of the present invention is effective in reducing nornicotine levels in tobacco lines in which genetic conversion occurs in less than 30%, 50%, 70%, or 90% of the population, such as in greenhouse-cured tobaccos. Inhibition of the polypeptides of the present invention is effective in reducing nornicotine levels in tobacco populations in which genetic conversion occurs in at least 90%, 80%, 70%, 60%, or 50% of the plant population. The population preferably contains more than about 25, 50, 100, 500, 1,000, 5,000, or 25,000 plants, with ideally at least about 10%, 25%, 50%, 75%, 95%, or 100% of the plants containing a polypeptide of the present invention.

[0068] Os polinucleotídeos de nicotina demetilase e os polipeptídeos codificados da presente invenção incluem um novo gene de citocromo P450, denominado gene de nicotina demetilase CYP82E10, a respeito do qual comprovou-se pela primeira vez que desempenha um papel na conversão metabólica de nicotina em nornicotina em raízes de plantas de tabaco. Abordagens transgênicas como supressão senso, anti-senso e RNAi podem ser usados para provocar a expressão knock-down dessa nicotina demetilase, de forma similar à descrita para as nicotina demetilases CYP82E4 e CYP82E5, conforme descrito nas Publicações de Pedido de Patente dos E.U.A. N.° 2008/0202541 A1 e 2009/0205072 A1, o conteúdo das quais é aqui incorporado por referência em caráter integral. A abordagem preferido é o que introduz uma ou mais mutações favoráveis dentro desse gene, já que essa abordagem tem a vantagem de fornecer plantas de tabaco não-transgênicas que possuam reduzidas taxas de conversão de nicotina em nornicotina e, portanto, reduzidos níveis de nornicotina e de NNN. Essas abordagens incluem, mas não se limitam a, mutagênese, entre outras, conforme descrito em outras seções deste documento.[0068] The nicotine demethylase polynucleotides and encoded polypeptides of the present invention include a novel cytochrome P450 gene, designated the CYP82E10 nicotine demethylase gene, which has been shown for the first time to play a role in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in the roots of tobacco plants. Transgenic approaches such as sense, antisense, and RNAi suppression can be used to knock down expression of this nicotine demethylase, in a manner similar to that described for the nicotine demethylases CYP82E4 and CYP82E5, as described in U.S. Patent Application Publication Nos. 2008/0202541 A1 and 2009/0205072 A1, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. The preferred approach is to introduce one or more favorable mutations into this gene, as this approach has the advantage of producing non-transgenic tobacco plants that have reduced rates of nicotine-to-nornicotine conversion and, therefore, reduced levels of nornicotine and NNN. These approaches include, but are not limited to, mutagenesis, among others, as described elsewhere in this document.

[0069] A invenção abrange composições de polinucleotídeos ou proteínas isoladas ou substancialmente purificadas da presente invenção. Um polinucleotídeo ou proteína “isolado(a)” ou “purificado(a)”, ou uma porção biologicamente ativa dos mesmos, está substancialmente ou essencialmente livre de componentes que normalmente acompanham ou interagem com o polinucleotídeo ou a proteína, como acontece no ambiente de ocorrência natural. Portanto, um polinucleotídeo ou proteína isolada ou purificada está substancialmente livre de outros materiais celulares ou meios de cultivo ao ser produzida por técnicas recombinantes, ou substancialmente livres de precursores químicos ou de outros químicos ao ser quimicamente sintetizada. Idealmente, um polinucleotídeo “isolado” está livre das sequências (idealmente, da proteína que codifica as sequências) que naturalmente flanqueiam o polinucleotídeo (por ex., sequências localizadas nas extremidades 5' e 3' do polinucleotídeo) no DNA gnômico do organismo a partir do qual o polinucleotídeo é derivado. Por exemplo, em várias configurações, o polinucleotídeo isolado pode conter menos de cerca de 5 kb, 4 kb, 3 kb, 2 kb, 1 kb, 0,5 kb ou 0,1 kb da sequência de nucleotídeos que naturalmente flanqueiam o polinucleotídeo no DNA genômico da célula a partir do qual o polinucleotídeo é derivado. A proteína que está substancialmente livre de material celular inclui preparações de proteína com menos de cerca de 30%, 20%, 10%, 5% ou 1% (por peso seco) de proteína contaminante. Quando a proteína da invenção ou uma porção biologicamente ativa da mesma é produzida de forma recombinante, idealmente o meio de cultivo representa menos de cerca de 30%, 20%, 10%, 5% ou 1% (por peso seco) de precursores químicos ou dos químicos que não sejam da proteína de interesse.[0069] The invention encompasses isolated or substantially purified polynucleotide or protein compositions of the present invention. An “isolated” or “purified” polynucleotide or protein, or a biologically active portion thereof, is substantially or essentially free of components that normally accompany or interact with the polynucleotide or protein, as occurs in the naturally occurring environment. Therefore, an isolated or purified polynucleotide or protein is substantially free of other cellular materials or culture media when produced by recombinant techniques, or substantially free of chemical precursors or other chemicals when chemically synthesized. Ideally, an “isolated” polynucleotide is free of the sequences (ideally, protein-coding sequences) that naturally flank the polynucleotide (e.g., sequences located at the 5' and 3' ends of the polynucleotide) in the genomic DNA of the organism from which the polynucleotide is derived. For example, in various embodiments, the isolated polynucleotide may contain less than about 5 kb, 4 kb, 3 kb, 2 kb, 1 kb, 0.5 kb, or 0.1 kb of the nucleotide sequence that naturally flanks the polynucleotide in the genomic DNA of the cell from which the polynucleotide is derived. Protein that is substantially free of cellular material includes protein preparations with less than about 30%, 20%, 10%, 5%, or 1% (by dry weight) contaminating protein. When the protein of the invention or a biologically active portion thereof is produced recombinantly, ideally the culture medium represents less than about 30%, 20%, 10%, 5%, or 1% (by dry weight) chemical precursors or chemicals other than those of the protein of interest.

[0070] Fragmentos dos polinucleotídeos e polipeptídeos assim codificados também são abrangidos pela presente invenção. Fragmentos de um polinucleotídeo podem codificar fragmentos de proteínas que retêm a atividade biológica da proteína nativa e, portanto, participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta. Alternativamente, fragmentos de um polinucleotídeo que são úteis como sondas de hibridização ou primers PCR geralmente não codificam fragmentos de proteínas que retenham atividade biológica. Além disso, fragmentos das sequências de nucleotídeos descritas incluem aqueles que podem ser montados dentro de construtos recombinantes para serem usados em silenciamento genético com qualquer método conhecido na especialidade, incluindo, mas não se limitando a, supressão senso/co-supressão, supressão anti-senso, interferência de RNA de fita dupla (dsRNA), interferência de RNA grampo e interferência de RNA grampo contendo íntrons, interferência de ribozimas mediada por amplicon, ribozimas, além de pequenos RNA ou micro RNA interferentes, conforme descrito na especialidade e mais adiante neste documento. Portanto, os fragmentos de uma sequência de nucleotídeos podem ir de pelo menos cerca de 20 nucleotídeos, cerca de 50 nucleotídeos, cerca de 70 nucleotídeos, cerca de 100 nucleotídeos, cerca de 150 nucleotídeos, cerca de 200 nucleotídeos, 250 nucleotídeos, 300 nucleotídeos, até o comprimento total do polinucleotídeo que codifica as proteínas da invenção, dependendo do resultado desejado. Em um aspecto, os fragmentos de uma sequência de nucleotídeos podem ser fragmentos com entre 100 e cerca de 350 nucleotídeos, entre 100 e cerca de 325 nucleotídeos, entre 100 e cerca de 300 nucleotídeos, entre cerca de 125 e cerca de 300 nucleotídeos, entre cerca de 125 e cerca de 275 nucleotídeos de comprimento, entre cerca de 200 a cerca de 320 nucleotídeos contíguos, entre cerca de 200 e cerca de 420 nucleotídeos contíguos de comprimento, entre cerca de 250 e cerca de 450 nucleotídeos contíguos de comprimento. Outra configuração inclui uma molécula de ácido nucleico recombinante que possui entre cerca de 300 e cerca de 450 nucleotídeos contíguos de comprimento.[0070] Fragments of the polynucleotides and polypeptides thus encoded are also encompassed by the present invention. Fragments of a polynucleotide may encode protein fragments that retain the biological activity of the native protein and thus participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a plant. Alternatively, fragments of a polynucleotide that are useful as hybridization probes or PCR primers generally do not encode protein fragments that retain biological activity. In addition, fragments of the described nucleotide sequences include those that can be assembled into recombinant constructs for use in gene silencing with any method known in the art, including, but not limited to, sense/co-suppression, antisense suppression, double-stranded RNA (dsRNA) interference, hairpin RNA interference and intron-containing hairpin RNA interference, amplicon-mediated ribozyme interference, ribozymes, and small interfering RNA or micro RNA, as described in the art and later herein. Therefore, fragments of a nucleotide sequence can range from at least about 20 nucleotides, about 50 nucleotides, about 70 nucleotides, about 100 nucleotides, about 150 nucleotides, about 200 nucleotides, 250 nucleotides, 300 nucleotides, up to the full length of the polynucleotide encoding the proteins of the invention, depending on the desired result. In one aspect, the fragments of a nucleotide sequence can be fragments of between 100 and about 350 nucleotides, between 100 and about 325 nucleotides, between 100 and about 300 nucleotides, between about 125 and about 300 nucleotides, between about 125 and about 275 nucleotides in length, between about 200 and about 320 contiguous nucleotides, between about 200 and about 420 contiguous nucleotides in length, between about 250 and about 450 contiguous nucleotides in length. Another embodiment includes a recombinant nucleic acid molecule of between about 300 and about 450 contiguous nucleotides in length.

[0071] Um fragmento de um polinucleotídeo de nicotina demetilase da presente invenção que codifica uma porção biologicamente ativa de um polipeptídeo CYP82E10 da presente invenção irá codificar pelo menos 15, 25, 30, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450 ou 500 aminoácidos contíguos, ou até o número total de aminoácidos presentes no comprimento total de um polipeptídeo de nicotina demetilase da invenção (por ex., 517 aminoácidos para as SEQ ID NOs:2 e 5-13). A porção biologicamente ativa de um polipeptídeo de nicotina demetilase pode ser preparada isolando uma porção de um dos polinucleotídeos CYP82E10 da presente invenção, expressando a porção codificada do polipeptídeo CYP82E10 (por ex., pela expressão recombinante in vitro) e avaliando a atividade da porção codificada do polipeptídeo CYP82E10, por ex., a capacidade de promover a conversão de nicotina em nornicotina, usando ensaios conhecidos na especialidade e os fornecidos mais adiante neste documento.[0071] A fragment of a nicotine demethylase polynucleotide of the present invention that encodes a biologically active portion of a CYP82E10 polypeptide of the present invention will encode at least 15, 25, 30, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, or 500 contiguous amino acids, or up to the total number of amino acids present in the full length of a nicotine demethylase polypeptide of the invention (e.g., 517 amino acids for SEQ ID NOs:2 and 5-13). The biologically active portion of a nicotine demethylase polypeptide can be prepared by isolating a portion of one of the CYP82E10 polynucleotides of the present invention, expressing the encoded portion of the CYP82E10 polypeptide (e.g., by recombinant expression in vitro), and assessing the activity of the encoded portion of the CYP82E10 polypeptide, e.g., the ability to promote the conversion of nicotine to nornicotine, using assays known in the art and those provided later herein.

[0072] Os polinucleotídeos que são fragmentos de umasequência de nucleotídeos CYP82E10 da presente invenção contêm pelo menos 16, 20, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400,450, 500, 550, 600, 650, 700, 800, 900, 950, 1000, 1050, 1100,1150, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450, 1500, 1550, 1600, 1650 ou 1700 nucleotídeos contíguos, ou até o número de nucleotídeos presentes no comprimento total de um polinucleotídeo CYP82E10, conforme aqui descrito (por ex., 1551 para a SEQ ID NO: 1; 2636 para a SEQ ID NO:4). Os polinucleotídeos que são fragmentos de uma sequência de nucleotídeos CYP82E10 da presente invenção contêm fragmentos de cerca de 20 a cerca de 1700 nucleotídeos contíguos, de cerca de 50 a cerca de 1600 nucleotídeos contíguos, de cerca de 75 a cerca de 1500 nucleotídeos contíguos, de cerca de 100 a cerca de 1400 nucleotídeos, de cerca de 150 a cerca de 1300 nucleotídeos contíguos, de cerca de 150 a cerca de 1200 nucleotídeos contíguos, de cerca de 175 a cerca de 1100 nucleotídeos contíguos, cerca de 200 a cerca de 1000 nucleotídeos contíguos, cerca de 225 a cerca de 900 nucleotídeos contíguos, cerca de 500 a cerca de 1600 nucleotídeos contíguos, cerca de 775 a cerca de 1700 nucleotídeos contíguos, cerca de 1000 a cerca de 1700 nucleotídeos contíguos, ou de cerca de 300 a cerca de 800 nucleotídeos contíguos de um polinucleotídeo CYP82E10, conforme aqui descrito. Em um aspecto, os fragmentos de polinucleotídeos contêm uma sequência de polinucleotídeos contendo a sequência de polinucleotídeos do nucleotídeo localizado cerca da posição 700 a cerca da posição 1250 da sequência de codificação CYP82E10, cerca da posição 700 a cerca da posição 1250 de uma sequência genômica CYP82E10, cerca da posição 10 a cerca da posição 900 de uma sequência de íntrons CYP82E10 ou cerca da posição 100 a cerca da posição 800 de uma sequência de íntrons CYP82E10.[0072] Polynucleotides that are fragments of a CYP82E10 nucleotide sequence of the present invention contain at least 16, 20, 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 800, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1250, 1300, 1350, 1400, 1450, 1500, 1550, 1600, 1650, or 1700 contiguous nucleotides, or up to the number of nucleotides present in the full length of a CYP82E10 polynucleotide as described herein (e.g., 1551 for SEQ ID NO: 1; 2636 for SEQ ID NO: 4). The polynucleotides that are fragments of a CYP82E10 nucleotide sequence of the present invention contain fragments of about 20 to about 1700 contiguous nucleotides, from about 50 to about 1600 contiguous nucleotides, from about 75 to about 1500 contiguous nucleotides, from about 100 to about 1400 nucleotides, from about 150 to about 1300 contiguous nucleotides, from about 150 to about 1200 contiguous nucleotides, from about 175 to about 1100 contiguous nucleotides, about 200 to about 1000 contiguous nucleotides, about 225 to about 900 nucleotides contiguous, about 500 to about 1600 contiguous nucleotides, about 775 to about 1700 contiguous nucleotides, about 1000 to about 1700 contiguous nucleotides, or from about 300 to about 800 contiguous nucleotides of a CYP82E10 polynucleotide as described herein. In one aspect, the polynucleotide fragments contain a polynucleotide sequence containing the polynucleotide sequence of the nucleotide located at about position 700 to about position 1250 of the CYP82E10 coding sequence, about position 700 to about position 1250 of a CYP82E10 genomic sequence, about position 10 to about position 900 of a CYP82E10 intron sequence, or about position 100 to about position 800 of a CYP82E10 intron sequence.

[0073] Variantes dos polinucleotídeos e polipeptídeos assimcodificados também são abrangidos pela presente invenção. Variantes de ocorrência natural incluem aquelas variantes que compartilham uma considerável identidade de sequência com os polinucleotídeos e polipeptídeos CYP82E10 aqui descritos, conforme definido mais adiante neste documento. Em outra configuração, variantes de ocorrência natural também compartilham uma considerável identidade funcional com os polinucleotídeos CYP82E10 aqui descritos. As composições e métodos da invenção podem ser usadas para atingir a expressão ou função de qualquer CYP82E10 de ocorrência natural que compartilhe uma considerável identidade de sequência com os polipeptídeos CYP82E10 descritos. Esses polipeptídeos CYP82E10 podem possuir a atividade de nicotina demetilase relevante, por ex., participação na conversão metabólica de nicotina em nornicotina em plantas, ou não. Essas variantes podem ser o resultado de, por exemplo, polimorfismo genético ou manipulação humana como ocorre com a procriação e seleção, incluindo abordagens de mutagênese. Variantes biologicamente ativas de uma proteína CYP82E10 da invenção, por exemplo, variantes do polipeptídeo indicado nas SEQ ID NO:2 e 5-13, deverão possuir pelo menos cerca de 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% ou mais de identidade de sequência em relação à sequência de aminoácidos para a proteína de tipo selvagem, conforme determinado pelos programas e parâmetros de alinhamento de sequências descritos em outras seções deste documento, podendo ser caracterizadas por sua participação funcional na conversão metabólica de nicotina em nornicotina em plantas, ou pela ausência da mesma. Uma variante biologicamente ativa de uma proteína da invenção pode diferir dessa proteína em apenas 1 a 15 resíduos de aminoácidos, apenas 10, apenas 9, apenas 8, apenas 7, apenas 6, apenas 5, apenas 4, apenas 3, apenas 2 ou apenas 1 resíduo de aminoácido. Uma variante biologicamente inativa de uma proteína da invenção pode diferir dessa proteína em apenas 1 a 15 resíduos de aminoácidos, apenas 10, apenas 9, apenas 8, apenas 7, apenas 6, apenas 5, apenas 4, apenas 3, apenas 2 ou apenas 1 resíduo de aminoácido.[0073] Variants of the polynucleotides and polypeptides thus encoded are also encompassed by the present invention. Naturally occurring variants include those variants that share substantial sequence identity with the CYP82E10 polynucleotides and polypeptides described herein, as defined later herein. In another embodiment, naturally occurring variants also share substantial functional identity with the CYP82E10 polynucleotides described herein. The compositions and methods of the invention may be used to achieve the expression or function of any naturally occurring CYP82E10 that shares substantial sequence identity with the CYP82E10 polypeptides described. These CYP82E10 polypeptides may possess the relevant nicotine demethylase activity, e.g., participation in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in plants, or may not. These variants may be the result of, for example, genetic polymorphism or human manipulation as occurs with breeding and selection, including mutagenesis approaches. Biologically active variants of a CYP82E10 protein of the invention, e.g., variants of the polypeptide indicated in SEQ ID NO:2 and 5-13, should possess at least about 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more sequence identity to the amino acid sequence for the wild-type protein, as determined by the sequence alignment programs and parameters described in other sections of this document, and may be characterized by their functional participation in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in plants, or by the absence thereof. A biologically active variant of a protein of the invention may differ from that protein by as few as 1 to 15 amino acid residues, as few as 10, as few as 9, as few as 8, as few as 7, as few as 6, as few as 5, as few as 4, as few as 3, as few as 2, or as few as 1 amino acid residue. A biologically inactive variant of a protein of the invention may differ from that protein by as few as 1 to 15 amino acid residues, as few as 10, as few as 9, as few as 8, as few as 7, as few as 6, as few as 5, as few as 4, as few as 3, as few as 2, or as few as 1 amino acid residue.

[0074] Variantes de um polinucleotídeo em particular da presente invenção incluem aqueles polinucleotídeos de ocorrência natural que codificam um polipeptídeo CYP82E10 que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em raízes de plantas. Essas variantes de polinucleotídeos podem prever a eliminação e/ou adição de um ou mais nucleotídeos em um ou mais sítios dentro do polinucleotídeo aqui descrito e/ou uma substituição de um ou mais nucleotídeos em um ou mais sítios do polinucleotídeo nativo. Devido à degeneração do código genético, variantes conservadoras para polinucleotídeos incluem aquelas sequências que codificam a sequência de aminoácidos de um dos polipeptídeos CYP82E10 da invenção. Variantes de ocorrência natural como essas podem ser identificadas com o uso de técnicas de biologia molecular conhecidas como, por exemplo, reação em cadeia de polimerase (PCR) e técnicas de hibridização, conforme conhecido na especialidade e aqui descrito. As variantes de polinucleotídeos também incluem polinucleotídeos derivados sinteticamente, como aqueles gerados, por exemplo, usando mutagênese sítio-dirigida, mas que continuam compartilhando uma considerável identidade de sequência com as sequências de ocorrência natural aqui descritas e, portanto, podem ser usadas nos métodos da invenção para inibir a expressão ou função de uma nicotina demetilase que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina, incluindo os polipeptídeos de nicotina demetilase indicados nas SEQ ID NOS:2, 5, 6, 7, 8, 9 e 10. Geralmente, variantes de um polinucleotídeo em particular da invenção, por exemplo, a sequência de polinucleotídeos da SEQ ID NO:3 ou a sequência de polinucleotídeos que codifica a sequência de aminoácidos indicada nas SEQ ID NO:2 e 5-13, deverão ter pelo menos cerca de 40%,45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% ou mais de identidade de sequência em relação ao polinucleotídeo em particular, conforme determinado pelos programas e parâmetros de alinhamento de sequências descritos em outras seções deste documento.[0074] Variants of a particular polynucleotide of the present invention include those naturally occurring polynucleotides that encode a CYP82E10 polypeptide that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in plant roots. Such polynucleotide variants may provide for the deletion and/or addition of one or more nucleotides at one or more sites within the polynucleotide described herein and/or a substitution of one or more nucleotides at one or more sites of the native polynucleotide. Due to the degeneracy of the genetic code, conservative variants for polynucleotides include those sequences that encode the amino acid sequence of one of the CYP82E10 polypeptides of the invention. Naturally occurring variants such as these can be identified using known molecular biology techniques such as, for example, polymerase chain reaction (PCR) and hybridization techniques, as known in the art and described herein. Polynucleotide variants also include synthetically derived polynucleotides, such as those generated, for example, using site-directed mutagenesis, but which continue to share substantial sequence identity with the naturally occurring sequences described herein and therefore can be used in the methods of the invention to inhibit the expression or function of a nicotine demethylase that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine, including the nicotine demethylase polypeptides set forth in SEQ ID NOS:2, 5, 6, 7, 8, 9, and 10. Generally, variants of a particular polynucleotide of the invention, for example, the polynucleotide sequence of SEQ ID NO:3 or the polynucleotide sequence encoding the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO:2 and 5-13, should have at least about 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more sequence identity to the particular polynucleotide, as determined by sequence alignment programs and parameters described elsewhere in this document.

[0075] As variantes de um polinucleotídeo em particular da presente invenção (também chamadas de polinucleotídeos de referência) também podem ser avaliadas mediante comparação da identidade de sequência percentual entre o polipeptídeo codificado pelo polinucleotídeo de referência e o polipeptídeo codificado por um polinucleotídeo variante. A identidade de sequência percentual entre quaisquer dois polipeptídeos pode ser calculada usando programas e parâmetros de alinhamento de sequências descritos em outras seções deste documento. Quando qualquer par de polinucleotídeos da invenção for avaliado por comparação da identidade de sequência percentual compartilhada pelos dois polipeptídeos que eles codificam, a identidade de sequência percentual entre os dois polipeptídeos codificados é de pelo menos cerca de 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% oumais de identidade de sequência.[0075] Variants of a particular polynucleotide of the present invention (also called reference polynucleotides) can also be assessed by comparing the percent sequence identity between the polypeptide encoded by the reference polynucleotide and the polypeptide encoded by a variant polynucleotide. The percent sequence identity between any two polypeptides can be calculated using sequence alignment programs and parameters described elsewhere herein. When any pair of polynucleotides of the invention is evaluated by comparing the percent sequence identity shared by the two polypeptides they encode, the percent sequence identity between the two encoded polypeptides is at least about 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more sequence identity.

[0076] Além disso, os polinucleotídeos da invenção podem ser usados para isolar as correspondentes sequências de nicotina demetilase específicas de raiz, especialmente sequências CYP82E10, de outros membros do gênero Nicotiana. PCR, hibridização e outros métodos similares podem ser usados para identificar essas sequências com base em suas homologias de sequência em relação às sequências aqui indicadas. Sequências isoladas com base em sua identidade de sequência em relação às sequências de nucleotídeos aqui indicadas ou a variantes e fragmentos das mesmas são abrangidas pela presente invenção. Essas sequências incluem sequências que são ortólogas das sequências descritas.[0076] Furthermore, the polynucleotides of the invention can be used to isolate corresponding root-specific nicotine demethylase sequences, especially CYP82E10 sequences, from other members of the genus Nicotiana. PCR, hybridization, and other similar methods can be used to identify these sequences based on their sequence homologies to the sequences indicated herein. Sequences isolated based on their sequence identity to the nucleotide sequences indicated herein or to variants and fragments thereof are encompassed by the present invention. Such sequences include sequences that are orthologous to the sequences described.

[0077] De acordo com a presente invenção, “ortólogos” são genes derivados de um gene ancestral comum e que são encontrados em diferentes espécies como resultado da especiação. Genes encontrados em diferentes espécies são considerados ortólogos quando sua sequência de nucleotídeos e/ou suas sequências de proteínas codificadas compartilham pelo menos 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% ou mais de identidade de sequência. Funções de ortólogos são normalmente altamente conservadas entre as espécies. Portanto, polinucleotídeos isolados que codificam um polipeptídeo de nicotina demetilase que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina e que hibridizam sob condições estringentes a sequência CYP82E10 aqui descrita, ou variantes ou fragmentos das mesmas, são abrangidas pela presente invenção. Essas sequências podem ser usadas nos métodos da presente invenção para inibir a expressão de polipeptídeos de nicotina demetilase que participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em plantas.[0077] According to the present invention, “orthologs” are genes derived from a common ancestral gene and that are found in different species as a result of speciation. Genes found in different species are considered orthologs when their nucleotide sequence and/or their encoded protein sequences share at least 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more sequence identity. Functions of orthologs are typically highly conserved among species. Therefore, isolated polynucleotides encoding a nicotine demethylase polypeptide that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine and that hybridize under stringent conditions to the CYP82E10 sequence described herein, or variants or fragments thereof, are encompassed by the present invention. These sequences can be used in the methods of the present invention to inhibit the expression of nicotine demethylase polypeptides that participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in plants.

[0078] Usando PCR, primers de oligonucleotídeos podem serprojetados para serem usados em reações de PCR para amplificar as correspondentes sequências de DNA do cDNA ou do DNA genômico extraído de qualquer planta de interesse. Métodos para projetar primers PCR e clonagem PCR são geralmente conhecidos na especialidade e são descritos em Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2.a ed., Cold Spring HarborLaboratory Press, Plainview, New York). Innis et al., eds. (1990) PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications (Academic Press, New York); Innis e Gelfe, eds. (1995) PCR Strategies (Academic Press, New York); e Innis e Gelfe, eds. (1999) PCR Methods Manual (Academic Press, New York). Métodos conhecidos de PCR incluem, mas não se limitam a, métodos que usam primers emparelhados, primers aninhados, primers específicos únicos, primers degenerados, primers específicos de genes, primers específicos de vetores, primers parcialmente desajustados, entre outros.[0078] Using PCR, oligonucleotide primers can be designed for use in PCR reactions to amplify the corresponding DNA sequences from cDNA or genomic DNA extracted from any plant of interest. Methods for designing PCR primers and PCR cloning are generally known in the art and are described in Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York). Innis et al., eds. (1990) PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications (Academic Press, New York); Innis and Gelfe, eds. (1995) PCR Strategies (Academic Press, New York); and Innis and Gelfe, eds. (1999) PCR Methods Manual (Academic Press, New York). Known PCR methods include, but are not limited to, methods using paired primers, nested primers, single-specific primers, degenerate primers, gene-specific primers, vector-specific primers, partially mismatched primers, among others.

[0079] As técnicas de hibridização contemplam o uso de todoou parte de um polinucleotídeo conhecido como uma sonda que hibridiza seletivamente outros polinucleotídeos correspondentes presentes em uma população de fragmentos de DNUm genômicos clonados ou de fragmentos de cDNUm (por ex., bibliotecas genômicas ou de cDNA) de um organismo escolhido.[0079] Hybridization techniques contemplate the use of all or part of a known polynucleotide as a probe that selectively hybridizes to other corresponding polynucleotides present in a population of cloned genomic mDNA fragments or cmDNA fragments (e.g., genomic or cDNA libraries) from a chosen organism.

[0080] A hibridização pode ser realizada sob condições estringentes. Por “condições estringentes” ou “condições de hibridização estringentes” entendem-se condições sob as quais uma sonda irá hibridizar sua sequência alvo em um grau detectavelmente mais alto do que outras sequências (por ex., pelo menos o dobre em relação ao antecedente). As condições estringentes dependem da sequência e serão diferentes em circunstâncias diferentes. Ao controlar a estringência da hibridização e/ou das condições de lavagem, as sequências alvo que são 100% complementares à sonda podem ser identificadas (sondagem homóloga). Alternativamente, as condições de estringência podem ser ajustadas para permitir algum desajuste nas sequências, de modo tal que graus inferiores de semelhança sejam detectados (sondagem heteróloga). Geralmente, a sonda possui menos de cerca de 1000 nucleotídeos de comprimento, idealmente menos de 500 nucleotídeos de comprimento.[0080] Hybridization may be performed under stringent conditions. By “stringent conditions” or “stringent hybridization conditions” are meant conditions under which a probe will hybridize to its target sequence to a detectably higher degree than other sequences (e.g., at least twice as much as background). Stringent conditions are sequence-dependent and will be different under different circumstances. By controlling the stringency of the hybridization and/or wash conditions, target sequences that are 100% complementary to the probe can be identified (homologous probing). Alternatively, stringency conditions can be adjusted to allow for some mismatch in the sequences, such that lower degrees of similarity are detected (heterologous probing). Typically, the probe is less than about 1000 nucleotides in length, ideally less than 500 nucleotides in length.

[0081] Normalmente, as condições estringentes serão aquelas nas quais a concentração de sal seja inferior a cerca de 1,5 M de íon Na, normalmente cerca de 0,01 a 1,0 M de concentração de íon Na (ou de outros sais) com pH 7,0 a 8,3 e com temperatura de pelo menos cerca de 30°C. Condições estringentes também podem ser obtidas com a adição de agentes desestabilizadores como a formamida. Condições exemplificativas de baixa estringência incluem hibridização com uma solução tampão com 30 a 35% de formamida, 1 M de NaCl, 1% de SDS (dodecil de sulfato de sódio) a 37°C e lavagem em 1X a 2X de SSC (20X SSC = 3,0 M de NaCl/0,3 M de citrato trissódico) a 50-55°C. Condições exemplificativas de estringência moderada incluem hibridização em 40 a 45% de formamida, 1,0 M de NaCl, 1% de SDS a 37°C e lavagem em 0,5X a 1X de SSC a 55-60°C. Condições exemplificativas de alta estringência incluem hibridização em 50% de formamida, 1 M de NaCl, 1% de SDS a 37°C e lavagem em 0,1X de SSC a 60-65°C. Opcionalmente, os tampões de lavagem podem conter cerca de 0,1% a cerca de 1% de SDS. A duração da hibridização é geralmente inferior a cerca de 24 horas, normalmente de cerca de 4 a cerca de 12 horas. O tempo de lavagem terá pelo menos uma duração suficiente para atingir o equilíbrio.[0081] Typically, stringent conditions will be those in which the salt concentration is less than about 1.5 M Na ion, typically about 0.01 to 1.0 M Na ion concentration (or other salts) at pH 7.0 to 8.3 and at a temperature of at least about 30°C. Stringent conditions can also be achieved with the addition of destabilizing agents such as formamide. Exemplary low-stringency conditions include hybridization with a buffer solution containing 30 to 35% formamide, 1 M NaCl, 1% SDS (sodium dodecyl sulfate) at 37°C and washing in 1X to 2X SSC (20X SSC = 3.0 M NaCl/0.3 M trisodium citrate) at 50-55°C. Exemplary moderate-stringency conditions include hybridization in 40 to 45% formamide, 1.0 M NaCl, 1% SDS at 37°C and washing in 0.5X to 1X SSC at 55–60°C. Exemplary high-stringency conditions include hybridization in 50% formamide, 1 M NaCl, 1% SDS at 37°C and washing in 0.1X SSC at 60–65°C. Optionally, wash buffers may contain about 0.1% to about 1% SDS. Hybridization duration is generally less than about 24 hours, typically about 4 to about 12 hours. The wash time should be at least long enough to reach equilibrium.

[0082] Em uma configuração específica, as condições de estringência incluem hibridização em uma solução contendo 5X de SSC, 0,5% de SDS, 5X de Denhardt’s, 0,45 ug/ul de Poly A RNA, 0,45 ug/ul de DNA de timo de bezerro e 50% de formamida a 42°C, bem como pelo menos uma lavagem de pós-hibridização em uma solução contendo de cerca de 0,01X de SSC a cerca de l X de SSC. A duração da hibridização é de cerca de 14 a cerca de 16 horas.[0082] In a specific embodiment, stringency conditions include hybridization in a solution containing 5X SSC, 0.5% SDS, 5X Denhardt's, 0.45 ug/ul Poly A RNA, 0.45 ug/ul calf thymus DNA, and 50% formamide at 42°C, as well as at least one post-hybridization wash in a solution containing from about 0.01X SSC to about 1X SSC. The duration of hybridization is from about 14 to about 16 hours.

[0083] A especificidade é normalmente uma função das lavagens de pós-hibridização, sendo que os fatores críticos são a força iônica e a temperatura da solução de lavagem final. Para os híbridos DNA-DNA, a Tm pode ser aproximada a partir da equação de Meinkoth e Wahl (1984) Anal. Biochem. 138:267-284: Tm = 81.5°C + 16.6 (log M) + 0,41 (%GC) - 0,61 (% form.) - 500/L; sendo que M é a molaridade de cátions monovalentes, %GC é a porcentagem de nucleotídeos de guanosina e citosina no DNA, % form. é a porcentagem de formamida na solução de hibridização, e L é o comprimento do híbrido nos pares base. A Tm é a temperatura (soba força iônica e o pH definidos) na qual 50% de uma sequênciaalvo complementar hibridiza uma sonda perfeitamente ajustada. A Tm é reduzida em cerca de l°C para cada l% de desajuste; portanto, a Tm, a hibridização e/ou as condições de lavagem podem serajustadas para hibridizar sequências da identidade desejada. Por exemplo, caso sejam buscadas sequências com >90% de identidade,a Tm pode ser reduzida a 10°C. Geralmente, condições estringentes são selecionadas para estarem cerca de 5°C abaixo do ponto dederretimento térmico (Tm) para a sequência específica e seucomplemento a uma força iônica e um pH definidos. No entanto, condições severamente estringentes podem utilizar a hibridização e/ou a lavagem 1, 2, 3, ou 4°C abaixo do ponto de derretimentotérmico (Tm); condições moderadamente estringentes podem utilizar a hibridização e/ou a lavagem 6, 7, 8, 9 ou 10°C abaixodo ponto de derretimento térmico (Tm); condições de baixa estringência podem utilizar a hibridização e/ou a lavagem 11,12, 13, 14, 15 ou 20°C abaixo do ponto de derretimento térmico(Tm). Usando a equação, a hibridização e as composições de lavagem, bem como a Tm desejada, os especialistas entenderão que variações na estringência da hibridização e/ou nas soluções de lavagem são inerentemente descritas. Caso o grau desejado de desajuste provoque uma Tm de menos de 45°C (solução aquosa) ou 32°C (solução de formamida), é ideal aumentar a concentração de SSC de modo tal que uma temperatura mais alta possa ser usada. Um guia extenso para a hibridização de ácidos nucleicos é encontrado em Thiessen (1993) Laboratory Toxiques in Biochemistry and Molecular Biology-Hybridization with Nucleic Acid Probes, Parte I, Cap. 2 (Elsevier, New York); e Ausubel et al., eds. (1995) Current Protocols in Molecular Biology, Cap. 2 (Greene Publishing and Wiley-Interscience, New York). Vide Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2d ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York).[0083] Specificity is typically a function of post-hybridization washes, with the critical factors being the ionic strength and temperature of the final wash solution. For DNA-DNA hybrids, Tm can be approximated from the equation of Meinkoth and Wahl (1984) Anal. Biochem. 138:267-284: Tm = 81.5°C + 16.6(log M) + 0.41(%GC) - 0.61(% form.) - 500/L; where M is the molarity of monovalent cations, %GC is the percentage of guanosine and cytosine nucleotides in the DNA, % form. is the percentage of formamide in the hybridization solution, and L is the length of the hybrid in base pairs. Tm is the temperature (under defined ionic strength and pH) at which 50% of a complementary target sequence hybridizes to a perfectly matched probe. Tm is reduced by about 1°C for every 1% mismatch; therefore, Tm, hybridization, and/or wash conditions can be adjusted to hybridize sequences of the desired identity. For example, if sequences with >90% identity are sought, Tm can be reduced to 10°C. Generally, stringent conditions are selected to be about 5°C below the thermal melting point (Tm) for the given sequence and its complement at a defined ionic strength and pH. However, severely stringent conditions may utilize hybridization and/or washing 1, 2, 3, or 4°C below the thermal melting point (Tm); Moderately stringent conditions may utilize hybridization and/or washing 6, 7, 8, 9, or 10°C below the thermal melting point (Tm); low-stringency conditions may utilize hybridization and/or washing 11, 12, 13, 14, 15, or 20°C below the thermal melting point (Tm). Using the equation, hybridization, and wash compositions, and the desired Tm, those skilled in the art will understand that variations in the stringency of hybridization and/or wash solutions are inherently described. If the desired degree of mismatch results in a Tm of less than 45°C (aqueous solution) or 32°C (formamide solution), it is ideal to increase the SSC concentration so that a higher temperature can be used. An extensive guide to nucleic acid hybridization is found in Thiessen (1993) Laboratory Toxiques in Biochemistry and Molecular Biology—Hybridization with Nucleic Acid Probes, Part I, Chap. 2 (Elsevier, New York); and Ausubel et al., eds. (1995) Current Protocols in Molecular Biology, Chap. 2 (Greene Publishing and Wiley-Interscience, New York). See Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York).

[0084] As sondas de hibridização podem ser fragmentos de DNUm genômico, fragmentos de cDNUm, fragmentos de RNUm ou outros oligonucleotídeos, podendo ser rotuladas com um grupo detectável como 32P ou qualquer outro marcador detectável. Por exemplo, as sondas de hibridização podem ser criadas rotulando oligonucleotídeos sintéticos baseados nas sequências de polinucleotídeos CYP82E10 da presente invenção. Métodos para a preparação de sondas de hibridização e para a construção de cDNA e de bibliotecas genômicas são geralmente conhecidos na especialidade e são descritos em Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2d ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York).[0084] Hybridization probes can be genomic mDNA fragments, cmDNA fragments, RmDNA fragments, or other oligonucleotides, and can be labeled with a detectable group such as 32P or any other detectable marker. For example, hybridization probes can be created by labeling synthetic oligonucleotides based on the CYP82E10 polynucleotide sequences of the present invention. Methods for preparing hybridization probes and for constructing cDNA and genomic libraries are generally known in the art and are described in Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2d ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York).

[0085] Por exemplo, as sequências de polinucleotídeosCYP82E10 aqui descritas, ou uma ou mais porções das mesmas, podem ser usadas como sondas capazes de hibridizar especificamente os correspondentes polinucleotídeos de nicotina demetilase específicos de raiz e mensageiros RNAs. Para obter hibridização específica sob uma série de condições, essas sondas incluem sequências que são únicas entre as sequências de polinucleotídeos CYP82E10 ou únicas para uma das sequências de polinucleotídeos CYP82E10, incluindo regiões 5' superiores à sequência de codificação e regiões 3' inferiores à sequência de codificação e uma região de íntrons (por exemplo, SEQ ID NO:3), possuindo idealmente pelo menos cerca de 10 nucleotídeos contíguos de comprimento, mais idealmente pelo menos cerca de 20 nucleotídeos contíguos de comprimento, mais idealmente pelo menos cerca de 50 nucleotídeos contíguos de comprimento, mais idealmente pelo menos cerca de 75 nucleotídeos contíguos de comprimento e ainda mais idealmente pelo menos cerca de 100 nucleotídeos contíguos de comprimento. Essas sondas podem ser usadas para amplificar os correspondentes polinucleotídeos CYP82E10. Essa técnica pode ser usada para isolar sequências de codificação adicionais ou mutações de uma planta desejada ou como um ensaio de diagnóstico para determinar a presença de sequências de codificação em uma planta. Técnicas de hibridização incluem identificação por hibridização de bibliotecas de DNA em placas (sejam placas ou colônias; vide, por exemplo, Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2d ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York).[0085] For example, the CYP82E10 polynucleotide sequences described herein, or one or more portions thereof, can be used as probes capable of specifically hybridizing to the corresponding root-specific nicotine demethylase polynucleotides and messenger RNAs. To achieve specific hybridization under a variety of conditions, these probes include sequences that are unique among CYP82E10 polynucleotide sequences or unique to one of the CYP82E10 polynucleotide sequences, including regions 5' upstream of the coding sequence and regions 3' downstream of the coding sequence, and an intron region (e.g., SEQ ID NO:3), ideally at least about 10 contiguous nucleotides in length, more ideally at least about 20 contiguous nucleotides in length, more ideally at least about 50 contiguous nucleotides in length, more ideally at least about 75 contiguous nucleotides in length, and most ideally at least about 100 contiguous nucleotides in length. These probes can be used to amplify the corresponding CYP82E10 polynucleotides. This technique can be used to isolate additional coding sequences or mutations from a desired plant or as a diagnostic assay to determine the presence of coding sequences in a plant. Hybridization techniques include identification by hybridization of DNA libraries on plates (either plates or colonies; see, for example, Sambrook et al. (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual (2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Plainview, New York).

[0086] Conforme aqui utilizado, com respeito às relações de sequência entre dois ou mais polinucleotídeos ou polipeptídeos, o termo “sequência de referência” é uma sequência definida usada como base para a comparação de sequências. A sequência de referência pode ser um subconjunto ou a totalidade de uma sequência especificada; por exemplo, um segmento de um cDNA ou sequência genética de extensão completa ou um cDNA ou sequência genética completas.[0086] As used herein, with respect to sequence relationships between two or more polynucleotides or polypeptides, the term “reference sequence” is a defined sequence used as a basis for sequence comparison. The reference sequence may be a subset or the entirety of a specified sequence; for example, a segment of a full-length cDNA or gene sequence or a complete cDNA or gene sequence.

[0087] Conforme aqui utilizado, o termo “janela de comparação” se refere a um segmento contíguo e especificado de uma sequência de polinucleotídeos, sendo que a sequência de polinucleotídeos na janela de comparação pode conter adições ou eliminações (por ex., intervalos), diferentemente da sequência de referência (que não contém adições ou eliminações), para um alinhamento ótimo dos dois polinucleotídeos. Geralmente, a janela de comparação possui pelo menos 20 nucleotídeos contíguos de comprimento, podendo possuir opcionalmente 30, 40, 50, 100 ou mais. Os especialistas na matéria entendem que para evitar uma alta semelhança a uma sequência de referência devido à inclusão de intervalos na sequência de polinucleotídeos uma penalidade de intervalo é normalmente introduzida e subtraída do número de combinações.[0087] As used herein, the term “comparison window” refers to a specified, contiguous segment of a polynucleotide sequence, wherein the polynucleotide sequence in the comparison window may contain additions or deletions (e.g., gaps), unlike the reference sequence (which contains no additions or deletions), for optimal alignment of the two polynucleotides. Generally, the comparison window is at least 20 contiguous nucleotides in length, and may optionally be 30, 40, 50, 100, or more. Those skilled in the art understand that to avoid high similarity to a reference sequence due to the inclusion of gaps in the polynucleotide sequence, a gap penalty is typically introduced and subtracted from the number of matches.

[0088] Métodos de alinhamento de sequências por comparação são bem conhecidos na especialidade. Portanto, a determinação da identidade de sequência percentual entre quaisquer duas sequências pode ser obtida usando um algoritmo matemático. Exemplos não-limitantes desses algoritmos matemáticos são o algoritmo de Myers e Miller (1988) CABIOS 4:11-17; o algoritmo de alinhamento local de Smith et al. (1981) Adv. Appl. Math. 2:482; o algoritmo de alinhamento global de Needleman e Wunsch (1970) J. Mol. Biol. 48:443-453; o método de busca de alinhamento local de Pearson e Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. 85:24442448; o algoritmo de Karlin e Altschul (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 872264, modificado segundo Karlin e Altschul (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:5873-5877.[0088] Methods of sequence alignment by comparison are well known in the art. Therefore, the determination of percent sequence identity between any two sequences can be achieved using a mathematical algorithm. Non-limiting examples of such mathematical algorithms are the algorithm of Myers and Miller (1988) CABIOS 4:11-17; the local alignment algorithm of Smith et al. (1981) Adv. Appl. Math. 2:482; the global alignment algorithm of Needleman and Wunsch (1970) J. Mol. Biol. 48:443-453; the local alignment search method of Pearson and Lipman (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. 85:24442448; the algorithm of Karlin and Altschul (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 872264, modified after Karlin and Altschul (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90:5873-5877.

[0089] Os programas BLAST de Altschul et al. (1990) J. Mol.Biol. 215:403 se baseiam no algoritmo de Karlin e Altschul (1990) supra. As buscas de nucleotídeo BLAST podem ser realizadas com o programa BLASTN, pontuação = 100, comprimento de palavra = 12, para obter uma sequência de nucleotídeos homóloga a uma sequência de nucleotídeos que codifica a proteína da invenção. As buscasde proteínas BLAST podem ser realizadas com o programa BLASTX,pontuação = 50, comprimento de palavra = 3, para obter umasequência de aminoácidos homóloga a uma proteína ou polipeptídeo da invenção. Para obter alinhamentos com intervalos para fins de comparação, pode-se utilizar BLAST com intervalos (em BLAST 2.0) conforme descrito em Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25:3389. Alternativamente, pode-se utilizar PSI-BLAST (em BLAST 2.0) para realizar uma busca iterada que detecta relações distantes entre moléculas. Vide Altschul et al. (1997) supra. Ao utilizar BLAST, BLAST com intervalos, PSI-BLAST, os parâmetros predefinidos dos respectivos programas (por ex., BLASTN para as sequências de nucleotídeos, BLASTX para as proteínas) podem ser usados (Vide www.ncbi.nlna.nih.gov). O alinhamento também pode ser realizado manualmente por inspeção.[0089] The BLAST programs of Altschul et al. (1990) J. Mol. Biol. 215:403 are based on the algorithm of Karlin and Altschul (1990) supra. Nucleotide BLAST searches can be performed with the program BLASTN, score = 100, word length = 12, to obtain a nucleotide sequence homologous to a nucleotide sequence encoding the protein of the invention. Protein BLAST searches can be performed with the program BLASTX, score = 50, word length = 3, to obtain an amino acid sequence homologous to a protein or polypeptide of the invention. To obtain gapped alignments for comparison purposes, gapped BLAST (in BLAST 2.0) can be used as described in Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25:3389. Alternatively, PSI-BLAST (in BLAST 2.0) can be used to perform an iterated search that detects distant relationships between molecules. See Altschul et al. (1997) supra. When using BLAST, gapped BLAST, or PSI-BLAST, the default parameters of the respective programs (e.g., BLASTN for nucleotide sequences, BLASTX for proteins) can be used (See www.ncbi.nlna.nih.gov). Alignment can also be performed manually by inspection.

[0090] Em algumas configurações, a identidade de sequência/valores de semelhança aqui fornecidos são calculados usando os algoritmos BLASTX (Altschul et al. (1997) supra), Clustal W (Higgins et al. (1994) Nucleic Acids Res. 22:46734680) e GAP (pacote de software do University of Wisconsin Genetic Computing Group) com os parâmetros predefinidos. A presente invenção também abrange o uso de qualquer programa equivalente aos mesmos para a análise e comparação de sequências de ácido nucleico e de proteínas. Por “programa equivalente” entende-se qualquer programa de comparação de sequências que, para duas sequências quaisquer em questão, gera um alinhamento com combinações idênticas de nucleotídeos ou resíduos de aminoácidos e uma identidade de sequência percentual idêntica quando comparada ao alinhamento correspondente gerado por BLASTX, Clustal W ou GAP.[0090] In some embodiments, the sequence identity/similarity values provided herein are calculated using the BLASTX (Altschul et al. (1997) supra), Clustal W (Higgins et al. (1994) Nucleic Acids Res. 22:46734680), and GAP (University of Wisconsin Genetic Computing Group software package) algorithms with predefined parameters. The present invention also encompasses the use of any program equivalent thereto for the analysis and comparison of nucleic acid and protein sequences. By "equivalent program" is meant any sequence comparison program that, for any two sequences in question, generates an alignment with identical combinations of nucleotides or amino acid residues and an identical percent sequence identity when compared to the corresponding alignment generated by BLASTX, Clustal W, or GAP.

[0091] Para propósitos da anterior discussão sobre variantes de sequências de nucleotídeos e polipeptídeos abrangidas pela presente invenção, o termo “identidade de sequência” ou “identidade” no contexto de duas sequências de polinucleotídeos ou polipeptídeos se refere aos resíduos das duas sequências que são os mesmos ao serem alinhados por máxima correspondência sobre uma janela de comparação especificada. Quando a porcentagem da identidade de sequência é usada em referência a proteínas reconhece-se que as posições de resíduos que não são idênticas normalmente diferem por substituições conservadoras de aminoácidos, sendo que os resíduos de aminoácidos são substituídos por outros resíduos de aminoácidos com propriedades químicas similares (por ex., carregamento ou hidrofobicidade) e, portanto, não modificam as propriedades funcionais da molécula. Quando as sequências diferem em substituições conservadoras, a identidade de sequência percentual pode ser ajustada para cima para corrigir a natureza conservadora da substituição. As sequências que diferem por essas substituições conservadoras são identificadas como tendo “semelhança de sequência” ou “semelhança”. Meios para maltar esse ajuste são bem conhecidos pelos especialistas na matéria. Geralmente, é necessário pontuar uma substituição conservadora como um desajuste parcial e não completo, aumentando, portanto, a porcentagem de identidade de sequência. Assim, por exemplo, quando um aminoácido idêntico recebe uma pontuação de 1 e uma substituição não-conservadora recebe uma pontuação de zero, a substituição conservadora recebe uma pontuação entre zero e 1. A pontuação de substituições conservadoras é calculada, por ex., conforme implementado no programa PC/GENE (Intelligenetics, Mountain View, California).[0091] For purposes of the foregoing discussion of nucleotide and polypeptide sequence variants encompassed by the present invention, the term "sequence identity" or "identity" in the context of two polynucleotide or polypeptide sequences refers to the residues of the two sequences that are the same when aligned by maximum match over a specified comparison window. When percent sequence identity is used in reference to proteins, it is recognized that residue positions that are not identical typically differ by conservative amino acid substitutions, wherein the amino acid residues are replaced by other amino acid residues with similar chemical properties (e.g., charge or hydrophobicity) and therefore do not modify the functional properties of the molecule. When sequences differ by conservative substitutions, the percent sequence identity can be adjusted upward to correct for the conservative nature of the substitution. Sequences that differ by such conservative substitutions are identified as having "sequence similarity" or "similarity." Methods for malleability of this adjustment are well known to those skilled in the art. Generally, it is necessary to score a conservative substitution as a partial rather than a complete mismatch, thus increasing the percentage of sequence identity. Thus, for example, when an identical amino acid receives a score of 1 and a non-conservative substitution receives a score of zero, the conservative substitution receives a score between zero and 1. The score for conservative substitutions is calculated, for example, as implemented in the PC/GENE program (Intelligenetics, Mountain View, California).

[0092] O termo “porcentagem da identidade de sequência”, conforme aqui utilizado, significa o valor determinado ao comparar duas sequências idealmente alinhadas sobre uma janela de comparação, sendo que a porção da sequência de polinucleotídeos na janela de comparação pode conter adições ou eliminações (por ex., intervalos), diferentemente da sequência de referência (que não contém adições ou eliminações), para um alinhamento ótimo das duas sequências. A porcentagem é calculada determinando o número de posições nas quais a base idêntica de ácido nucleicos ou o resíduo de aminoácido ocorre em ambas as sequências para obter o número de posições ajustadas, dividindo o número de posições ajustadas pelo número total de posições na janela de comparação e multiplicando o resultado por 100 para obter a porcentagem da identidade de sequência.[0092] The term “percent sequence identity” as used herein means the value determined by comparing two ideally aligned sequences over a comparison window, wherein the portion of the polynucleotide sequence in the comparison window may contain additions or deletions (e.g., gaps), unlike the reference sequence (which contains no additions or deletions), for optimal alignment of the two sequences. The percentage is calculated by determining the number of positions at which the identical nucleic acid base or amino acid residue occurs in both sequences to obtain the number of adjusted positions, dividing the number of adjusted positions by the total number of positions in the comparison window, and multiplying the result by 100 to obtain the percent sequence identity.

[0093] Portanto, as sequências de polinucleotídeos e polipeptídeos CYP82E10 podem ser identificadas usando as sequências aqui fornecidas. Esses métodos consistem em obter uma sequência de polinucleotídeos ou polipeptídeos com pelo menos 80%, 85%, 90%, 95%, 98% ou 99% de identidade de sequência com a sequência de polinucleotídeos das SEQ ID NO: 1, 3 ou 4 ou umcomplemento ou fragmento da mesma, ou uma sequência de polipeptídeos das SEQ ID NO: 2 ou 5-13. Uma configuraçãopreferida inclui um polipeptídeo que corresponde à SEQ ID NO:2 e que possui uma serina na posição 79, 107, ou 381 dopolipeptídeo CYP82E10, sendo que a numeração corresponde à SEQ ID NO:2.[0093] Therefore, CYP82E10 polynucleotide and polypeptide sequences can be identified using the sequences provided herein. These methods consist of obtaining a polynucleotide or polypeptide sequence with at least 80%, 85%, 90%, 95%, 98%, or 99% sequence identity to the polynucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, 3, or 4, or a complement or fragment thereof, or a polypeptide sequence of SEQ ID NO: 2 or 5-13. A preferred embodiment includes a polypeptide that corresponds to SEQ ID NO:2 and that has a serine at position 79, 107, or 381 of the CYP82E10 polypeptide, the numbering corresponding to SEQ ID NO:2.

Métodos para inibir a expressão ou a função da nicotinademetilaseMethods for inhibiting the expression or function of nicotine demethylase

[0094] Métodos para reduzir a concentração, o conteúdo e/ou a atividade de um polipeptídeo CYP82E10 da presente invenção em uma planta ou parte de planta de Nicotiana, especialmente no tecido da raiz, são fornecidos. Muitos métodos podem ser utilizados, de forma isolada ou combinada, para reduzir ou eliminar a atividade do polipeptídeo CYP82E10 da presente invenção (SEQ ID NO:2), bem como de variantes dos mesmos que retenham atividade de nicotina demetilases (por exemplo, SEQ ID NOs:7, 8, 9 e 10). Além disso, combinações de métodos podem ser utilizadas para reduzir ou eliminar a atividade de duas ou mais nicotina demetilases diferentes, especialmente a nicotina demetilase CYP82E10 específica de raiz e uma ou ambas das nicotina demetilases de folha verde CYP82E5 e induzida por senescência CYP82E4. Em uma configuração particular, o CYP82E5 é um polipeptídeo com pelo menos uma mutação de aminoácido na sequência SEQ ID NO: 26 que afeta negativamente a conversão em folhas verdes, sendo que o CYP82E4 possui a sequência indicada na SEQ ID NO:14 com pelo menos uma mutação de aminoácido queafeta negativamente a conversão em folhas senescentes.[0094] Methods for reducing the concentration, content, and/or activity of a CYP82E10 polypeptide of the present invention in a Nicotiana plant or plant part, especially in root tissue, are provided. Many methods can be used, alone or in combination, to reduce or eliminate the activity of the CYP82E10 polypeptide of the present invention (SEQ ID NO:2), as well as variants thereof that retain nicotine demethylase activity (e.g., SEQ ID NOs:7, 8, 9, and 10). Furthermore, combinations of methods can be used to reduce or eliminate the activity of two or more different nicotine demethylases, especially the root-specific nicotine demethylase CYP82E10 and one or both of the green leaf nicotine demethylases CYP82E5 and senescence-induced CYP82E4. In a particular embodiment, CYP82E5 is a polypeptide with at least one amino acid mutation in the sequence SEQ ID NO: 26 that negatively affects the conversion to green leaves, and CYP82E4 has the sequence indicated in SEQ ID NO: 14 with at least one amino acid mutation that negatively affects the conversion to senescent leaves.

[0095] De acordo com a presente invenção, a expressão de uma nicotina demetilase CYP82E10 da presente invenção é inibida caso o nível de proteína do polipeptídeo CYP82E10 seja estatisticamente inferior ao nível de proteína do mesmo polipeptídeo CYP82E10 em uma planta que não tenha sido geneticamente modificada ou mutagenizada para inibir a expressão desse polipeptídeo CYP82E10, sendo que essas plantas foram cultivadas e colhidas usando os mesmos protocolos. Em configurações particulares da invenção, o nível de proteína do polipeptídeo CYP82E10 em uma planta modificada de acordo com a invenção é inferior a 95%, inferior a 90%, inferior a 80%, inferior a 70%, inferior a 60%, inferior a 50%, inferior a 40%, inferior a 30%, inferior a 20%, inferior a 10% ou inferior a 5% do nível de proteína do mesmo polipeptídeo CYP82E10 em uma planta que não é mutante ou que não tenha sido geneticamente modificada para inibir a expressão desse polipeptídeo CYP82E10 e que tenha sido cultivada e colhida usando os mesmos protocolos. O nível de expressão do polipeptídeo CYP82E10 pode ser medido diretamente, por exemplo, realizando um ensaio para medir o nível do transcrito CYP82E10 ou do polipeptídeo CYP82E10 expresso na planta ou parte de planta de tabaco, ou indiretamente, por exemplo, medindo a conversão de nicotina em nornicotina na planta ou parte de planta de tabaco. Métodos para monitorar o nível de expressão de uma proteína são conhecidos na especialidade, incluindo, mas não se limitando a, análise Northern blot e ensaios de diferenciação de RNA. Métodos para determinar a atividade de um polipeptídeo alvo CYP82E10 na conversão de nicotina em nornicotina são conhecidos na especialidade e descritos mais adiante neste documento, incluindo, mas não se limitando a, análise de alcaloides usando cromatografia gasosa.[0095] According to the present invention, the expression of a nicotine demethylase CYP82E10 of the present invention is inhibited if the protein level of the CYP82E10 polypeptide is statistically lower than the protein level of the same CYP82E10 polypeptide in a plant that has not been genetically modified or mutagenized to inhibit the expression of that CYP82E10 polypeptide, and these plants were grown and harvested using the same protocols. In particular embodiments of the invention, the protein level of the CYP82E10 polypeptide in a plant modified according to the invention is less than 95%, less than 90%, less than 80%, less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, or less than 5% of the protein level of the same CYP82E10 polypeptide in a plant that is not mutant or that has not been genetically modified to inhibit the expression of that CYP82E10 polypeptide and that has been grown and harvested using the same protocols. The expression level of the CYP82E10 polypeptide can be measured directly, for example, by performing an assay to measure the level of the CYP82E10 transcript or CYP82E10 polypeptide expressed in the tobacco plant or plant part, or indirectly, for example, by measuring the conversion of nicotine to nornicotine in the tobacco plant or plant part. Methods for monitoring the expression level of a protein are known in the art, including, but not limited to, Northern blot analysis and RNA differentiation assays. Methods for determining the activity of a CYP82E10 target polypeptide in the conversion of nicotine to nornicotine are known in the art and described later in this document, including, but not limited to, alkaloid analysis using gas chromatography.

[0096] A presente invenção fornece métodos para reduzir o nível de nornicotina, ou para reduzir a taxa de conversão de nicotina em nornicotina, em uma planta ou parte de planta de tabaco. Os métodos consistem em introduzir no genoma de uma planta de tabaco uma mutação dentro de pelo menos um alelo de cada um de pelo menos três genes de nicotina demetilase, sendo que a mutação provoca a expressão reduzida do gene de nicotina demetilase, e sendo que o primeiro desses genes de nicotina demetilase codifica uma nicotina demetilase específica de raiz que participa da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco. Em algumas configurações, a nicotina demetilase específica de raiz é CYP82E10 ou uma variante da mesma. Em outras configurações, esses métodos consistem em introduzir no genoma de uma planta de tabaco uma mutação dentro de pelo menos um alelo do gene de nicotina demetilase que codifica a CYP82E10 ou uma variante da mesma, e uma mutação dentro pelo menos um alelo de uma nicotina demetilase que codifica a CYP82E4 ou uma variante da mesma, e/ou uma nicotina demetilase que codifica a CYP82E5 ou uma variante da mesma.[0096] The present invention provides methods for reducing the level of nornicotine, or for reducing the rate of conversion of nicotine to nornicotine, in a tobacco plant or plant part. The methods consist of introducing into the genome of a tobacco plant a mutation within at least one allele of each of at least three nicotine demethylase genes, wherein the mutation causes reduced expression of the nicotine demethylase gene, and wherein the first of these nicotine demethylase genes encodes a root-specific nicotine demethylase that participates in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a tobacco plant or plant part. In some embodiments, the root-specific nicotine demethylase is CYP82E10 or a variant thereof. In other embodiments, these methods consist of introducing into the genome of a tobacco plant a mutation within at least one allele of the nicotine demethylase gene encoding CYP82E10 or a variant thereof, and a mutation within at least one allele of a nicotine demethylase encoding CYP82E4 or a variant thereof, and/or a nicotine demethylase encoding CYP82E5 or a variant thereof.

[0097] Uma série de abordagens foram usadas para combinar mutações em uma planta, incluindo cruzamento sexual. Uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E10 que inibe a atividade das nicotina demetilases em raízes pode ser cruzada com uma planta que possui uma mutação favorável no gene CYP82E4v2 que inibe a atividade da nicotina demetilase em folhas senescentes, ou pode ser cruzada com uma planta que possui uma mutação favorável no gene CYP83E5v2 que inibe a atividade da nicotina demetilase em folhas verdes para produzir uma planta com reduzida conversão de nicotina em nornicotina. Em configurações preferidas, os cruzamentos são feitos para introduzir uma mutação favorável dentro de um gene CYP82E10, CYP82E4v2 e CYP82E5v2 de uma mesma planta. Dessa forma, uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E10 que inibe a atividade das nicotina demetilases em raízes é cruzada com uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E4v2 que inibe a atividade da nicotina demetilase em folhas senescentes e uma mutação favorável em uma gene CYP83E5v2 que inibe atividade da nicotina demetilase em folhas verdes. Alternativamente, uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E4v2 que inibe a atividade da nicotina demetilase em folhas senescentes é cruzada com uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E10 que inibe a atividade da nicotina demetilase em raízes e uma mutação favorável em um gene CYP83E5v2 que inibe a atividade da nicotina demetilase em folhas verdes. Em outra configuração, uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E5v2 que inibe a atividade de nicotina demetilase em folhas verdes é cruzada com uma planta que possui uma mutação favorável em um gene CYP82E10 que inibe a atividade da nicotina demetilase em raízes e uma mutação favorável em um gene CYP83E4v2 que inibe a atividade da nicotina demetilase em folhas senescentes. Ao introduzir uma mutação favorável em cada um desses genes de nicotina demetilases é possível produzir uma planta com reduzidas taxas de conversão de nicotina em nornicotina, com níveis de conversão inferiores a cerca de 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 0,6% ou 0,7%.[0097] A number of approaches have been used to combine mutations in a plant, including sexual crossing. A plant possessing a favorable mutation in a CYP82E10 gene that inhibits nicotine demethylase activity in roots can be crossed with a plant possessing a favorable mutation in the CYP82E4v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in senescent leaves, or it can be crossed with a plant possessing a favorable mutation in the CYP83E5v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in green leaves to produce a plant with reduced conversion of nicotine to nornicotine. In preferred embodiments, the crosses are made to introduce a favorable mutation within a CYP82E10, CYP82E4v2, and CYP82E5v2 gene from the same plant. Thus, a plant with a favorable mutation in the CYP82E10 gene that inhibits nicotine demethylase activity in roots is crossed with a plant with a favorable mutation in the CYP82E4v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in senescent leaves and a favorable mutation in the CYP83E5v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in green leaves. Alternatively, a plant with a favorable mutation in the CYP82E4v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in senescent leaves is crossed with a plant with a favorable mutation in the CYP82E10 gene that inhibits nicotine demethylase activity in roots and a favorable mutation in the CYP83E5v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in green leaves. In another configuration, a plant carrying a favorable mutation in the CYP82E5v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in green leaves is crossed with a plant carrying a favorable mutation in the CYP82E10 gene that inhibits nicotine demethylase activity in roots and a favorable mutation in the CYP83E4v2 gene that inhibits nicotine demethylase activity in senescent leaves. By introducing a favorable mutation into each of these nicotine demethylase genes, it is possible to produce a plant with reduced rates of nicotine-to-nornicotine conversion, with conversion levels below approximately 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, or 0.7%.

[0098] Em uma configuração ainda mais preferida, uma plantaque possui uma ou mais mutações favoráveis que provocam uma modificação do polipeptídeo CYP82E10 na posição 79, 107, 381 ou419 (sendo que a numeração está de acordo com a SEQ ID NO:2) pode ser cruzada com uma planta que possui uma ou mais mutaçõesfavoráveis que provocam uma modificação do polipeptídeo CYP82E4na posição 329, 364, 376, 381 ou 458 e/ou que possui uma ou maismutações favoráveis que provocam uma modificação do polipeptídeo CYP82E5 na posição 422 ou 449 para produzir uma planta com níveisde conversão inferiores a 0,2%, 0,3%, 0,4%, 0,5%, 0,6% ou 0,7%.Um nível de conversão de nicotina em nornicotina especialmentepreferido pode ser entre 0,05% a 0,4%, entre 0,1 a 0,6%, entre0,1% a 0,3%, entre 0,1% a 0,5%, entre 0,1% a 0,4%, entre 0,1% a0,7%, entre 0,1% a 1,0%, entre 0,1% a 1,1%, entre 0,1% a 1,2%,entre 0,1% a 1,3%, entre 0,1% a 1,4% ou entre 0,1% a 1,5%. Qualquer mutação de um polinucleotídeo da presente invenção que provoque um truncamento do polipeptídeo CYP82E10, CYP83E4 ou CYP83E5 antes de um padrão hemo-vinculante irá inibir a enzima e pode ser usada em um cruzamento acima descrito. Os domínios das proteínas citocromo P450 são conhecidos na especialidade.Vide, por exemplo, Xu et al. (2007) Physiologia Plantarum 129:307-319, aqui incorporado por referência. Ao cruzar plantasque possuem um gene CYP82E10 não-funcional ou inibido com plantas que possuem um gene CYP82E4v2 não-funcional ou inibido, um gene CYP82E5v2 não-funcional ou inibido ou genes CYP82E4v2 e CYP82E5v2 não-funcionais ou inibidos, níveis de nornicotina podem ser reduzidos em uma planta de tabaco.[0098] In an even more preferred embodiment, a plant having one or more favorable mutations causing a modification of the CYP82E10 polypeptide at position 79, 107, 381, or 419 (the numbering being in accordance with SEQ ID NO:2) can be crossed with a plant having one or more favorable mutations causing a modification of the CYP82E4 polypeptide at position 329, 364, 376, 381, or 458 and/or having one or more favorable mutations causing a modification of the CYP82E5 polypeptide at position 422 or 449 to produce a plant having conversion levels of less than 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%, 0.6%, or 0.7%. An especially preferred nicotine to nornicotine conversion level can be between 0.05% and 0.4%, between 0.1% and 0.2%, or between 0.1% and 0.2%. to 0.6%, between 0.1% and 0.3%, between 0.1% and 0.5%, between 0.1% and 0.4%, between 0.1% and 0.7%, between 0.1% and 1.0%, between 0.1% and 1.1%, between 0.1% and 1.2%, between 0.1% and 1.3%, between 0.1% and 1.4%, or between 0.1% and 1.5%. Any mutation of a polynucleotide of the present invention that causes a truncation of the CYP82E10, CYP83E4, or CYP83E5 polypeptide prior to a hemobinding pattern will inhibit the enzyme and can be used in a cross described above. The domains of cytochrome P450 proteins are known in the art. See, for example, Xu et al. (2007) Physiologia Plantarum 129:307-319, incorporated herein by reference. By crossing plants that have a non-functional or inhibited CYP82E10 gene with plants that have a non-functional or inhibited CYP82E4v2 gene, a non-functional or inhibited CYP82E5v2 gene, or non-functional or inhibited CYP82E4v2 and CYP82E5v2 genes, nornicotine levels can be reduced in a tobacco plant.

[0099] A atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase CYP82E10, CYP82E4 ou CYP82E5 em transformar nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco é inibida de acordo com a presente invenção caso essa atividade de conversão seja estatisticamente inferior à atividade de conversão do mesmo polipeptídeo de nicotina demetilase em uma planta ou parte de planta de tabaco que não foi geneticamente modificada para inibir a atividade de conversão desse polipeptídeo de nicotina demetilase e que foi cultivada e colhida usando os mesmos protocolos. Em configurações particulares, a atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase em transformar nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco modificada de acordo com a invenção é inibida caso a atividade seja inferior a 95%, inferior a 90%, inferior a 80% inferior a 70%, inferior a 60%, inferior a 50%, inferior a 40%, inferior a 30%, inferior a 20% inferior a 10%, inferior a 5%, inferior a 2% ou inferior a 1% da atividade de conversão do mesmo polipeptídeo de nicotina demetilase em uma planta de tabaco que não tenha sido geneticamente modificada para inibir a expressão desse polipeptídeo de nicotina demetilase e que tenha sido cultivada e colhida usando os mesmos protocolos. A atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase em transformar nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco é eliminada de acordo com a invenção quando não for detectável pelos métodos de ensaio descritos em outras seções deste documento. Métodos para determinar a atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase em transformar nicotina em nornicotina em uma planta de tabaco usando cromatografia gasosa são descritos nos exemplos apresentados mais adiante.[0099] The activity of a nicotine demethylase polypeptide CYP82E10, CYP82E4, or CYP82E5 in converting nicotine to nornicotine in a tobacco plant or plant part is inhibited according to the present invention if this conversion activity is statistically lower than the conversion activity of the same nicotine demethylase polypeptide in a tobacco plant or plant part that has not been genetically modified to inhibit the conversion activity of this nicotine demethylase polypeptide and that has been grown and harvested using the same protocols. In particular embodiments, the activity of a nicotine demethylase polypeptide in transforming nicotine into nornicotine in a tobacco plant or plant part modified according to the invention is inhibited if the activity is less than 95%, less than 90%, less than 80%, less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5%, less than 2%, or less than 1% of the conversion activity of the same nicotine demethylase polypeptide in a tobacco plant that has not been genetically modified to inhibit the expression of that nicotine demethylase polypeptide and that has been grown and harvested using the same protocols. The activity of a nicotine demethylase polypeptide in converting nicotine to nornicotine in a tobacco plant or part of a plant is eliminated according to the invention when it is not detectable by the assay methods described elsewhere in this document. Methods for determining the activity of a nicotine demethylase polypeptide in converting nicotine to nornicotine in a tobacco plant using gas chromatography are described in the examples presented below.

[0100] Em algumas configurações, uma mutação favorável é introduzida em uma planta ou parte de planta de tabaco usando uma abordagem de mutagênese, sendo que a mutação introduzida é selecionada dentre métodos conhecidos pelos especialistas na matéria, incluindo, mas não se limitando a, análise de Southern blot, sequenciamento de DNA, análise por PCR ou análise fenotípica. Uma planta ou parte de planta alterada ou modificada pelas configurações anteriores cresce sob condições de formação de plantas por um período suficiente para modular a concentração e/ou a atividade dos polipeptídeos da presente invenção na planta. As condições de formação de plantas são conhecidas na matéria e são explicadas brevemente em diversas seções neste documento.[0100] In some embodiments, a favorable mutation is introduced into a tobacco plant or plant part using a mutagenesis approach, wherein the introduced mutation is selected from methods known to those skilled in the art, including, but not limited to, Southern blot analysis, DNA sequencing, PCR analysis, or phenotypic analysis. A plant or plant part altered or modified by the above embodiments is grown under plant-forming conditions for a period sufficient to modulate the concentration and/or activity of the polypeptides of the present invention in the plant. Plant-forming conditions are known in the art and are briefly explained in several sections herein.

[0101] Uma planta de tabaco modificada contendo uma mutação favorável em uma nicotina demetilase aqui descrita possui um nível reduzido de conversão de nicotina em nornicotina. Em configurações particulares, a conversão de nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco modificada de acordo com a invenção é inferior a 95%, inferior a 90%, inferior a 80% inferior a 70%, inferior a 60%, inferior a 50%, inferior a 40%, inferior a 30%, inferior a 20% inferior a 10%, inferior a 5%, inferior a 2% ou inferior a 1% da conversão em uma planta de tabaco que não tenha sido geneticamente modificada para inibir a expressão desse polipeptídeo de nicotina demetilase e que tenha sido cultivada e colhida usando os mesmos protocolos. Em algumas configurações, a planta de tabaco modificada é uma planta de tabaco conversora. Em outras configurações, a planta de tabaco modificada é uma planta de tabaco não-conversora. Em algumas configurações, a planta de tabaco modificada possui uma taxa de conversão inferior à taxa observada em plantas de tabaco comerciais não-conversoras.[0101] A modified tobacco plant containing a favorable mutation in a nicotine demethylase described herein has a reduced level of nicotine to nornicotine conversion. In particular embodiments, the conversion of nicotine to nornicotine in a tobacco plant or plant part modified according to the invention is less than 95%, less than 90%, less than 80%, less than 70%, less than 60%, less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10%, less than 5%, less than 2%, or less than 1% of the conversion in a tobacco plant that has not been genetically modified to inhibit expression of such nicotine demethylase polypeptide and that has been grown and harvested using the same protocols. In some embodiments, the modified tobacco plant is a converting tobacco plant. In other embodiments, the modified tobacco plant is a non-converting tobacco plant. In some configurations, the modified tobacco plant has a conversion rate lower than the rate observed in non-converting commercial tobacco plants.

[0102] De acordo com a presente invenção, modificações nos níveis, proporções, atividades ou distribuições dos polipeptídeos CYP82E10 da presente invenção ou, ainda, modificações no fenótipo da planta ou parte de planta de tabaco, especialmente acumulação reduzida de nornicotina e de seu metabólito carcinogênico, NNN, podem ser medidas comparando uma planta ou parte de planta experimental com uma planta ou parte de planta de controle, contanto que a planta ou parte de planta experimental e a planta ou parte de planta de controle tenham sido cultivadas e/ou colhidas usando os mesmos protocolos. Conforme aqui utilizado, uma planta ou parte de planta experimental é uma planta na qual a alteração genética, por exemplo, por mutagênese, foi afetada pelo polipeptídeo de nicotina demetilase de interesse ou, ainda, uma planta ou parte de planta de tabaco oriunda de uma planta ou parte de planta de tabaco alterada dessa forma e que contenha a alteração. Uma planta ou parte de planta de controle fornece um ponto de referência para medir modificações no fenótipo da planta ou parte de planta experimental. A medição das modificações do fenótipo em uma planta ou parte de planta pode ser feita em qualquer momento, inclusive durante o desenvolvimento, durante a senescência ou após a cura da planta. Em outras configurações, a medição das modificações do fenótipo pode ser feita em plantas cultivadas sob quaisquer condições, inclusive em plantas cultivadas em câmara de crescimento, estufa ou em um campo. Em uma configuração, as modificações do fenótipo podem ser medidas determinando a taxa de conversão de nicotina em nornicotina. Em uma configuração preferida, a conversão pode ser medida dividindo a porcentagem de nornicotina (como uma porcentagem do peso total do tecido) pela soma das porcentagens de nicotina e nornicotina (as porcentagens do peso total do tecido) e multiplicando por 100.[0102] According to the present invention, changes in the levels, proportions, activities or distributions of the CYP82E10 polypeptides of the present invention or, further, changes in the phenotype of the tobacco plant or plant part, especially reduced accumulation of nornicotine and its carcinogenic metabolite, NNN, can be measured by comparing an experimental plant or plant part with a control plant or plant part, provided that the experimental plant or plant part and the control plant or plant part have been grown and/or harvested using the same protocols. As used herein, an experimental plant or plant part is a plant in which genetic alteration, for example by mutagenesis, has been affected by the nicotine demethylase polypeptide of interest or, further, a tobacco plant or plant part derived from a tobacco plant or plant part altered in this way and that contains the alteration. A control plant or plant part provides a reference point for measuring changes in the phenotype of the experimental plant or plant part. Measurement of phenotypic changes in a plant or plant part can be made at any time, including during development, senescence, or after the plant has cured. In other configurations, phenotypic changes can be measured in plants grown under any conditions, including plants grown in a growth chamber, greenhouse, or field. In one configuration, phenotypic changes can be measured by determining the rate of conversion of nicotine to nornicotine. In a preferred configuration, conversion can be measured by dividing the percentage of nornicotine (as a percentage of total tissue weight) by the sum of the percentages of nicotine and nornicotine (as percentages of total tissue weight) and multiplying by 100.

[0103] De acordo com a presente invenção, uma planta ou parte de planta de controle pode consistir em uma planta ou parte de planta de tabaco de tipo selvagem, por ex., do mesmo genótipo que o material de partida para a alteração genética que originou a planta ou parte de planta experimental. Uma planta ou parte de planta de controle também pode consistir em uma planta ou parte de planta de tabaco do mesmo genótipo que o material de partida mas que tenha sido transformado com um construto nulo (por ex., com um construto que não produz efeitos conhecidos sobre a característica de interesse, como um construto que contenha um gene marcador selecionável). Em todos esses casos, a planta ou parte de planta experimental e a planta ou parte de planta de controle são cultivadas e colhidas usando os mesmos protocolos.[0103] According to the present invention, a control plant or plant part may consist of a wild-type tobacco plant or plant part, e.g., of the same genotype as the starting material for the genetic alteration that gave rise to the experimental plant or plant part. A control plant or plant part may also consist of a tobacco plant or plant part of the same genotype as the starting material but that has been transformed with a null construct (e.g., with a construct that produces no known effects on the trait of interest, such as a construct containing a selectable marker gene). In all such cases, the experimental plant or plant part and the control plant or plant part are grown and harvested using the same protocols.

[0104] Em algumas configurações, a atividade de umpolipeptídeo de nicotina demetilase da presente invenção pode ser reduzida ou eliminada interrompendo o gene que codifica o polipeptídeo de nicotina demetilase. A invenção abrange plantas mutagenizadas que carregam mutações em genes de nicotina demetilase, sendo que as mutações reduzem a expressão do gene de nicotina demetilase ou inibem a atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase codificado da presente invenção.[0104] In some embodiments, the activity of a nicotine demethylase polypeptide of the present invention can be reduced or eliminated by disrupting the gene encoding the nicotine demethylase polypeptide. The invention encompasses mutagenized plants that carry mutations in nicotine demethylase genes, the mutations of which reduce the expression of the nicotine demethylase gene or inhibit the activity of an encoded nicotine demethylase polypeptide of the present invention.

[0105] Em outras configurações, a atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase da presente invenção é reduzida ou eliminada interrompendo o gene que codifica o polipeptídeo de nicotina demetilase. O gene que codifica o polipeptídeo de nicotina demetilase pode ser interrompido por qualquer método conhecido na especialidade, por exemplo, por marcação com transposons ou por mutagenização de plantas usando mutagênese aleatória ou dirigida e selecionando plantas que possuam atividade de nicotina demetilase reduzida ou mutações na CYP82E10, isoladas ou em combinação com mutações na CYP82E4 ou na CYP82E5.[0105] In other embodiments, the activity of a nicotine demethylase polypeptide of the present invention is reduced or eliminated by disrupting the gene encoding the nicotine demethylase polypeptide. The gene encoding the nicotine demethylase polypeptide can be disrupted by any method known in the art, for example, by transposon tagging or by mutagenizing plants using random or site-directed mutagenesis and selecting for plants that possess reduced nicotine demethylase activity or mutations in CYP82E10, alone or in combination with mutations in CYP82E4 or CYP82E5.

[0106] A marcação com transposons pode ser usada para reduzir ou eliminar a atividade de um ou mais polipeptídeos de nicotina demetilase CYP82E10 da presente invenção. A marcação com transposons consiste em inserir um transposon dentro de um gene endógeno de nicotina demetilase para reduzir ou eliminar a expressão do polipeptídeo de nicotina demetilase.[0106] Transposon tagging can be used to reduce or eliminate the activity of one or more CYP82E10 nicotine demethylase polypeptides of the present invention. Transposon tagging consists of inserting a transposon into an endogenous nicotine demethylase gene to reduce or eliminate the expression of the nicotine demethylase polypeptide.

[0107] Métodos para a marcação com transposons de genesespecíficos em plantas são bem conhecidos na especialidade. Vide, por exemplo, Maes et a1. (1999) Trends Plant Sci. 4:90- 96; Dharmapuri e Sonti (1999) FEMS Micerobiol. Lett. 179:53-59; Meissner et al. (2000) Plant J. 22:265-274; Phogat et al. (2000) J. Biosci. 25:57-63; Walbot (2000) Curr. Opin. Plant Biol. 2:103-107; Gai et al. (2000) Nucleic Acids Res. 28:94-9b; Fitzmauriceet al. (1999) Genetics 153:1919-1928).[0107] Methods for transposon-tagging specific genes in plants are well known in the art. See, for example, Maes et al. (1999) Trends Plant Sci. 4:90-96; Dharmapuri and Sonti (1999) FEMS Micerobiol. Lett. 179:53-59; Meissner et al. (2000) Plant J. 22:265-274; Phogat et al. (2000) J. Biosci. 25:57-63; Walbot (2000) Curr. Opin. Plant Biol. 2:103-107; Gai et al. (2000) Nucleic Acids Res. 28:94-9b; Fitzmaurice et al. (1999) Genetics 153:1919-1928).

[0108] Métodos adicionais para reduzir ou eliminar aexpressão de genes endógenos em plantas também são conhecidos na especialidade e podem ser aplicados de forma similar à invenção instantânea. Esses métodos incluem outras formas de mutagênese, usando compostos mutagênicos ou carcinogênicos, incluindo mutagênese induzida por metanossulfonato etil, mutagênese de eliminação e mutagênese de eliminação de nêutron rápido usada em um sentido genético inverso (com PCR) para identificar linhas de plantas nas quais o gene endógeno foi eliminado. Como exemplos desses métodos vide Ohshima et al. (1998) Virology 213:472-481; Okubara et al. (1994) Genetics 137:867-874; e Quesada et al. (2000) Genetics 154:421-4315; cada um dos quais é aqui incorporado por referência. Além disso, um método rápido e automatizável para a identificação de mutações quimicamente induzidas, TILLING (Targeting Induced Local Lesions In Genomes), usando HPLC desnaturado ou digestão seletiva de endonuclease de produtos PCR selecionados também é aplicável à invenção instantânea. Vide McCallum et al (2000) Nat. Biotechnol. 18:455-457, aqui incorporado por referência.[0108] Additional methods for reducing or eliminating the expression of endogenous genes in plants are also known in the art and can be applied similarly to the instant invention. These methods include other forms of mutagenesis using mutagenic or carcinogenic compounds, including ethyl methanesulfonate-induced mutagenesis, knockout mutagenesis, and fast neutron knockout mutagenesis used in a reverse genetic direction (with PCR) to identify plant lines in which the endogenous gene has been eliminated. As examples of these methods, see Ohshima et al. (1998) Virology 213:472-481; Okubara et al. (1994) Genetics 137:867-874; and Quesada et al. (2000) Genetics 154:421-4315; each of which is incorporated herein by reference. Furthermore, a rapid and automatable method for the identification of chemically induced mutations, TILLING (Targeting Induced Local Lesions In Genomes), using denatured HPLC or selective endonuclease digestion of selected PCR products is also applicable to the instant invention. See McCallum et al (2000) Nat. Biotechnol. 18:455-457, incorporated herein by reference.

[0109] Mutações que produzem impacto na expressão genética ouque interferem na função da proteína codificada de nicotina demetilase podem ser determinadas usando métodos que são bem conhecidos na especialidade. As mutações inseridas em éxons de genes normalmente originam mutantes nulos. As mutações em resíduos conservados podem ser especialmente eficazes para inibir a função metabólica da proteína codificada. Resíduos conservados de plantas com polipeptídeos de nicotina demetilase adequados para a mutagênese com o objetivo de eliminar a atividade de um polipeptídeo de nicotina demetilase em transformar nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco foram descritos. Vide Figura 1A-C da Publicação de Pedido de Patente dos E.U.A. N.° 2009/0205072 A1, aqui incorporada por referência em caráter integral, sendo que os resíduos que diferem dos outros polipeptídeos P450 estão sombreados de cinza. Os resíduos conservados são os que não estão sombreados de cinza em cada posição. Esses mutantes podem ser isolados de acordo com procedimentos conhecidos.[0109] Mutations that impact gene expression or interfere with the function of the encoded nicotine demethylase protein can be determined using methods that are well known in the art. Mutations inserted into gene exons typically result in null mutants. Mutations at conserved residues can be especially effective in inhibiting the metabolic function of the encoded protein. Conserved residues of plant nicotine demethylase polypeptides suitable for mutagenesis to eliminate the activity of a nicotine demethylase polypeptide in transforming nicotine to nornicotine in a tobacco plant or plant part have been described. See Figure 1A-C of U.S. Patent Application Publication No. 2009/0205072 A1, incorporated herein by reference in its entirety, where residues that differ from other P450 polypeptides are shaded gray. Conserved residues are those not shaded gray at each position. These mutants can be isolated according to known procedures.

[0110] Em outra configuração desta invenção, mutantes dominantes podem ser usados para disparar silenciamento de RNA devido à inversão e recombinação genética de um locus genético duplicado. Vide, por exemplo, Kusaba et al. (2003) Plant Cell 15:1455-1467.[0110] In another embodiment of this invention, dominant mutants can be used to trigger RNA silencing due to genetic inversion and recombination of a duplicated genetic locus. See, e.g., Kusaba et al. (2003) Plant Cell 15:1455-1467.

[0111] Em outra configuração da invenção, as composições da invenção podem ser usadas em métodos de identificação para identificar plantas não-conversoras que possam ser usadas em programas de cultivo. Dessa forma, as sequências de nucleotídeos da invenção podem ser usadas para identificar germoplasmas nativos para plantas não-conversoras que possuam uma mutação estável no gene CYP82E10 aqui identificado. Essas plantas não- conversoras identificadas pelos métodos da invenção podem ser usados para desenvolver linhas de cultivo.[0111] In another embodiment of the invention, the compositions of the invention can be used in identification methods to identify non-converter plants that can be used in breeding programs. Thus, the nucleotide sequences of the invention can be used to identify wild-type germplasm for non-converter plants that have a stable mutation in the CYP82E10 gene identified herein. These non-converter plants identified by the methods of the invention can be used to develop breeding lines.

[0112] Além das sequências de nucleotídeos que codificam os polipeptídeos CYP82E10 aqui descritos, composições da invenção incluem uma sequência de íntron na sequência do gene CYP82E10 que pode ser usada em métodos de identificação. Embora não estejam restringidos por nenhum mecanismo de ação, os genes CYP82E10 podem representar os únicos membros da família do citocromo P450 que participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em raízes de tabaco. Para certas aplicações seria útil possuir formas de diferenciar diagnosticamente este membro específico da família genética do citocromo P450 do resto das sequências estreitamente relacionadas dentro dessa família. Por exemplo, é possível que dentro do germoplasma de tabaco de ocorrência natural (ou em populações mutagenizadas) existam acessions nas quais este gene seja naturalmente disfuncional, podendo, portanto, serem valiosas como um recurso permanentemente não-conversor. Essas sequências disfuncionais podem incluir aquelas que codificam os polipeptídeos indicados na SEQ ID NO: 11, 12 ou 13. Um método para testar especificamente esses genótipos (por ex., mutantes de eliminação, rearranjos, entre outros) poderia ser uma ferramenta poderosa. A presente invenção inclui primers projetados para amplificar especificamente o éxon 1 e o éxon 2 da CYP82E10, sendo que um dos dois pares de primers corresponde ao íntron entre os éxons. Exemplos de primers úteis para amplificar os éxons da CYP82E10 incluem SEQ ID NO: 35 com SEQ ID NO: 36 e SEQ ID NO: 37 com SEQ ID NO: 38. Os mesmos primers podem ser usados para análise de sequência dos produtos.[0112] In addition to the nucleotide sequences encoding the CYP82E10 polypeptides described herein, compositions of the invention include an intron sequence within the CYP82E10 gene sequence that can be used in identification methods. Although not restricted by any mechanism of action, the CYP82E10 genes may represent the only members of the cytochrome P450 family that participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in tobacco roots. For certain applications, it would be useful to have ways to diagnostically differentiate this specific member of the cytochrome P450 gene family from the rest of the closely related sequences within that family. For example, it is possible that within naturally occurring tobacco germplasm (or in mutagenized populations) there are accessions in which this gene is naturally dysfunctional and may therefore be valuable as a permanently non-converting resource. These dysfunctional sequences may include those encoding the polypeptides indicated in SEQ ID NO: 11, 12, or 13. A method to specifically test for these genotypes (e.g., deletion mutants, rearrangements, among others) could be a powerful tool. The present invention includes primers designed to specifically amplify exon 1 and exon 2 of CYP82E10, with one of the two primer pairs corresponding to the intron between the exons. Examples of primers useful for amplifying CYP82E10 exons include SEQ ID NO: 35 with SEQ ID NO: 36 and SEQ ID NO: 37 with SEQ ID NO: 38. The same primers can be used for sequence analysis of the products.

[0113] Dado que as regiões de íntrons dos genes estãonormalmente menos conservadas do que os éxons, pode-se prever que o uso de uma sonda específica de íntrons permitiria uma melhor distinção entre os gene(s) correspondentes ao gene CYP82E10 e os outros membros da família CYP82E. O uso de uma sonda específica de íntrons CYP82E10, e/ou os primers PCR usados para gerar produtos, proporcionam ferramentas poderosas em ensaios para determinar se qualquer planta de tabaco de ocorrência natural, ou mutagenizada, possui eliminações ou rearranjos que possam deixar o gene inativo. Essa planta pode então ser usada em programas de cultivo para criar linhas de tabaco que sejam incapazes de realizar conversão.[0113] Since the intron regions of genes are typically less conserved than the exons, it can be anticipated that the use of an intron-specific probe would allow better distinction between the gene(s) corresponding to the CYP82E10 gene and the other members of the CYP82E family. The use of a CYP82E10 intron-specific probe, and/or the PCR primers used to generate products, provide powerful tools in assays to determine whether any naturally occurring or mutagenized tobacco plant has deletions or rearrangements that may render the gene inactive. Such a plant can then be used in breeding programs to create tobacco lines that are incapable of conversion.

Plantas e partes de plantas de tabaco e produtos com conteúdo reduzido de nornicotina e de NNNTobacco plants and parts of plants and products with reduced nornicotine and NNN content

[0114] Os polinucleotídeos CYP82E10 da invenção, além de variantes e fragmentos dos mesmos, podem ser usados nos métodos da presente invenção para inibir a expressão ou a função das nicotina demetilases CYP82E10 que participam da conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta. Dessa forma, mutações favoráveis podem ser introduzidas em um gene CYP82E10 de interesse. Os métodos da invenção não dependem de um método particular para introduzir uma mutação favorável no gene da nicotina demetilase CYP82E10.[0114] The CYP82E10 polynucleotides of the invention, as well as variants and fragments thereof, can be used in the methods of the present invention to inhibit the expression or function of CYP82E10 nicotine demethylases that participate in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a plant. In this way, favorable mutations can be introduced into a CYP82E10 gene of interest. The methods of the invention do not depend on a particular method for introducing a favorable mutation into the CYP82E10 nicotine demethylase gene.

[0115] As composições e métodos da invenção podem ser usados para reduzir o conteúdo de nornicotina, especialmente nas folhas e caules, de qualquer planta do gênero Nicotiana, incluindo, mas não se limitando, às seguintes espécies: acuminata, affinis, alata, attenuate, bigelovii, clevelandii, excelsior, forgetiana, glauca, glutinosa, langsdorffii, longiflora, obtusifolia, palmeri, paniculata, plumbaginifolia, qudrivalvis, repanda, rustica, suaveolens, sylvestris, tabacum, tomentosa, trigonophylla e x sanderae. A presente invenção também pode ser praticada usando qualquer variedade de uma planta do gênero Nicotiana, incluindo, mas não se limitando a: Nicotiana acuminata multiflora, Nicotiana alata grandiflora, Nicotiana bigelovii quadrivalvis, Nicotiana bigelovii wallacei, Nicotiana obtusifolia obtusifolia, Nicotiana obtusifolia plameri, Nicotiana quadrivalvis bigelovii, Nicotiana quadrivalvis quadrivalvis, Nicotiana quadrivalvis wallacei e Nicotiana trigonophylla palmeri, bem como variedades normalmente conhecidas como variedades de estufa ou brilhantes, variedades Burley, variedades escuras e variedades orientais/turcas. Em algumas configurações, uma planta de tabaco de interesse é uma planta de tabaco Burley, Virginia, curada em estufa, curada ao ar livre, curada ao fogo, oriental ou uma planta escura de tabaco.[0115] The compositions and methods of the invention can be used to reduce the nornicotine content, especially in the leaves and stems, of any plant of the genus Nicotiana, including, but not limited to, the following species: acuminata, affinis, alata, attenuate, bigelovii, clevelandii, excelsior, forgetiana, glauca, glutinosa, langsdorffii, longiflora, obtusifolia, palmeri, paniculata, plumbaginifolia, qudrivalvis, repanda, rustica, suaveolens, sylvestris, tabacum, tomentosa, trigonophylla and x sanderae. The present invention may also be practiced using any variety of a plant of the genus Nicotiana, including, but not limited to: Nicotiana acuminata multiflora, Nicotiana alata grandiflora, Nicotiana bigelovii quadrivalvis, Nicotiana bigelovii wallacei, Nicotiana obtusifolia obtusifolia, Nicotiana obtusifolia plameri, Nicotiana quadrivalvis bigelovii, Nicotiana quadrivalvis quadrivalvis, Nicotiana quadrivalvis wallacei, and Nicotiana trigonophylla palmeri, as well as varieties commonly known as greenhouse or bright varieties, Burley varieties, dark varieties, and Oriental/Turkish varieties. In some embodiments, a tobacco plant of interest is a Burley, Virginia, greenhouse-cured, air-cured, fire-cured, Oriental, or dark tobacco plant.

[0116] As plantas de tabaco e as variedades aqui descritas são adequadas para as técnicas tradicionais de plantio e colheita, como cultivo em solos ricos em adubo ou sem adubo, ensacamento das folhes ou não ensacamento, bem como cobertura ou não cobertura. As folhas e caules colhidos podem ser usados em qualquer produto do tabaco tradicional, incluindo, mas não se limitando a, tabaco para cachimbo, charuto e cigarro, além de tabaco mascável em qualquer forma, incluindo folha de tabaco, tabaco triturado ou tabaco cortado.[0116] The tobacco plants and varieties described herein are suitable for traditional planting and harvesting techniques, such as cultivation in rich or unfertilized soils, bagging of the leaves or not bagging, as well as covering or not covering. The harvested leaves and stems can be used in any traditional tobacco product, including, but not limited to, pipe, cigar, and cigarette tobacco, as well as chewing tobacco in any form, including leaf tobacco, ground tobacco, or cut tobacco.

[0117] Portanto, a presente invenção fornece uma planta ouparte de planta de tabaco que contém uma mutação em um gene que codifica a nicotina demetilase CYP82E10, sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida dessas nicotina demetilases CYP82E10, além de uma quantidade reduzida de nornicotina e de N’-nitrosonornicotina. Conforme aqui utilizado, o termo “uma quantidade reduzida” ou “um nível reduzido” se refere a uma quantidade de nornicotina e/ou de N’- nitrosonornicotina em uma planta ou partes de planta da presente invenção, ou, ainda, de um produto do tabaco da mesma, que é inferior à que seria encontrada em uma planta do gênero Nicotiana ou em partes de plantas ou em produtos do tabaco da mesma variedade de tabaco, processada (ou seja, cultivada e colhida) da mesma forma e que não tenha sido geneticamente modificadapara ter nornicotina e/ou N’-nitrosonornicotina reduzidas. A quantidade de nornicotina pode ser reduzida de cerca de 10% amais de cerca de 90%, inclusive mais de cerca de 20%, cerca de 30%, cerca de 40%, cerca de 50%, cerca de 60%, cerca de 70% e cerca de 80%. A conversão de nicotina em nornicotina pode ser inferior a 0,3%, inferior a 0,5%, inferior a 0,7%, entre 0,1% e0,5%, entre 0,1% e 0,4%, entre 0,1% e 0,7% ou entre 0,1% e 1,0%em plantas, partes de plantas e produtos da presente invenção, mais especificamente em plantas e partes de plantas com mutações na CYP82E10, CYP82E4v2 e CYP825v2.[0117] Therefore, the present invention provides a tobacco plant or plant part that contains a mutation in a gene encoding the nicotine demethylase CYP82E10, which mutation causes reduced expression or function of these nicotine demethylases CYP82E10, in addition to a reduced amount of nornicotine and N'-nitrosonornicotine. As used herein, the term "a reduced amount" or "a reduced level" refers to an amount of nornicotine and/or N'-nitrosonornicotine in a plant or plant parts of the present invention, or a tobacco product thereof, that is lower than that which would be found in a plant of the genus Nicotiana or in plant parts or in tobacco products of the same tobacco variety, processed (i.e., grown and harvested) in the same manner, and that has not been genetically modified to have reduced nornicotine and/or N'-nitrosonornicotine. The amount of nornicotine can be reduced from about 10% to more than about 90%, including more than about 20%, about 30%, about 40%, about 50%, about 60%, about 70%, and about 80%. The conversion of nicotine to nornicotine can be less than 0.3%, less than 0.5%, less than 0.7%, between 0.1% and 0.5%, between 0.1% and 0.4%, between 0.1% and 0.7%, or between 0.1% and 1.0% in plants, plant parts, and products of the present invention, more specifically in plants and plant parts with mutations in CYP82E10, CYP82E4v2, and CYP825v2.

[0118] O termo “produtos do tabaco” conforme aqui utilizado inclui, mas não se limita a, materiais de fumo (por ex., qualquer cigarro, inclusive um charuto fino, um cigarro não-ventilado ou com filtro de recesso ventilado, um charuto, um cachimbo), produtos sem fumaça (por ex., snuff, tabaco mascável, enxertos biodegradáveis (por ex., gomas, pastilhas, faixas dissolventes)). Vide, por exemplo, Patente do E.U.A. 2005/0019448, aqui incorporada por referência. A presente invenção também abrange uma série de produtos de misturas do tabaco que podem ser feitas combinando tabaco convencional com quantidades diferentes dos tabacos baixos de nornicotina e/ou N’-nitrosonornicotina aqui descritos. Em outras configurações, a planta ou parte de planta do gênero Nicotiana conforme acima descrito é tabaco curado.[0118] The term “tobacco products” as used herein includes, but is not limited to, smoking materials (e.g., any cigarette, including a thin cigar, a non-ventilated or recess-ventilated filter cigarette, a cigar, a pipe), smokeless products (e.g., snuff, chewing tobacco, biodegradable inserts (e.g., gum, lozenges, dissolving strips)). See, for example, U.S. Patent 2005/0019448, incorporated herein by reference. The present invention also encompasses a series of blended tobacco products that can be made by combining conventional tobacco with different amounts of the low nornicotine and/or N’-nitrosonornicotine tobaccos described herein. In other embodiments, the plant or plant part of the genus Nicotiana as described above is cured tobacco.

[0119] Em algumas configurações da presente invenção, o produto do tabaco reduz o potencial carcinogênico da fumaça de tabaco que é inalada diretamente com o consumo de um produto do tabaco como charutos, cigarros ou cachimbo, ou, ainda, inalada como fumaça secundária (por ex., por um indivíduo que inala a fumaça de tabaco gerada por um outro indivíduo consumindo um produto do tabaco como charutos, cigarros ou cachimbos). O tabaco curado aqui descrito pode ser usado para preparar um produto do tabaco, especialmente um que sofra modificações químicas devido ao calor, incluindo uma quantidade reduzida de nornicotina e/ou N’-nitrosonornicotina na corrente de fumaça que é inalada diretamente ou inalada como fumaça secundária. Da mesma forma, os produtos do tabaco da invenção podem ser úteis na preparação de produtos do tabaco sem fumaça, como o tabaco mascável, o snuff, entre outros.[0119] In some embodiments of the present invention, the tobacco product reduces the carcinogenic potential of tobacco smoke that is directly inhaled through the consumption of a tobacco product such as cigars, cigarettes, or pipes, or inhaled as sidestream smoke (e.g., by an individual inhaling tobacco smoke generated by another individual consuming a tobacco product such as cigars, cigarettes, or pipes). The cured tobacco described herein can be used to prepare a tobacco product, especially one that undergoes chemical modifications due to heat, including a reduced amount of nornicotine and/or N'-nitrosonornicotine in the smoke stream that is directly inhaled or inhaled as sidestream smoke. Likewise, the tobacco products of the invention can be useful in the preparation of smokeless tobacco products, such as chewing tobacco, snuff, among others.

[0120] Os produtos do tabaco derivados das plantas de tabacoda presente invenção encontram uso, portanto, nos métodos de redução do potencial carcinogênico desses produtos do tabaco, além de reduzir a exposição dos humanos à nitrosamina carcinogênica NNN, especialmente no caso de indivíduos que são usuários desses produtos do tabaco. Os seguintes exemplos são oferecidos a modo de ilustração e não com fins de limitação.[0120] Tobacco products derived from the tobacco plants of the present invention therefore find use in methods of reducing the carcinogenic potential of such tobacco products, as well as reducing human exposure to the carcinogenic nitrosamine NNN, especially in the case of individuals who are users of such tobacco products. The following examples are offered by way of illustration and not by way of limitation.

EXPERIMENTALEXPERIMENTAL

[0121] As citações mencionadas na seguinte discussão sãofornecidas no final da seção experimental.[0121] The citations mentioned in the following discussion are provided at the end of the experimental section.

AntecedentesBackground

[0122] O conhecimento de que a CYP82E4v2 representa o locusda nicotina demetilase responsável pela alta acumulação de nornicotina observada nas plantas conversoras (Siminszky et al., 2005) abriu a porta para abordagens não-transgênicas e transgênicas que buscam a superação do problema de conversão e a inferiorização do conteúdo de nornicotina da folha senescente e curada. Especificamente, foi possível que os pesquisadores gerassem populações de tabaco com exposição prévia a mutagens químicos e que selecionassem indivíduos com alelos não- funcionais ao locus CYP82E4v2. Na verdade, três grupos independentes já geraram linhas de tabaco não-conversoras com base nessa estratégia (Dewey et al., 2007; Xu et al., 2007b;Julio et al., 2008).[0122] The knowledge that CYP82E4v2 represents the nicotine demethylase locus responsible for the high nornicotine accumulation observed in converter plants (Siminszky et al., 2005) opened the door for non-transgenic and transgenic approaches that seek to overcome the conversion problem and lower the nornicotine content of senescent and cured leaves. Specifically, it has been possible for researchers to generate tobacco populations with prior exposure to chemical mutagens and to select individuals with non-functional alleles at the CYP82E4v2 locus. In fact, three independent groups have already generated non-converter tobacco lines based on this strategy (Dewey et al., 2007; Xu et al., 2007b; Julio et al., 2008).

[0123] Conforme indicado anteriormente, uma planta de tabaco designada 775 foi identificada a partir de uma população mutagenizada por EMS da linha Burley DH98-325-6 e demonstrou possuir uma mutação knock-out dentro do gene CYP82E4v2 (Dewey et al., 2007). No verão de 2008, plantas homozigotas para a mutação 775 foram cultivadas na estação de pesquisa Upper Coastal Plains em Rocky Mount, Carolina do Norte, E.U.A, e curadas ao ar livre de acordo com procedimentos padrão da indústria. A análise de alcaloides desses materiais foi realizada usando o protocolo LC descrito por Jack et al. (2007). Conforme ilustrado no Quadro 1, as plantas que possuíam a mutação 775 tiveram uma conversão de nicotina em nornicotina média de 2,6%. Por outro lado, uma conversão superior a 60% foi observada na linha mãe DH98-325-6, um genótipo conversor forte. Resultados quase idênticos foram obtidos por Julio et al. (2008), quem registrou porcentagens de conversão que oscilaram entre 2,82 e 3,37 em plantas homozigotas para um mutante knock-out cyp82e4v2 dentro do genótipo conversor forte de Burley BB16NN (as taxas de conversão da mãe oscilaram entre 68% e 98%). Portanto, as mutações debilitantes apenas na CYP82E4v2 parecem ser eficazes para eliminar os problemas que surgem do fenômenos genéticos instáveis associados à geração de plantas conversoras. Quadro 1. Perfis de alcaloides para materiais experimentais avaliados em um experimento de campo de 2008. Os valores percentuais representam uma média.aO número em parênteses indica o número total de plantas analisadas.bNumeração relativa ao códon de partida da sequência de cDNA.cAs porcentagens foram calculadas com base no peso seco do tabaco.dA porcentagem de conversão de nicotina é igual a [% nornicotina/ (% nornicotina + % nicotina)] X 100.[0123] As indicated previously, a tobacco plant designated 775 was identified from an EMS-mutagenized population of the Burley line DH98-325-6 and shown to possess a knock-out mutation within the CYP82E4v2 gene (Dewey et al., 2007). In the summer of 2008, plants homozygous for the 775 mutation were grown at the Upper Coastal Plains Research Station in Rocky Mount, North Carolina, USA, and air-cured according to standard industry procedures. Alkaloid analysis of these materials was performed using the LC protocol described by Jack et al. (2007). As illustrated in Table 1, plants possessing the 775 mutation had an average nicotine-to-nornicotine conversion of 2.6%. In contrast, a conversion greater than 60% was observed in the parent line DH98-325-6, a strong converter genotype. Nearly identical results were obtained by Julio et al. (2008), who reported conversion percentages ranging from 2.82 to 3.37 in plants homozygous for a cyp82e4v2 knock-out mutant within the strong-converting Burley genotype BB16NN (the mother's conversion rates ranged from 68% to 98%). Therefore, debilitating mutations in CYP82E4v2 alone appear to be effective in eliminating the problems arising from unstable genetic phenomena associated with the generation of converting plants. Table 1. Alkaloid profiles for experimental materials evaluated in a 2008 field experiment. Percentage values represent an average. aThe number in parentheses indicates the total number of plants analyzed.bNumbering relative to the start codon of the cDNA sequence.cThe percentages were calculated based on the dry weight of the tobacco.dThe percentage of nicotine conversion is equal to [% nornicotine/ (% nornicotine + % nicotine)] X 100.

[0124] Embora a utilização de plantas de tabaco que possuam a mutação 775, ou mutações comparáveis, na CYP82E4v2 possa ser uma forma eficaz de eliminar a introdução de plantas conversoras em populações de tabaco, uma baixa mas significativa quantidade de nornicotina permanece nessas plantas. Devido a que taxas de conversão de nicotina em nornicotina tão baixas como 0,45% foram observadas em plantas transgênicas que expressam um construto baseado em RNAi direcionado contra o CYP82E4v2 (Lewis et al., 2008), ficou evidente que pelo menos um outro gene com alta homologia de sequência de DNA em relação à CYP82E4v2 deve ser responsável pela maior parte da síntese de nornicotina observada tanto nas plantas não-conversoras como nas plantas conversoras que possuem um gene CYP82E4v2 inativo. Essa possibilidade foi reforçada pela descoberta do CYP82E5v2, um gene que compartilha 92,7% de identidade de sequência de DNA com o CYP82E4v2, o qual também demonstrou codificar a enzima funcional de nicotina demetilase (Dewey et al., 2007; Gavilano e Siminszky, 2007). O gene de nicotina demetilase CYP82E5v2 se expressa a baixos níveis em folhas verdes de tabaco de plantas conversoras e não- conversoras similares, diferentemente do CYP82E4v2, o qual se expressa a níveis muito altos, mas apenas nas folhas de plantas conversoras durante a senescência e cura ao ar livre.[0124] Although the use of tobacco plants harboring the 775 mutation, or comparable mutations, in CYP82E4v2 may be an effective way to eliminate the introduction of converter plants into tobacco populations, a low but significant amount of nornicotine remains in these plants. Because conversion rates of nicotine to nornicotine as low as 0.45% were observed in transgenic plants expressing an RNAi-based construct directed against CYP82E4v2 (Lewis et al., 2008), it was evident that at least one other gene with high DNA sequence homology to CYP82E4v2 must be responsible for the majority of the nornicotine synthesis observed in both non-converter plants and converter plants harboring an inactive CYP82E4v2 gene. This possibility was reinforced by the discovery of CYP82E5v2, a gene that shares 92.7% DNA sequence identity with CYP82E4v2, which has also been shown to encode the functional nicotine demethylase enzyme (Dewey et al., 2007; Gavilano and Siminszky, 2007). The nicotine demethylase gene CYP82E5v2 is expressed at low levels in green tobacco leaves of similar converting and non-converting plants, unlike CYP82E4v2, which is expressed at very high levels but only in the leaves of converting plants during senescence and outdoor curing.

[0125] Conforme delineado em Dewey et al. (2007), aidentificação de uma população de tabaco mutagenizada por EMS DH98-325-6 resultou na identificação de um indivíduo (planta 1013) que possui uma mutação knock-out no CYP82E5v2. Para determinar o impacto do alelo não-funcional cyp82e5v2 na acumulação de nornicotina, foram feitos cruzamentos que combinaram as mutações das plantas 775 e 1013. A genotipagem molecular de diversos indivíduos F2 derivados da progênie F1 do cruzamento inicial resultou na identificação de nove indivíduos que foram homozigotos para ambas as mutações (e4e4/e5e5). Essas nove plantas também foram incluídas na prova de campo de 2008. Independentemente do fato de que o CYP82E5v2 tenha demonstrado codificar uma enzima funcional de nicotina demetilase (Dewey et al., 2007; Gavilano e Siminszky, 2007), o fato de combinar a mutação disfuncional cyp82e5v2 com a mutação knock-out cyp82e4v2 teve um impacto notavelmente pequeno nos níveis de nornicotina da folha. Conforme ilustrado no Quadro 1, as plantas homozigotas a uma mutação dupla (e4e4/e5e5) tiveram uma conversão de nicotina média de 2,3%, comparado com uma média de conversão de 2,6% naquelas plantas que possuem apenas a mutação cyp82e4v2 (e4e4). Uma modesta diferença na conversão média entre os dois genótipos não foi estatisticamente significativa (P = 0,118). No entanto, uma das linhas transgênicas CYP82E4v2 silenciadas por RNAi que foi incluída nesta pesquisa teve uma conversão média de 0,7%, uma quantidade significativamente inferior (P < 0,001) à obtida tanto nos genótipos e4e4 ou e4e4/e5e5. Portanto, outro gene com alta homologia à CYP82E4v2 deve existir dentro do genoma do tabaco que contribui para a produção de nornicotina na planta.[0125] As outlined in Dewey et al. (2007), identification of an EMS-mutagenized tobacco population DH98-325-6 resulted in the identification of one individual (plant 1013) that possesses a knock-out mutation in CYP82E5v2. To determine the impact of the non-functional cyp82e5v2 allele on nornicotine accumulation, crosses were made that combined the mutations from plants 775 and 1013. Molecular genotyping of several F2 individuals derived from the F1 progeny of the initial cross resulted in the identification of nine individuals that were homozygous for both mutations (e4e4/e5e5). These nine plants were also included in the 2008 field trial. Regardless of the fact that CYP82E5v2 has been shown to encode a functional nicotine demethylase enzyme (Dewey et al., 2007; Gavilano and Siminszky, 2007), combining the dysfunctional cyp82e5v2 mutation with the cyp82e4v2 knockout mutation had remarkably little impact on leaf nornicotine levels. As illustrated in Table 1, plants homozygous for a double mutation (e4e4/e5e5) had an average nicotine conversion of 2.3%, compared with an average conversion of 2.6% in those plants harboring only the cyp82e4v2 (e4e4) mutation. A modest difference in average conversion between the two genotypes was not statistically significant (P = 0.118). However, one of the RNAi-silenced CYP82E4v2 transgenic lines included in this study had an average conversion of 0.7%, a significantly lower (P < 0.001) than that obtained in either the e4e4 or e4e4/e5e5 genotypes. Therefore, another gene with high homology to CYP82E4v2 must exist within the tobacco genome that contributes to nornicotine production in the plant.

Exemplo 1: Isolamento e caracterização de um gene de nicotina demetilase cyp82e10Example 1: Isolation and characterization of a nicotine demethylase gene cyp82e10

[0126] Para identificar outros genes no genoma do tabaco quetêm o potencial de codificar enzimas de nicotina demetilase, buscas de homologia usando os algoritmos BLASTN e BLASTX (Altschul et al., 1990, 1997) foram direcionadas contra os bancos de dados de etiquetas de sequências expressas (EST) N. tabacum no GenBank, usando o DNA e as sequências proteicas de CYP82E4v2 como as respectivas sequências de consulta. Além de identificar sequências correspondentes aos membros anteriormente caracterizados da superfamília CYP82E (como CYP82E2, CYP82E3 e CYP82E5v2), foram descobertos sete ESTs que não se alinharam perfeitamente com nenhum membro anteriormente caracterizado dessa família. Curiosamente, todos os sete ESTs foram originados tanto nas bibliotecas de cDNA como nas bibliotecas de cDNA específicas de raiz feitas de tecidos mistos que incluíam raízes. Essa observação sugeriu que o novo gene CYP82E se expressa especificamente no tecido da raiz, uma propriedade que poderia explicar por que esse membro particular da superfamília CYP82E P450 eludiu a detecção anteriormente, dado que esforços anteriores focaram na caracterização de genes CYP82E expressados no tecido da folha. Devido a que nenhuma sequência individual de EST foi suficientemente longa para cobrir a região de codificação inteira desse novo gene, primers PCR foram projetados para permitir a amplificação da sequência de cDNA inteira a partir de uma primeira fita de cDNA que tenha sido gerada a partir de um RNA isolado do tecido da raiz do tabaco. Além disso, os primers foram usados para amplificar a correspondente região genômica do gene que inclui um íntron grande e central. Esse novo cDNA CYP82E compartilha 92,4% de identidade de nucleotídeo com o tabaco cDNA CYP82E4v2 e 91,1% de identidade prevista no nível do aminoácido. Respeitando as pautas para a nomenclatura de genes P450, este novo gene foi chamado de CYP82E10. De todos os membros caracterizados da superfamília CYP82E, o CYP82E10 mostra a mais alta semelhança de sequência com o CYP82E5v2, compartilhando 96,5% de identidade de nucleotídeo no nível cDNA e 95,7% de identidade prevista de sequência de aminoácidos. A sequência de DNA do CYP82E10 e sua sequência proteica prevista são ilustradas na Figura 1.[0126] To identify other genes in the tobacco genome that have the potential to encode nicotine demethylase enzymes, homology searches using the BLASTN and BLASTX algorithms (Altschul et al., 1990, 1997) were directed against the N. tabacum expressed sequence tag (EST) databases in GenBank, using the DNA and protein sequences of CYP82E4v2 as the respective query sequences. In addition to identifying sequences corresponding to previously characterized members of the CYP82E superfamily (such as CYP82E2, CYP82E3, and CYP82E5v2), seven ESTs were discovered that did not align perfectly with any previously characterized member of this family. Interestingly, all seven ESTs originated from both the cDNA libraries and root-specific cDNA libraries made from mixed tissues that included roots. This observation suggested that the novel CYP82E gene is specifically expressed in root tissue, a property that could explain why this particular member of the CYP82E P450 superfamily has previously eluded detection, given that previous efforts focused on characterizing CYP82E genes expressed in leaf tissue. Because no single EST sequence was long enough to cover the entire coding region of this novel gene, PCR primers were designed to allow amplification of the entire cDNA sequence from a first-strand cDNA generated from RNA isolated from tobacco root tissue. Furthermore, the primers were used to amplify the corresponding genomic region of the gene, which includes a large, central intron. This novel CYP82E cDNA shares 92.4% nucleotide identity with tobacco cDNA CYP82E4v2 and 91.1% predicted identity at the amino acid level. Following guidelines for P450 gene nomenclature, this novel gene was named CYP82E10. Of all characterized members of the CYP82E superfamily, CYP82E10 shows the highest sequence similarity to CYP82E5v2, sharing 96.5% nucleotide identity at the cDNA level and 95.7% predicted amino acid sequence identity. The CYP82E10 DNA sequence and its predicted protein sequence are illustrated in Figure 1.

[0127] Embora os cDNAs dos diversos membros da família CYP82E tendam a ser altamente conservados, as versões genômicas desses genes mostram uma diversidade de sequência muito maior. Isso se deve em primeiro lugar à considerável divergência de sequência observada dentro do íntron grande e central. Um alinhamento das sequências genômicas CYP82E4v2, CYP82E5v2 e CYP82E10 é ilustrado na Figura 2. Conforme calculado usando o algoritmo EMBOSS Pairwise Alignment (www.ebi.ac.uk/Tools/emboss/align/index.html), os genes CYP82E4v2 e CYP82E10 compartilham 78.3% de identidade de nucleotídeo, sendo que o gene CYP82E10 é 84,9% idêntico ao gene CYP82E5v2 conforme ambos existem dentro do genoma do tabaco (as sequência genômicas CYP82E4v2 e CYP82E5v2 compartilham 75% de identidade).[0127] Although the cDNAs of the various CYP82E family members tend to be highly conserved, the genomic versions of these genes show much greater sequence diversity. This is primarily due to the considerable sequence divergence observed within the large, central intron. An alignment of the CYP82E4v2, CYP82E5v2, and CYP82E10 genomic sequences is illustrated in Figure 2. As calculated using the EMBOSS Pairwise Alignment algorithm (www.ebi.ac.uk/Tools/emboss/align/index.html), the CYP82E4v2 and CYP82E10 genes share 78.3% nucleotide identity, with the CYP82E10 gene being 84.9% identical to the CYP82E5v2 gene as they both exist within the tobacco genome (the CYP82E4v2 and CYP82E5v2 genomic sequences share 75% identity).

[0128] Conforme explicado em diversas publicações, a maioria dos genes da superfamília CYP82E que são encontrados no genoma do tabaco não codificam enzimas de nicotina demetilases funcionais (Siminszky et al., 2005; Chakrabarti et al., 2007; Dewey et al., 2007; Gavilano et al., 2007; Xu et al., 2007a). Portanto, só a homologia de sequência não é um indicador de função genética suficientemente preciso para a família CYP82E. Em vez disso, a análise de expressão tanto em plantas transgênicas (Siminszky et al., 2005) como em levedura (Gavilano e Siminszky, 2007; Xu et al., 2007a) se tornou a forma convencional de determinar se membros individuais dessa família genética codificam a atividade da nicotina demetilase.[0128] As explained in several publications, most of the CYP82E superfamily genes that are found in the tobacco genome do not encode functional nicotine demethylase enzymes (Siminszky et al., 2005; Chakrabarti et al., 2007; Dewey et al., 2007; Gavilano et al., 2007; Xu et al., 2007a). Therefore, sequence homology alone is not a sufficiently accurate indicator of gene function for the CYP82E family. Instead, expression analysis in both transgenic plants (Siminszky et al., 2005) and yeast (Gavilano and Siminszky, 2007; Xu et al., 2007a) has become the conventional way to determine whether individual members of this gene family encode nicotine demethylase activity.

[0129] Para determinar se o CYP82E10 funciona como um gene de nicotina demetilase, seu cDNA foi clonado dentro do vetor de expressão pYeDP60 da levedura e transformado em cepa de levedura W(R). A cepa W(R) é a linha celular de leveduras criada para produzir a superexpressão da levedura P450 reductase dependente de NADPH, uma enzima que funciona como o doador direto de elétrons ao P450s; esse sistema aumenta consideravelmente a detecção de atividades externas da enzima P450 que se expressam na levedura (Pompon et al., 1995). Ensaios de nicotina demetilase foram realizados incubando preparações de membrana microssomal de levedura com [14C]-nicotina, e resolvendo os produtos por cromatografia em camada delgada conforme descrito em Siminszky et al. (2005).[0129] To determine whether CYP82E10 functions as a nicotine demethylase gene, its cDNA was cloned into the yeast expression vector pYeDP60 and transformed into yeast strain W(R). Strain W(R) is the yeast cell line engineered to overexpress yeast NADPH-dependent P450 reductase, an enzyme that functions as the direct electron donor to P450s; this system greatly enhances the detection of off-target P450 enzyme activities expressed in yeast (Pompon et al., 1995). Nicotine demethylase assays were performed by incubating yeast microsomal membrane preparations with [14C]-nicotine and resolving the products by thin layer chromatography as described in Siminszky et al. (2005).

[0130] Conforme ilustrado na Figura 3, nenhuma atividade de nicotina demetilase pôde ser detectada usando microssomos de levedura da cepa W(R) que só expressava o vetor pYeDP60. Porém, uma atividade de nicotina demetilase muito robusta pôde ser medida a partir de células microssomais derivadas de levedura que expressavam o cDNA CYP82E10. Ao medir a atividade da enzima CYP82E10 ao longo de uma ampla variedade de concentrações de nicotina [14C]-, uma curva de saturação de substrato foi estabelecida e uma aparente Km de 3,9 μM nicotina foi calculada usando o ensaio microssomal. Esse parâmetro cinético para a CYP82E10 é muito similar ao Kms reportado para as enzimasCYP82E4v2 e CYP82E5v2 quando a semelhança se expressou na levedura (Gavilano et al., 2007; Gavilano e Siminszky, 2007; Xuet al., 2007a).[0130] As illustrated in Figure 3, no nicotine demethylase activity could be detected using yeast microsomes from the W(R) strain that only expressed the pYeDP60 vector. However, very robust nicotine demethylase activity could be measured from yeast-derived microsomal cells expressing the CYP82E10 cDNA. By measuring CYP82E10 enzyme activity over a wide range of [14C]- nicotine concentrations, a substrate saturation curve was established and an apparent Km of 3.9 μM nicotine was calculated using the microsomal assay. This kinetic parameter for CYP82E10 is very similar to the Kms reported for CYP82E4v2 and CYP82E5v2 enzymes when the similarity was expressed in yeast (Gavilano et al., 2007; Gavilano and Siminszky, 2007; Xuet al., 2007a).

Exemplo 2: Identificação de plantas que possuam alelos mutantes do CYP82E10Example 2: Identification of plants that have mutant alleles of CYP82E10

[0131] Para avaliar de forma exata a contribuição específicado CYP82E10 para o conteúdo total de nornicotina da planta de tabaco, foi preciso: (1) identificar uma planta de tabaco comuma mutação knock-out dentro desse gene; e (2) combinar essa mutação com as mutações cyp82e4v2 e cyp82e5v2 originadas das plantas 775 e 1013, respectivamente. Para identificar mutações potencialmente debilitantes no CYP82E10, a população DH98-325-6 mutagenizada por EMS foi identificada por análise de sequências de DNA de alto rendimento usando primers que amplificam especificamente porções do CYP82E10 (sem amplificarsimultaneamente outros membros da superfamília CYP82E). Para amplificar especificamente o éxon 1 do CYP82E10, os seguintes primers PCR foram usados: 5'-GTGATAGTTTGATTCCCAAGTGC-3' (direto) e 5'-CTCCCAAAGTTAGATTAGTCCG-3' (reverso); a amplificaçãoespecífica do éxon 2 foi obtida usando os primers 5'- AGGTCGCGCTGATTCTTG-3' (direto) e 5'-AGATGAATACCCATCTATCTAGGAGT- 3' (reverso). Para garantir uma especificidade máxima, o primer reverso para o éxon 1 e o primer direto para o éxon 2 correspondemàs sequências dentro do íntron CYP82E10 (Fig. 1). A amplificação por PCR e a análise de sequência das plantas mutagenizadas foi realizada usando um formato de 96 poços, conforme descrito emDewey et al. (2007).[0131] To accurately assess the specific contribution of CYP82E10 to the total nornicotine content of the tobacco plant, it was necessary to: (1) identify a tobacco plant with a knock-out mutation within this gene; and (2) combine this mutation with the cyp82e4v2 and cyp82e5v2 mutations originating from plants 775 and 1013, respectively. To identify potentially debilitating mutations in CYP82E10, the EMS-mutagenized population DH98-325-6 was identified by high-throughput DNA sequence analysis using primers that specifically amplify portions of CYP82E10 (without simultaneously amplifying other members of the CYP82E superfamily). To specifically amplify exon 1 of CYP82E10, the following PCR primers were used: 5′-GTGATAGTTTGATTCCCAAGTGC-3′ (forward) and 5′-CTCCCAAAGTTAGATTAGTCCG-3′ (reverse); specific amplification of exon 2 was achieved using primers 5′-AGGTCGCGCTGATTCTTG-3′ (forward) and 5′-AGATGAATACCCATCTATCTAGGAGT-3′ (reverse). To ensure maximum specificity, the reverse primer for exon 1 and the forward primer for exon 2 correspond to sequences within the CYP82E10 intron (Fig. 1). PCR amplification and sequence analysis of the mutagenized plants was performed using a 96-well format as described in Dewey et al. (2007).

[0132] A análise de sequências de alto rendimento de mais de1.200 indivíduos a partir da população de tabaco mutagenizada resultou na identificação de 15 indivíduos com mutações no CYP82E10. As mais notáveis dessas mutações são indicadas no Quadro 2. O nucleotídeo e os resíduos de aminoácidos mutados nessas plantas também são ilustrados na Figura 1. Embora nenhuma mutação truncada tenha sido observada entre esses indivíduos, em vários casos foram identificadas mutações que alteraram um resíduo de aminoácido dentro de uma região altamente conservadada enzima. Para determinar os efeitos de uma mutação em particular na atividade da enzima CYP82E10, foi usada mutagênesesítio-dirigida para introduzir as mutações específicas correspondentes a sete das nove mutações indicadas no Quadro 2 dentro do cDNA CYP82E10 dentro do vetor de expressão pYeDP60 dalevedura. Preparações microssomais de cepas de levedura que expressam cada uma das sete CYP82E10 variantes foram testadas invitro quanto à atividade de nicotina demetilase usando tanto concentrações não-saturadas (2,45 μM) como saturadas (50 μM) de [14C]-nicotina. Os resultados dos ensaios de expressão da levedura revelaram que as mutações encontradas nas plantas 693, 817 e 1035 não alteraram a atividade da enzima, sendo que as mutações encontradas nas plantas 1041, 1512 e 2476 provocaram ainativação completa da enzima. A mutação observada nas plantas 1442 resultou na redução de 75% da atividade se comparada com aenzima CYP82E10 de tipo selvagem.[0132] High-throughput sequence analysis of over 1,200 individuals from the mutagenized tobacco population resulted in the identification of 15 individuals with mutations in CYP82E10. The most notable of these mutations are indicated in Table 2. The nucleotide and amino acid residues mutated in these plants are also illustrated in Figure 1. Although no truncating mutations were observed among these individuals, in several cases mutations were identified that changed an amino acid residue within a highly conserved region of the enzyme. To determine the effects of a particular mutation on CYP82E10 enzyme activity, site-directed mutagenesis was used to introduce the specific mutations corresponding to seven of the nine mutations indicated in Table 2 into the CYP82E10 cDNA within the yeast expression vector pYeDP60. Microsomal preparations from yeast strains expressing each of the seven CYP82E10 variants were tested in vitro for nicotine demethylase activity using both unsaturated (2.45 μM) and saturated (50 μM) concentrations of [14C]-nicotine. The results of the yeast expression assays revealed that the mutations found in plants 693, 817, and 1035 did not alter enzyme activity, whereas the mutations found in plants 1041, 1512, and 2476 caused complete enzyme inactivation. The mutation observed in plant 1442 resulted in a 75% reduction in activity compared to the wild-type CYP82E10 enzyme.

[0133] Os dados da cromatografia de camada delgada para os ensaios in vitro da expressão da levedura correspondente à mutação da planta 1041 são indicados na Figura 3. Essa mutação específica foi selecionada para ser investigada mais a fundo. Para fornecer confirmação adicional de que uma substituição Pro a Ser na posição de aminoácido 381 que define a mutação da planta 1041 é incompatível com a função de nicotina demetilação, essa mesma mutação foi introduzida em um cDNA CYP82E4v2 que havia sido clonado de forma similar dentro do vetor pYeDP60. Os resultados desses ensaios de levedura são indicados no Quadro 3. Seja introduzida na enzima CYP82E10 ou na CYP82E4v2, a substituição Ser para a Pro na posição 381 causa uma ablação completa da atividade de nicotina demetilase neste ensaio. Curiosamente, embora as atividades das enzimas CYP82E10 e CYP82E4v2 de tipo selvagem eram comparáveis na concentração não- saturada de [14C]-nicotina (2,45 μM), a um nível de substrato de 25 μM, a taxa de [14C]-síntese da nornicotina foi quase três vezes maior em preparações microssomais que possuíam a enzima CYP82E10 do que em preparações contendo CYP82E4v2.Quadro 2. Linhas DH98-325-6 tratadas por EMS com mutações nogene CYP82E10 aEm referência ao códon de partida da sequência de cDNA CYP82E10.bRelativa à enzima de tipo selvagem expressada em levedura.Quadro 3. Atividade de nicotina demetilase das enzimasCYP82E4v2 e CYP82E10 que possuem a mutação 1041 (Pro381Ser).aContagens por minuto da proteína microssomal [14C]-nornicotina/mg.bDesvio padrão de duas replicações técnicas.[0133] Thin layer chromatography data for the in vitro yeast expression assays corresponding to the plant 1041 mutation are shown in Figure 3. This specific mutation was selected for further investigation. To provide further confirmation that a Pro to Ser substitution at amino acid position 381 that defines the plant 1041 mutation is incompatible with nicotine demethylation function, this same mutation was introduced into a CYP82E4v2 cDNA that had been similarly cloned into the pYeDP60 vector. The results of these yeast assays are shown in Table 3. Whether introduced into the CYP82E10 or CYP82E4v2 enzyme, the Ser to Pro substitution at position 381 causes complete ablation of nicotine demethylase activity in this assay. Interestingly, although the activities of wild-type CYP82E10 and CYP82E4v2 enzymes were comparable at the non-saturating concentration of [14C]-nicotine (2.45 μM), at a substrate level of 25 μM, the rate of [14C]-nornicotine synthesis was almost threefold higher in microsomal preparations harboring the CYP82E10 enzyme than in preparations containing CYP82E4v2. Table 2. EMS-treated DH98-325-6 lines with mutations in the CYP82E10 gene aReferring to the start codon of the CYP82E10 cDNA sequence.bRelative to the wild-type enzyme expressed in yeast.Table 3. Nicotine demethylase activity of CYP82E4v2 and CYP82E10 enzymes harboring the 1041 (Pro381Ser) mutation. aCounts per minute of microsomal [14C]-nornicotine protein/mg.bStandard deviation of two technical replicates.

[0134] As atividades de nicotina demetilase de tipo selvageme as células de levedura mutantes 1041 que expressam CYP82E10 também foram testadas in vivo. Cultivos de levedura foram agitados durante a noite na presença de 55 μM de [14C]-nicotina, extraídos com metanol e analisados por cromatografia em camada delgada. A [14C]-nornicotina pôde ser detectada nos extratos de levedura que expressavam CYP82E10 de tipo selvagem, mas não o gene em sua versão mutante 1041 (dados não ilustrados). Cumulativamente, os ensaios de expressão da levedura sugerem fortemente que a função da CYP82E10 é completamente abolida pela introdução da mutação 1041.[0134] The nicotine demethylase activities of wild-type and 1041 mutant yeast cells expressing CYP82E10 were also tested in vivo. Yeast cultures were shaken overnight in the presence of 55 μM [14C]-nicotine, extracted with methanol, and analyzed by thin layer chromatography. [14C]-nornicotine could be detected in the extracts of yeast expressing wild-type CYP82E10, but not the gene in its 1041 mutant version (data not shown). Cumulatively, the yeast expression assays strongly suggest that CYP82E10 function is completely abolished by the introduction of the 1041 mutation.

Exemplo 3: Combinação de alelos mutantes de cyp82e10, cyp82e4v2 e cyp82e5v2Example 3: Combination of mutant alleles of cyp82e10, cyp82e4v2, and cyp82e5v2

[0135] Dado que a mutação 1041 original é em um antecedentegenético (DH98-325-6) que contém tanto um alelo conversor forteCYP82E4v2 como o gene CYP82E5v2 de tipo selvagem, a única formade avaliar de forma precisa a contribuição específica do CYP82E10 para o conteúdo total de nornicotina da planta é introduzir a mutação 1041 nas plantas de tabaco que também possuem mutações knock-out CYP82E4v2 e CYP82E5v2. Para alcançar esse objetivo, plantas heterozigotas para a mutação 1041 (e10E10) foramcruzadas com plantas heterozigotas paras mutações 775 e 1013 acima descritas (e4E4/e5E5). As últimas plantas representam progênies do cruzamento 775/1013//TN90/3/TN90/4/TN90. As plantas heterozigotas F1 para as três mutações de nicotina demetilase (e4E4/e5E5/e10E10) foram identificadas por genotipagem molecular e foram deixadas se autopolinizar. A genotipagem molecular também foi usada para identificar mais de 400 progênies F2 e subsequentemente agrupá-las nas seguintes classes genotípicas: E4E4/E5E5/e10e10 (3 plantas no total); e4e4/E5E5/e10e10 (4plantas no total); E4E4/e5e5/e10e10 (5 plantas no total) ee4e4/e5e5/e10e10 (5 plantas no total).[0135] Since the original 1041 mutation is in a genetic background (DH98-325-6) that contains both a strong CYP82E4v2 converter allele and the wild-type CYP82E5v2 gene, the only way to accurately assess the specific contribution of CYP82E10 to the total nornicotine content of the plant is to introduce the 1041 mutation into tobacco plants that also carry CYP82E4v2 and CYP82E5v2 knock-out mutations. To achieve this goal, plants heterozygous for the 1041 mutation (e10E10) were crossed with plants heterozygous for the above-described 775 and 1013 mutations (e4E4/e5E5). The latter plants represent progeny of the cross 775/1013//TN90/3/TN90/4/TN90. F1 plants heterozygous for the three nicotine demethylase mutations (e4E4/e5E5/e10E10) were identified by molecular genotyping and were allowed to self-pollinate. Molecular genotyping was also used to identify over 400 F2 progeny and subsequently group them into the following genotypic classes: E4E4/E5E5/e10e10 (3 plants total); e4e4/E5E5/e10e10 (4 plants total); E4E4/e5e5/e10e10 (5 plants total) and ee4e4/e5e5/e10e10 (5 plants total).

[0136] Todas as plantas acima descritas foram transplantadase cultivadas no campo da estação de pesquisas Upper Coastal Plains em Rocky Mount, Carolina do Norte, E.U.A., no verão de 2009. Também foram incluídas nesta pesquisa dois dos genótipos testados na prova de campo de 2008 indicados no Quadro 1. Especificamente, dez plantas DH98-325-6 homozigotas somente para a mutação cyp82e4v2 (e4e4/E5E5/E10E10) e onze plantas DH98-325- 6 que possuem o genótipo homozigoto duplo e4e4/e5e5/E10E10 foram incluídas como comparação. Como controles, plantas individuais selecionadas aleatoriamente a partir de um lote de sementes comerciais de "baixa conversão" (TN90LC), indivíduos DH98-325-6 de tipo selvagem, além de plantas de uma das melhores linhas transgênicas com supressão RNAi CYP82E4v2 também foram incluídos na pesquisa. Uma vez que as plantas alcançaram em média cerca de 30 cm de altura (35 dias após o transplante), folhas com posições de caule similares foram colhidas, tratadas com etefon e curadas ao ar livre de acordo com o protocolo estabelecido por Jack et al. (2007). O conteúdo alcaloide dos materiais das folhas curadas foram determinados por cromatografia gasosa conforme descrito no mesmo protocolo.[0136] All of the above-described plants were transplanted and grown in the field at the Upper Coastal Plains Research Station in Rocky Mount, North Carolina, USA, in the summer of 2009. Also included in this research were two of the genotypes tested in the 2008 field trial shown in Table 1. Specifically, ten DH98-325-6 plants homozygous only for the cyp82e4v2 mutation (e4e4/E5E5/E10E10) and eleven DH98-325-6 plants possessing the double homozygous genotype e4e4/e5e5/E10E10 were included as comparisons. As controls, randomly selected individual plants from a commercial "low-conversion" seed lot (TN90LC), wild-type DH98-325-6 individuals, and plants from one of the best transgenic lines with CYP82E4v2 RNAi suppression were also included in the research. Once the plants reached an average height of approximately 30 cm (35 days after transplanting), leaves with similar stem positions were harvested, treated with ethephon, and cured outdoors according to the protocol established by Jack et al. (2007). The alkaloid content of the cured leaf materials was determined by gas chromatography as described in the same protocol.

[0137] O Quadro 4 e a Figura 4 indicam os resultados das análises de alcaloides para a prova de campo de 2009. De forma consistente com observações prévias, a mutação knock-out cyp82e4v2 sozinha nega o fenótipo conversor forte da linha DH98- 325-6 e também confere um fenótipo de acumulação de nornicotina substancialmente inferior do que as plantas da semente comercial TN90LC (2,2% versus 7,1% de conversão, respectivamente). Conforme observado na prova de campo de 2008 (Quadro 1), combinar a mutação cyp82e5v2 com cyp82e4v2 não produziu novas reduções no conteúdo de nornicotina. De fato, a conversão média de nicotina para as plantas e4e4/E5E5/E10E10 foi na verdade inferior à observada para os indivíduos e4e4/e5e5/E10E10 (2,2% versus 2,3%), embora essa sutil diferença não tenha sido estatisticamente significativa. Conforme esperado, a mutação cyp82e10 não produziu impactos nos altos níveis de nornicotina conferidos por um gene CYP82E4v2 ativo, seja sozinho (genótipos E4E4/E5E5/e10e10), ou em combinação com um alelo mutante cyp82e5v2 (genótipos E4E4/e5e5/e10e10) (Fig. 4A). De maneira similar aos resultados mutantes duplos cyp82e4v2 e cyp82e5v2 (Quadros 1 e 4), introduzir cyp82e10 em um antecedente cyp82e4v2 não foi eficaz para reduzir níveis de nornicotina inferiores aos que poderiam ser alcançados somente pela mutação cyp82e4v2 (Fig. 4B). Os genótipos e4e4/E5E5/e10e10 tiveram uma média de conversão de 1,85 %, a qual não foi significativamente diferente dos níveis médios de conversão de 2,2% observados para indivíduos e4e4/E5E5/E10E10 (P = 0,235). Quadro 4. Perfis dos alcaloides para materiais experimentais avaliados em uma prova de campo de2009. Medidas coletadas das folhas colhidas 35 dias após o transplante. Os valores percentuaisrepresentam uma média.aO número em parênteses indica o número total de plantas analisadas. bNumeração relativa ao códon de partida dasequência de cDNA. cAs porcentagens foram calculadas com base no peso seco do tabaco. dA porcentagem de conversãode nicotina é igual a [% nornicotina/ (% nornicotina + % nicotina)] X 100.[0137] Table 4 and Figure 4 indicate the results of the alkaloid analyses for the 2009 field trial. Consistent with previous observations, the cyp82e4v2 knock-out mutation alone negates the strong converter phenotype of the DH98-325-6 line and also confers a substantially lower nornicotine accumulation phenotype than plants from commercial seed TN90LC (2.2% versus 7.1% conversion, respectively). As observed in the 2008 field trial (Table 1), combining the cyp82e5v2 mutation with cyp82e4v2 did not produce further reductions in nornicotine content. Indeed, the average nicotine conversion for e4e4/E5E5/E10E10 plants was actually lower than that observed for e4e4/e5e5/E10E10 individuals (2.2% versus 2.3%), although this subtle difference was not statistically significant. As expected, the cyp82e10 mutation did not impact the high nornicotine levels conferred by an active CYP82E4v2 gene, either alone (E4E4/E5E5/e10e10 genotypes), or in combination with a cyp82e5v2 mutant allele (E4E4/e5e5/e10e10 genotypes) (Fig. 4A). Similar to the cyp82e4v2 and cyp82e5v2 double mutant results (Tables 1 and 4), introducing cyp82e10 into a cyp82e4v2 background was not effective in reducing nornicotine levels below those that could be achieved by the cyp82e4v2 mutation alone (Fig. 4B). The e4e4/E5E5/e10e10 genotypes had an average conversion of 1.85%, which was not significantly different from the average conversion levels of 2.2% observed for e4e4/E5E5/E10E10 individuals (P = 0.235). Table 4. Alkaloid profiles for experimental materials evaluated in a 2009 field trial. Measurements collected from leaves harvested 35 days after transplanting. Percentage values represent an average. aThe number in parentheses indicates the total number of plants analyzed. bNumbering relative to the start codon of the cDNA sequence. cThe percentages were calculated based on the dry weight of the tobacco. dThe percentage of nicotine conversion is equal to [% nornicotine/(% nornicotine + % nicotine)] X 100.

[0138] Embora as mutações cyp82e5v2 e cyp82e10 não tenhamservido para reduzir significativamente o conteúdo de nornicotina das plantas cyp82e4v2 ao serem combinadas individualmente, a piramidação das três mutações de nicotina demetilase produziram um efeito muito notável. A conversão de nicotina em nornicotina em plantas mutantes triplas (e4e4/e5e5/e10e10) teve uma média de só 0,55 %, uma porcentagempraticamente idêntica à de 0,54% observada nas linhas transgênicas suprimidas por RNAi (P = 0,893; Fig. 4B). Issorepresenta uma redução de mais de três vezes na conversão de nicotina além daquela que foi mediada somente pela mutação cyp82e4v2. Estatisticamente, as diferenças na porcentagem de conversão de nicotina (e acumulação de nornicotina como uma porcentagem do peso seco total) entre genótipos e4e4/E5E5/E10E10 e e4e4/e5e5/e10e10 foi altamente significativa (P < 0,0001). Demaneira similar à investigação da supressão mediada por RNAi daconversão de nicotina (Lewis et al., 2008), a presente alteraçãonão-transgênica das atividades de nicotina demetilase na plantade tabaco não pareceram alterar significativamente o conteúdo das espécies alcaloides menores anatabina e anabasina.[0138] Although the cyp82e5v2 and cyp82e10 mutations did not serve to significantly reduce the nornicotine content of cyp82e4v2 plants when combined individually, pyramiding the three nicotine demethylase mutations produced a very notable effect. The conversion of nicotine to nornicotine in triple mutant plants (e4e4/e5e5/e10e10) averaged only 0.55%, a percentage virtually identical to the 0.54% observed in the RNAi-suppressed transgenic lines (P = 0.893; Fig. 4B). This represents a more than threefold reduction in nicotine conversion beyond that mediated by the cyp82e4v2 mutation alone. Statistically, the differences in percent nicotine conversion (and nornicotine accumulation as a percent of total dry weight) between e4e4/E5E5/E10E10 and e4e4/e5e5/e10e10 genotypes were highly significant (P < 0.0001). Similar to the investigation of RNAi-mediated suppression of nicotine conversion (Lewis et al., 2008), the present non-transgenic alteration of nicotine demethylase activities in tobacco plants did not appear to significantly alter the content of the minor alkaloid species anatabine and anabasine.

[0139] Os efeitos de piramidar as três mutações genéticas independentes de nicotina demetilase também foram testados em uma prova de campo realizada durante a temporada de cultivo de 2010. Para essa pesquisa, os cruzamentos foram inteiramente realizados dentro de um antecedente genético DH98-325-6 (diferentemente da pesquisa de 2009, na qual uma mãe TN90 também foi usada). A genotipagem molecular foi novamente utilizada para criar cada combinação possível necessária para determinar as contribuições respectivas de cada locus CYP82E no fenótipo de nornicotina. Os dados dos alcaloides foram coletados nas plantas de tabaco cultivadas até seu amadurecimento e curadas de acordo com práticas padrão da indústria. Conforme ilustrado no Quadro 5, um alto nível de conversão de nicotina (de 52,4 a 65,59%) foi observado em todos os genótipos homozigotos para um gene CYP82E4v2 de tipo selvagem (genótipos E4E4/E5E5/E10E10, E4E4/e5e5/E10E10, E4E4/E5E5/e10e10, e E4E4/e5e5/e10e10).Plantas homozigotas para apenas uma mutação cyp82e4v2 (e4e4/E5E5/E10E10) tiveram uma média de conversão de nicotina em nornicotina de 2,91%. De forma similar aos resultados de 2009, os efeitos das mutações cyp82E5v2 e cyp82E10 não foram aditivos e só foram manifestados quando os três locus mutantes foram piramidados entre si. As plantas DH98-325-6 (e4e4/E5E5/e10e10)tiveram uma média de conversão de 2,89%, enquanto os indivíduos DH98-325-6 (e4e4/e5e5/E10E10) tiveram uma média de 2,52%,valores que não foram estatisticamente diferentes do que os observados somente com a mutação cyp82e4v2. No entanto, a redução em nornicotina observada no genótipo mutante triplo DH98-325-6(e4e4/e5e5/e10e10) (1,11% de conversão de nicotina) foi 2,6vezes inferior do que a obtida somente via a mutação cyp82e4v2.A redução na conversão de nicotina atribuível à combinação mutante tripla foi altamente significativa (P<0,001) em comparação com a cyp82e4v2 ou com qualquer combinação mutante dupla. Quadro 5. Perfis de alcaloides para os genótipos DH98-325-6 que possuem combinações de mutação diferentes nos locus CYP82E4v2 (E4), CYP82Ev25 (E5) e CYP82E10 (E10). Os dados representam a média de cinco replicações e são gerados a partir da análise de amostras de solo compostas pela quarta e quinta folhas da parte superior da planta.As porcentagens de alcaloide foram calculadas com base no peso seco.A porcentagem de conversão de nicotina é igual a [% nornicotina/(%nornicotina + % nicotina)]X 100.[0139] The effects of pyramiding the three independent nicotine demethylase genetic mutations were also tested in a field trial conducted during the 2010 growing season. For this trial, crosses were performed entirely within a DH98-325-6 genetic background (unlike the 2009 trial, in which a TN90 mother was also used). Molecular genotyping was again used to create every possible combination necessary to determine the respective contributions of each CYP82E locus to the nornicotine phenotype. Alkaloid data were collected on tobacco plants grown to maturity and cured according to standard industry practices. As illustrated in Table 5, a high level of nicotine conversion (from 52.4 to 65.59%) was observed in all genotypes homozygous for a wild-type CYP82E4v2 gene (genotypes E4E4/E5E5/E10E10, E4E4/e5e5/E10E10, E4E4/E5E5/e10e10, and E4E4/e5e5/e10e10). Plants homozygous for only one cyp82e4v2 mutation (e4e4/E5E5/E10E10) had an average nicotine-to-nornicotine conversion of 2.91%. Similar to the 2009 results, the effects of the cyp82E5v2 and cyp82E10 mutations were not additive and were only manifested when the three mutant loci were pyramided together. DH98-325-6(e4e4/E5E5/e10e10) plants averaged 2.89% conversion, while DH98-325-6(e4e4/e5e5/E10E10) individuals averaged 2.52%, values that were not statistically different from those observed with the cyp82e4v2 mutation alone. However, the reduction in nicotine observed in the triple mutant genotype DH98-325-6(e4e4/e5e5/e10e10) (1.11% nicotine conversion) was 2.6-fold lower than that obtained via the cyp82e4v2 mutation alone. The reduction in nicotine conversion attributable to the triple mutant combination was highly significant (P<0.001) compared with cyp82e4v2 or either double mutant combination. Table 5. Alkaloid profiles for genotypes DH98-325-6 harboring different mutation combinations at the CYP82E4v2 (E4), CYP82Ev25 (E5), and CYP82E10 (E10) loci. Data represent the average of five replicates and are generated from soil samples collected from the fourth and fifth leaves from the top of the plant. Alkaloid percentages were calculated on a dry weight basis. The percent nicotine conversion is equal to [% nornicotine/(%nornicotine + % nicotine)] X 100.

ConclusõesConclusions

[0140] Pela presente descoberta e caracterização de um novogene de nicotina demetilase, CYP82E10, foi possível desenvolveruma estratégia para reduzir as taxas de conversão de nicotina (e, portanto, os níveis de nornicotina) em plantas de tabaco detipo comercial curadas ao ar livre a níveis que só eram possíveis anteriormente usando abordagens transgênicas. Essa tecnologia não-baseada em OGMs (organismos geneticamente modificados) pode reduzir os níveis de nornicotina a um grau similar ao que vem sendo obtido usando estratégias transgênicas, oferecendo, porém, a tremenda vantagem de servir como um meio para desenvolver variedades ultra baixas de nornicotina de tabaco, esquivando, ao mesmo tempo, as consideráveis complicações relacionadas à comercialização de cultivos transgênicos, como: (1) negociar e pagar taxas de licença para as diversas tecnologias habilitantes requeridas para gerar plantas transgênicas; (2) evitar demoras e altos custos relacionados à desregulação de um evento transgênico; e (3) enfrentar a possibilidade de que o produto seja rejeitado por usuários finais que estejam filosoficamente em contra dos OGMs. A descoberta aqui apresentada representa um grande avanço em nossa capacidade de reduzir os níveis de um dos carcinógenos fortes melhor documentados encontrados nos produtos do tabaco, em comparação com as estratégias anti-OGM anteriormente descritas que só se dirigiam a mutações no gene danicotina demetilase CYP82E4v2 (Julio et al., 2008; Xu et al.,2007b) ou a mutações CYP82E4v2 e CYP82E5v2 combinadas (Dewey etal., 2007). Usando tecnologias transgênicas, demonstrou-se anteriormente que a redução nos níveis de conversão de nicotinade ~2,6% a ~0,5% na folha curada também provocou uma reduçãocomensurada no conteúdo de NNN da folha (Lewis et al., 2008).Seria de se esperar observar reduções similares no conteúdo de NNN das folhas de tabaco que contêm uma combinação mutante tripla (e4e4/e5e5/e10e10), descritas neste documento. Embora tenha sido criada originalmente para tabacos curados ao ar livre, esta tecnologia será beneficiosa também para as variedades curadas em estufa. À medida que os trocadores de calor vão ficando velhos, sua capacidade para remover gases NOx durante a cura em estufapode diminuir. Além disso, pesquisas recentes comprovaram que uma quantidade considerável de formação de TSNA pode ocorrer durante a armazenagem da folha curada. Minimizar os níveis denornicotina mediante a introdução de uma combinação mutante tripla nas variedades curadas em estufa pode funcionar como ummecanismo de salvaguarda contra a formação de NNN, tanto durante a armazenagem ou as consequências de uma troca de calor ineficiente durante o processo de cura.[0140] Through the present discovery and characterization of a novel nicotine demethylase gene, CYP82E10, it has been possible to develop a strategy to reduce nicotine conversion rates (and thus nornicotine levels) in outdoor-cured commercial-type tobacco plants to levels previously only possible using transgenic approaches. This non-GMO (genetically modified organism)-based technology can reduce nornicotine levels to a similar degree to that achieved using transgenic strategies, but offers the tremendous advantage of serving as a means to develop ultra-low nornicotine tobacco varieties while avoiding the considerable complications associated with commercializing transgenic crops, such as: (1) negotiating and paying license fees for the various enabling technologies required to generate transgenic plants; (2) avoiding delays and high costs associated with disrupting a transgenic event; and (3) address the possibility that the product will be rejected by end users who are philosophically opposed to GMOs. The discovery presented here represents a major advance in our ability to reduce levels of one of the best-documented strong carcinogens found in tobacco products, compared with previously described anti-GMO strategies that only targeted mutations in the nicotine demethylase gene CYP82E4v2 (Julio et al., 2008; Xu et al., 2007b) or combined CYP82E4v2 and CYP82E5v2 mutations (Dewey et al., 2007). Using transgenic technologies, it was previously demonstrated that reducing nicotine conversion levels from ~2.6% to ~0.5% in cured leaf also caused a commensurate reduction in leaf NNN content (Lewis et al., 2008). Similar reductions in NNN content would be expected in tobacco leaves containing the triple mutant combination (e4e4/e5e5/e10e10) described in this paper. Although originally developed for outdoor-cured tobaccos, this technology will be beneficial for oven-cured varieties as well. As heat exchangers age, their ability to remove NOx gases during oven curing may decrease. Furthermore, recent research has shown that a considerable amount of TSNA formation can occur during storage of cured leaf. Minimizing nornicotine levels by introducing a triple mutant combination into oven-cured varieties may act as a safeguard mechanism against NNN formation, either during storage or the consequences of inefficient heat exchange during the curing process.

REFERÊNCIASREFERENCES

[0141] Altschul, S.F., Gish, W., Miller, W., Myers, E.W. and Lipman, D.J. 1990. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 215: 403-410.[0141] Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W. and Lipman, D. J. 1990. Basic local alignment search tool. J. Mol. Biol. 215: 403-410.

[0142] Altschul, S.F., Madden, T.L., Schaffer, A.A., Zhang, J., Zhang, Z., Miller, W. and Lipman, D.J. 1997. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res 25: 3389-3402.[0142] Altschul, S. F., Madden, T. L., Schaffer, A. A., Zhang, J., Zhang, Z., Miller, W. and Lipman, D. J. 1997. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res 25: 3389–3402.

[0143] Brogan, A.P., Dickerson, T.J., Boldt, G.E. and Janda, K.D. 2005. Altered retinoid homeostasis catalyzed by nicotine metabolite: implications in macular degeneration and normal development. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 10433-10438.[0143] Brogan, A.P., Dickerson, T.J., Boldt, G.E. and Janda, K.D. 2005. Altered retinoid homeostasis catalyzed by nicotine metabolite: implications in macular degeneration and normal development. Proc. Natl. Academic. Sci USA 102: 10433-10438.

[0144] Boyette, M.D. and Hamm, L.A. 2001. Results of year 2000 TSNA sampling program in flue-cured tobacco. Rec. Adv. Tob. Sci. 27: 17-22.[0144] Boyette, M.D. and Hamm, L.A. 2001. Results of year 2000 TSNA sampling program in flue-cured tobacco. Rec. Adv. Tob. Sci. 27: 17-22.

[0145] Bush, L.P., Cui, M., Shi, H., Burton, H.R., Fannin, F.F., Lei, L. and Dye, N. 2001. Formation of tobacco-specific nitrosamines in air-cured tobacco. Rec. Adv. Tob. Sci. 27: 23-46.[0145] Bush, L.P., Cui, M., Shi, H., Burton, H.R., Fannin, F.F., Lei, L. and Dye, N. 2001. Formation of tobacco-specific nitrosamines in air-cured tobacco. Rec. Adv. Tob. Sci. 27: 23-46.

[0146] Chakrabarti, M., Meekins, K.M., Gavilano, L.B. and Siminszky, B. 2007. Inactivation of the cytochrome P450 gene CYP82E2 by degenerative mutations was a key event in the evolution of the alkaloid profile of modern tobacco. New Phytol. 175: 565-574.[0146] Chakrabarti, M., Meekins, K.M., Gavilano, L.B. and Siminszky, B. 2007. Inactivation of the cytochrome P450 gene CYP82E2 by degenerative mutations was a key event in the evolution of the alkaloid profile of modern tobacco. New Phytol. 175: 565-574.

[0147] Dewey, R.E., Siminszky, B., Bowen, S.W. and Gavilano, L. 2007. Alteration of tobacco alkaloid content through modification of specific cytochrome P450 genes. U.S. Patent Application 60/987,243.[0147] Dewey, R.E., Siminszky, B., Bowen, S.W. and Gavilano, L. 2007. Alteration of tobacco alkaloid content through modification of specific cytochrome P450 genes. U.S. Patent Application 60/987,243.

[0148] Dickerson, T.J. and Janda, K.D. 2002. A previously undescribed chemical link between smoking and metabolic disease. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99: 15084-15088.[0148] Dickerson, T.J. and Janda, K.D. 2002. A previously undescribed chemical link between smoking and metabolic disease. Proc. Natl. Academic. Sci. USA 99: 15084-15088.

[0149] Gavilano, L.B., Coleman, N.P., Bowen, S.W. and Siminszky, B. 2007. Functional analysis of nicotine demethylase genes reveals insights into the evolution of modern tobacco. J. Biol. Chem. 282: 249-256.[0149] Gavilano, L.B., Coleman, N.P., Bowen, S.W. and Siminszky, B. 2007. Functional analysis of nicotine demethylase genes reveals insights into the evolution of modern tobacco. J. Biol. Chem. 282: 249-256.

[0150] Gavilano, L.B. and Siminszky, B. 2007. Isolation and characterization of the cytochrome P450 gene CYP82E5v2 that mediates nicotine to nornicotine conversion in the green leaves of tobacco. Plant Cell Physiol. 48: 1567-1574.[0150] Gavilano, L. B. and Siminszky, B. 2007. Isolation and characterization of the cytochrome P450 gene CYP82E5v2 that mediates nicotine to nornicotine conversion in the green leaves of tobacco. Plant Cell Physiol. 48: 1567-1574.

[0151] Hecht, S.S. 1998. Biochemistry, biology and carcinogenicity of tobacco-specific N-nitrosamines. Chem. Res. Toxicol. 11: 559-603.[0151] Hecht, S.S. 1998. Biochemistry, biology and carcinogenicity of tobacco-specific N-nitrosamines. Chem. Res. Toxicol. 11: 559-603.

[0152] Hecht, S.S. 2003. Tobacco carcinogens, their biomarkers and tobacco-induced cancer. Nature Rev. 3: 733-744.[0152] Hecht, S.S. 2003. Tobacco carcinogens, their biomarkers and tobacco-induced cancer. Nature Rev. 3: 733-744.

[0153] Hecht, S.S. and Hoffmann, D. 1990. The relevance of tobacco specific nitrosamines to human cancer. Cancer Surveys 8: 273-294.[0153] Hecht, S.S. and Hoffmann, D. 1990. The relevance of tobacco specific nitrosamines to human cancer. Cancer Surveys 8: 273-294.

[0154] Hoffmann, D., Brunnemann, K.D., Prokopczyk, B. and Djordjevic, M.V. 1994. Tobacco-specific N-nitrosamines and Areca-derived N-nitrosamine chemistry, biochemistry, carcinogenicity and relevance to humans. J. Toxicol. Environ. Health 41: 1-52.[0154] Hoffmann, D., Brunnemann, K. D., Prokopczyk, B. and Djordjevic, M. V. 1994. Tobacco-specific N-nitrosamines and Areca-derived N-nitrosamine chemistry, biochemistry, carcinogenicity and relevance to humans. J. Toxicol. Environ. Health 41: 1-52.

[0155] Jack, A., Fannin, N. and Bush, L.P. 2007. Implications of reducing nornicotine accumulation in burley tobacco: Appendix A - The LC Protocol. Rec. Adv. Tob. Sci. 33: 58-79.[0155] Jack, A., Fannin, N. and Bush, L.P. 2007. Implications of reducing nornicotine accumulation in burley tobacco: Appendix A - The LC Protocol. Rec. Adv. Tob. Sci. 33: 58-79.

[0156] Julio, E., Laporte, F., Reis, S., Rothan, C. and Dorlhac de Borne, F. 2008. Reducing the content of nornicotine in tobacco via targeted mutation breeding. Mol. Breed. 21: 369381.[0156] Julio, E., Laporte, F., Reis, S., Rothan, C. and Dorlhac de Borne, F. 2008. Reducing the content of nornicotine in tobacco via targeted mutation breeding. Mol. Breed. 21:369381.

[0157] Katz, J., Caudle, R.M., Bhattacharyya, I., Stewart, C.M. and Cohen, D.M. 2005. Receptor for advanced glycation end product (RAGE) upregulation in human gingival fibroblasts incubated with nornicotine. J. Periodontol. 76: 1171-1174.[0157] Katz, J., Caudle, R.M., Bhattacharyya, I., Stewart, C.M. and Cohen, D.M. 2005. Receptor for advanced glycation end product (RAGE) upregulation in human gingival fibroblasts incubated with nornicotine. J. Periodontol. 76: 1171-1174.

[0158] Lewis, R.S., Jack, A.M., Morris, J.W., Robert, V.J.M., Gavilano, L., Siminszky, B., Bush, L.P., Hayes, A.J. and Dewey, R.E. 2008. RNAi-induced suppression of nicotine demethylase activity reduces levels of a key carcinogen in cured tobacco leaves. Plant Biotech. J. 6: 346-354.[0158] Lewis, R.S., Jack, A.M., Morris, J.W., Robert, V.J.M., Gavilano, L., Siminszky, B., Bush, L.P., Hayes, A.J. and Dewey, R.E. 2008. RNAi-induced suppression of nicotine demethylase activity reduces levels of a key carcinogen in cured tobacco leaves. Plant Biotech. J. 6: 346-354.

[0159] Peele, D.M. and Gentry, J.S. 1999. Formation of tobacco-specific nitrosamines in flue-cured tobacco. CORESTA Meeting, Agro-Phyto Groups, Suzhou, China.[0159] Peele, D.M. and Gentry, J. S. 1999. Formation of tobacco-specific nitrosamines in flue-cured tobacco. CORESTA Meeting, Agro-Phyto Groups, Suzhou, China.

[0160] Pompon, D., Louerat, B., Bronne, A. and Urban, P. 1995.Yeast expression of animal and plant P450s in optimized redox environments. Methods Enzymol. 272: 51-64.[0160] Pompon, D., Louerat, B., Bronne, A. and Urban, P. 1995.Yeast expression of animal and plant P450s in optimized redox environments. Methods Enzymol. 272: 51-64.

[0161] Siminszky, B., Gavilano, L., Bowen, S.W. and Dewey, R.E. 2005. Conversion of nicotine to nornicotine in Nicotiana tabacum is mediated by CYP82E4, a cytochrome P450 monooxygenase. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102: 14919-14924.[0161] Siminszky, B., Gavilano, L., Bowen, S. W. and Dewey, R. E. 2005. Conversion of nicotine to nornicotine in Nicotiana tabacum is mediated by CYP82E4, a cytochrome P450 monooxygenase. Proc. Natl. Academic. Sci USA 102: 14919-14924.

[0162] Wernsman, E.A. and Matzinger, D.F. 1968. Time and site of nicotine conversion in tobacco. Tob. Sci. 12: 226-228.[0162] Wernsman, E. A. and Matzinger, D. F. 1968. Time and site of nicotine conversion in tobacco. Tob. Sci. 12: 226-228.

[0163] Xu, D., Shen, Y., Chappell, J., Cui, M. and Nielsen, M. 2007a. Biochemical and molecular characterization of nicotine demethylase in tobacco. Physiol. Plantarum 129: 307-319.[0163] Xu, D., Shen, Y., Chappell, J., Cui, M. and Nielsen, M. 2007a. Biochemical and molecular characterization of nicotine demethylase in tobacco. Physiol. Plantarum 129: 307-319.

[0164] Xu, D., Nielsen, M.T. and Shen, Y. 2007b. Tobacco plants having a mutation in a nicotine demethylase gene. U.S. Patent Application 20070199097.[0164] Xu, D., Nielsen, M.T. and Shen, Y. 2007b. Tobacco plants having a mutation in a nicotine demethylase gene. U.S. Patent Application 20070199097.

[0165] Diversas modificações e outras configurações às invenções aqui apresentadas virão à mente dos especialistas nas matérias às quais as invenções pertencem, com o benefício dos ensinamentos apresentados nas descrições anteriores e em suas figuras correspondentes. Portanto, é importante compreender que as invenções não devem se limitar às configurações específicas descritas e que modificações e outras configurações pretendem ser incluídas dentro do escopo da lista de configurações e reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam aqui utilizados, possuem um sentido meramente genérico e descritivo e não propósitos de limitação.[0165] Various modifications and other embodiments of the inventions disclosed herein will come to the mind of those skilled in the art to which the inventions pertain, with the benefit of the teachings presented in the preceding descriptions and their corresponding figures. Therefore, it is important to understand that the inventions are not to be limited to the specific embodiments described and that modifications and other embodiments are intended to be included within the scope of the list of embodiments and appended claims. Although specific terms are used herein, they are used for general and descriptive purposes only and are not intended to be limiting.

[0166] Todas as publicações e pedidos de patentes mencionadas na especificação são indicativas do nível dos especialistas na matéria à qual esta invenção pertence. Todas as publicações e pedidos de patentes são aqui incorporadas por referência, da mesma forma como se cada uma das publicações ou pedidos de patente tivessem sido especificamente e individualmente indicadas para serem incorporadas por referência.[0166] All publications and patent applications mentioned in the specification are indicative of the level of skill in the art to which this invention belongs. All publications and patent applications are incorporated herein by reference in the same manner as if each of the publications or patent applications had been specifically and individually indicated to be incorporated by reference.

Claims (20)

1. Produto de tabaco preparado de uma planta ou parte da planta de tabaco, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida planta de tabaco ou parte da mesma contém uma CYP82E10 nicotina demetilase que compreende uma sequência de aminoácidos que possua a sequência selecionado do grupo que consiste nas sequencias definidas por SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8 e 9, em que essa CYP82E10 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma substituição de serina no resíduo de glicina da posição 79;b) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 107;c) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;d) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 419; ee) qualquer uma de suas combinações,em que a referida mutação provoca uma expressão ou função reduzida da referida CYP82E10 nicotina demetilase; e em que o referido produto de tabaco é selecionado do grupo que consiste em cigarros com filtro, charuto fino, charuto, gomas, pastilhas e faixas dissolventes.1. Tobacco product prepared from a tobacco plant or part of a tobacco plant, CHARACTERIZED by the fact that said tobacco plant or part thereof contains a CYP82E10 nicotine demethylase comprising an amino acid sequence having the sequence selected from the group consisting of the sequences defined by SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8 and 9, wherein said CYP82E10 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of: a) a serine substitution at the glycine residue of position 79; b) a serine substitution at the proline residue of position 107; c) a serine substitution at the proline residue of position 381; d) a serine substitution at the proline residue of position 419; and e) any of their combinations, wherein said mutation causes reduced expression or function of said CYP82E10 nicotine demethylase; and wherein said tobacco product is selected from the group consisting of filter cigarettes, thin cigars, cigars, gums, lozenges and dissolving strips. 2. Produto de tabaco de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de compreender, ainda, uma CYP82E4 nicotina demetilase que tem uma sequência selecionado do grupo que consiste nas sequencias definidas por SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20, em que essa CYP82E4 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada a partir do grupo que consiste em: a) uma substituição de códon de parada no resíduo de triptofano da posição 329;b) uma substituição de asparagina no resíduo de lisina da posição 364;c) uma substituição de metionina no resíduo de valina da posição 376;d) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;e) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 458; ef) qualquer uma de suas combinações;em que a referida mutação provoca uma expressão ou função reduzida da referida CYP82E4 nicotina demetilase.2. The tobacco product of claim 1, further comprising a CYP82E4 nicotine demethylase having a sequence selected from the group consisting of the sequences defined by SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19, and 20, wherein said CYP82E4 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of: a) a stop codon substitution at the tryptophan residue at position 329; b) an asparagine substitution at the lysine residue at position 364; c) a methionine substitution at the valine residue at position 376; d) a serine substitution at the proline residue at position 381; e) a serine substitution at the proline residue at position 458; and f) any combination thereof; wherein said mutation causes reduced expression or function of said CYP82E4 nicotine demethylase. 3. Produto de tabaco de acordo com a reivindicação1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de compreender, ainda, uma CYP82E5 nicotina demetilase que compreende uma sequência de aminoácidos tendo uma sequência selecionada do grupo que consiste nas sequencias definidas por SEQ ID NO: 26, 27, 28, 29, 30, 31 e 32, em que essa CYP82E5 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada a partir do grupo que consiste em:a) um códon de parada substituído no resíduo de triptofano da posição 422;b) uma leucina substituída no resíduo de prolina da posição 449; ec) qualquer uma de suas combinações;sendo que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida da referida CYP82E5 nicotina demetilase.3. The tobacco product of claim 1 or 2 further comprising a CYP82E5 nicotine demethylase comprising an amino acid sequence having a sequence selected from the group consisting of the sequences defined by SEQ ID NO: 26, 27, 28, 29, 30, 31, and 32, wherein said CYP82E5 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of: a) a stop codon substituted at the tryptophan residue at position 422; b) a leucine substituted at the proline residue at position 449; and c) any combination thereof; wherein said mutation causes reduced expression or function of said CYP82E5 nicotine demethylase. 4. Produto de tabaco de acordo com a reivindicação3, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma CYP82E4 nicotina demetilase tendo uma sequência selecionada do grupo que consiste nas sequencias definidas por SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20, em que essa CYP82E4 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada a partir do grupo que consiste ema) um códon de parada substituído no resíduo de triptofano da posição 329;b) uma substituição de aspargina no resíduo de lisina da posição 364;c) uma substituição de metionina no resíduo de valina da posição 376;d) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;e) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 458; ef) qualquer uma de suas combinações.4. The tobacco product of claim 3 comprising a CYP82E4 nicotine demethylase having a sequence selected from the group consisting of the sequences defined by SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19, and 20, wherein said CYP82E4 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of a) a stop codon substituted at the tryptophan residue of position 329; b) an asparagine substitution at the lysine residue of position 364; c) a methionine substitution at the valine residue of position 376; d) a serine substitution at the proline residue of position 381; e) a serine substitution at the proline residue of position 458; and f) any combination thereof. 5. Produto de tabaco de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato que a referida CYP82E10 nicotina demetilase compreende uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381, a referida CYP82E4 nicotina demetilase compreende um códon de parada substituído no resíduo de triptofano da posição 329, e a referida CYP82E5 nicotina demetilase compreende um códon de parada substituído no resíduo de triptofano na posição 422, em que essa numeração está de acordo com as SEQ ID NO:2, 14 e 26, respectivamente.5. The tobacco product of any one of claims 1 to 4, wherein said CYP82E10 nicotine demethylase comprises a serine substitution at the proline residue of position 381, said CYP82E4 nicotine demethylase comprises a substituted stop codon at the tryptophan residue of position 329, and said CYP82E5 nicotine demethylase comprises a substituted stop codon at the tryptophan residue at position 422, wherein such numbering is in accordance with SEQ ID NO:2, 14, and 26, respectively. 6. Produto de tabaco, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, CARACTERIZADO pelo fato de que essa planta ou parte de planta possui menos de 1,5% de conversão de nicotina em nornicotina.6. The tobacco product of claim 4 or 5 wherein the plant or plant part has less than 1.5% conversion of nicotine to nornicotine. 7. Produto de tabaco de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato que essa planta ou parte de planta possui no máximo 0,5% de conversão de nicotina em nornicotina.7. Tobacco product according to claim 6, CHARACTERIZED by the fact that said plant or part of plant has at most 0.5% conversion of nicotine to nornicotine. 8. Método para reduzir o potencial carcinogênico de um produto do tabaco, CARACTERIZADO pelo fato de compreender preparar o referido produto do tabaco a partir de uma planta de tabaco, ou de uma parte ou progênie da planta, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.8. A method for reducing the carcinogenic potential of a tobacco product, comprising preparing said tobacco product from a tobacco plant, or a part or progeny of the plant, as defined in any one of claims 1 to 7. 9. Método para reduzir o nível de nornicotina, ou reduzir a taxa de conversão de nicotina em nornicotina, em uma planta ou parte de planta de tabaco, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender introduzir no genoma dessa planta uma mutação dentro de pelo menos um alelo de cada um dos pelo menos três genes de nicotina demetilase, em que essa mutação reduz a expressão do referido gene de nicotina demetilase, e em que um primeiro desses genes de nicotina demetilase codifica a nicotina demetilase específica de raiz envolvida na conversão metabólica de nicotina em nornicotina em uma planta ou parte de planta de tabaco;em que dito gene de nicotina demetilase específica de raiz é uma CYP82E10 nicotina demetilase que compreende uma sequência de ácidos nucléicos definida por SEQ ID NO: 1;em que referida sequência de ácidos nucléicos possui uma substituição selecionada a partir do grupo que consiste em G235A, C319T, C1141T, e C1255T.9. A method for reducing the level of nornicotine, or reducing the rate of conversion of nicotine to nornicotine, in a tobacco plant or part of a plant, the method comprising introducing into the genome of said plant a mutation within at least one allele of each of at least three nicotine demethylase genes, wherein said mutation reduces the expression of said nicotine demethylase gene, and wherein a first of said nicotine demethylase genes encodes a root-specific nicotine demethylase involved in the metabolic conversion of nicotine to nornicotine in a tobacco plant or part of a plant; wherein said root-specific nicotine demethylase gene is a CYP82E10 nicotine demethylase comprising a nucleic acid sequence defined by SEQ ID NO: 1; wherein said nucleic acid sequence has a substitution selected from the group consisting of G235A, C319T, C1141T, and C1255T. 10. Método de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que um segundo dos genes da nicotina demetilase compreende uma sequência de ácidos nucléicos definida por SEQ ID NO: 38; em que dita sequência de ácidos nucleicos possui uma substituição G986A.10. The method of claim 9, wherein a second of the nicotine demethylase genes comprises a nucleic acid sequence defined by SEQ ID NO: 38; wherein said nucleic acid sequence has a G986A substitution. 11. Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, CARACTERIZADO pelo fato de que um terceiro dos genes da nicotina demetilase compreende uma sequência de ácidos nucléicos definida por SEQ ID NO: 39; em que a sequência de ácidos nucleicos possui uma substituição G1266A.11. The method of claim 9 or 10, wherein a third of the nicotine demethylase genes comprises a nucleic acid sequence defined by SEQ ID NO: 39; wherein the nucleic acid sequence has a G1266A substitution. 12. Método de qualquer uma das reivindicações 9 a 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a introdução inclui um protocolo de cultivo.12. The method of any one of claims 9 to 11, wherein the introduction includes a cultivation protocol. 13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a planta é uma planta de tabaco Burley, Virginia, curada em estufa, curada ao ar livre, curada ao fogo, Oriental ou uma planta escura de tabaco.13. The method of any one of claims 9 to 12, wherein the plant is a Burley, Virginia, kiln-cured, air-cured, fire-cured, Oriental, or dark tobacco plant. 14. Produto de tabaco, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a planta é uma planta de tabaco Burley, Virginia, curada em estufa, curada ao ar livre, curada ao fogo, Oriental ou uma planta escura de tabaco.14. The tobacco product of any one of claims 1 to 7 wherein the plant is a Burley, Virginia, kiln-cured, air-cured, fire-cured, Oriental, or dark tobacco plant. 15. Método para identificar uma planta de tabaco com baixos níveis de nornicotina, referido método sendo CARACTERIZADO pelo fato de compreender examinar uma amostra de DNA de uma planta de tabaco de interesse em busca da presença de uma mutação na SEQ ID NO:1 ou 3.15. Method for identifying a tobacco plant with low levels of nornicotine, said method being CHARACTERIZED by the fact that it comprises examining a DNA sample from a tobacco plant of interest in search of the presence of a mutation in SEQ ID NO: 1 or 3. 16. Método de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que essa planta de tabaco é uma planta não-conversora.16. The method of claim 15, wherein said tobacco plant is a non-converting plant. 17. Método de acordo com a reivindicação 15 ou 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o exame é realizado usando uma sequência selecionada a partir do grupo que consiste em SEQ ID NO:1, 3, 35, 36, 37 e 38.17. Method according to claim 15 or 16, CHARACTERIZED by the fact that the examination is performed using a sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 1, 3, 35, 36, 37 and 38. 18. Polipeptídeo isolado, CARACTERIZADO pelo fato de compreender uma sequência de aminoácidos selecionada a partir do grupo que consiste em SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 e 13; em que dita sequência de aminoácido possui uma modificação em um resíduo de aminoácido correspondente à posição 79, 107, 381 ou 419 da SEQ ID NO:2, ou qualquer uma de suas combinações; em que dita mutação é selecionada do grupo que consiste em:a) uma substituição de serina no resíduo de glicina da posição 79;b) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 107;c) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;d) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 419.18. Isolated polypeptide comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO:5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, and 13; wherein said amino acid sequence has a modification at an amino acid residue corresponding to position 79, 107, 381, or 419 of SEQ ID NO:2, or any combination thereof; wherein said mutation is selected from the group consisting of:a) a serine substitution at the glycine residue at position 79;b) a serine substitution at the proline residue at position 107;c) a serine substitution at the proline residue at position 381;d) a serine substitution at the proline residue at position 419. 19. Produto de tabaco preparado a partir de uma planta de tabaco ou parte da mesma, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida planta de tabaco ou parte da mesma é homozigota para uma mutação em um gene que codifica uma CYP82E10 nicotina demetilase, um gene que codifica uma CYP82E4 nicotina demetilase e um gene que codifica uma CYP82E5 nicotina demetilase, em que essa mutação provoca uma expressão ou função reduzida das referidas CYP82E10, CYP82E4 e CYP82E5 nicotina demetilase, sendo que o referido gene de CYP82E10 nicotina demetilase compreende uma sequência de ácidos nucléicos que consiste na SEQ ID NO: 1, e compreende uma mutação C1141T, dito gene de CYP82E4 nicotina demetilase compreende uma sequência de nucleotídeos que consiste na SEQ ID NO: 38, e compreende uma substituição G986A, referido gene de CYP82E5 nicotina demetilase compreende uma sequência de ácidos nucléicos que consiste em SEQ ID NO: 39, e compreende uma substituição G1266A; e em que o referido produto de tabaco é selecionado do grupo que consiste em cigarros com filtro, charuto fino, charuto, gomas, pastilhas e faixas dissolventes.19. Tobacco product prepared from a tobacco plant or part thereof, CHARACTERIZED by the fact that said tobacco plant or part thereof is homozygous for a mutation in a gene encoding a CYP82E10 nicotine demethylase, a gene encoding a CYP82E4 nicotine demethylase and a gene encoding a CYP82E5 nicotine demethylase, wherein said mutation causes reduced expression or function of said CYP82E10, CYP82E4 and CYP82E5 nicotine demethylase, wherein said CYP82E10 nicotine demethylase gene comprises a nucleic acid sequence consisting of SEQ ID NO: 1, and comprises a C1141T mutation, said CYP82E4 nicotine demethylase gene comprises a nucleotide sequence consisting of SEQ ID NO: 38, and comprises a G986A substitution, said CYP82E5 nicotine demethylase gene demethylase comprises a nucleic acid sequence consisting of SEQ ID NO: 39, and comprises a G1266A substitution; and wherein said tobacco product is selected from the group consisting of filter cigarettes, slim cigars, cigars, gums, lozenges, and dissolving strips. 20. Produto de tabaco preparado a partir de uma planta de tabaco ou parte da mesma, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida planta de tabaco ou parte da mesma possui uma CYP82E10 nicotina demetilase compreendendo uma sequência de aminoácidos selecionada do grupo que consiste nas sequências definidas por SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8 e 9, em que referida CYP82E10 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada do grupo que consiste em:a) uma substituição de serina no resíduo de glicina da posição 79;b) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 107;c) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;d) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 419; ee) qualquer combinação das mesmas;uma CYP82E4v2 nicotina demetilase que inibe a atividade em folhas verdes de uma nicotina demetilase compreendendo uma sequência de aminoácidos selecionada do grupo que consiste nas sequencias definidas em SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19 e 20; em que essa CYP82E4v2 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada a partir do grupo que consiste em:a) uma substituição de códon de parada no resíduo de triptofano da posição 329;b) uma substituição de asparagina no resíduo de lisina da posição 364;c) uma substituição de metionina no resíduo de valina da posição 376;d) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 381;e) uma substituição de serina no resíduo de prolina da posição 458; ef) qualquer uma de suas combinações;e uma CYP82E5v2 nicotina demetilase que inibe a atividade em folhas verdes de uma nicotina demetilase compreendendo uma sequência de aminoácidos selecionada do grupo que consiste nas sequencias definidas em SEQ ID NO: 26, 27, 28, 29, 30, 31 e 32; em que essa CYP82E5v2 nicotina demetilase tem uma mutação selecionada a partir do grupo que consiste ema) um códon de parada substituído no resíduo de triptofano da posição 422;b) uma leucina substituída no resíduo de prolina da posição 449; ec) qualquer uma de suas combinações;e em que o referido produto de tabaco é selecionado do grupo que consiste em cigarros com filtro, charuto fino, charuto, gomas, pastilhas e faixas dissolventes.20. Tobacco product prepared from a tobacco plant or part thereof, CHARACTERIZED by the fact that said tobacco plant or part thereof has a CYP82E10 nicotine demethylase comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of the sequences defined by SEQ ID NO: 2, 5, 6, 7, 8 and 9, wherein said CYP82E10 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of: a) a serine substitution at the glycine residue at position 79; b) a serine substitution at the proline residue at position 107; c) a serine substitution at the proline residue at position 381; d) a serine substitution at the proline residue at position 419; ee) any combination thereof; a CYP82E4v2 nicotine demethylase that inhibits the activity in green leaves of a nicotine demethylase comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of the sequences defined in SEQ ID NO: 14, 15, 16, 17, 18, 19 and 20; wherein such CYP82E4v2 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of: a) a stop codon substitution at the tryptophan residue of position 329; b) an asparagine substitution at the lysine residue of position 364; c) a methionine substitution at the valine residue of position 376; d) a serine substitution at the proline residue of position 381; e) a serine substitution at the proline residue of position 458; and f) any combination thereof; and a CYP82E5v2 nicotine demethylase that inhibits the activity in green leaves of a nicotine demethylase comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of the sequences defined in SEQ ID NO: 26, 27, 28, 29, 30, 31 and 32; wherein such CYP82E5v2 nicotine demethylase has a mutation selected from the group consisting of a) a stop codon substituted at the tryptophan residue of position 422; b) a leucine substituted at the proline residue of position 449; and c) any combination thereof; and wherein said tobacco product is selected from the group consisting of filter cigarettes, slim cigars, cigars, gums, lozenges and dissolving strips.
BR112012017565-3A 2010-01-15 2011-01-13 TOBACCO PRODUCTS, METHODS FOR REDUCE THE CARCINOGENIC POTENTIAL OF A TOBACCO PRODUCT, FOR REDUCE THE LEVEL OF NORNICOTINE, OR FOR REDUCE THE RATE OF CONVERSION OF NICOTINE TO NORNICOTINE, IN A TOBACCO PLANT OR PLANT PART, AND FOR IDENTIFYING A TOBACCO PLANT WITH LOW LEVELS OF NORNICOTINE, ISOLATED POLYNUCLEOTIDE, AND ISOLATED POLYPEPTIDE BR112012017565B1 (en)

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