Exploring an artificial chromoplast system for enrichment of plant leaves in isoprenoid vitamins
Los isoprenoides son una de las familias más grande de metabolitos en la naturaleza y son especialmente diversos en el reino vegetal. Entre ellos, los carotenoides, los tocoferoles y la filoquinona tienen un interés especial por su papel como vitaminas. Las plantas sintetizan estos compuestos en clo...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2021 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:257723 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/257723 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Cromoplast Cromoplasto Chromoplast Carotenoides Carotenoids Biotecnologia Biotechnology Ciències Experimentals |
| Sumario: | Los isoprenoides son una de las familias más grande de metabolitos en la naturaleza y son especialmente diversos en el reino vegetal. Entre ellos, los carotenoides, los tocoferoles y la filoquinona tienen un interés especial por su papel como vitaminas. Las plantas sintetizan estos compuestos en cloroplastos para contribuir a la fotosíntesis y fotoprotección. En el caso de los carotenoides, sus niveles más altos se encuentran en plastos especializados llamados cromoplastos, que se encuentran típicamente en órganos pigmentados no verdes como pétalos de flores y frutos maduros, pero solo ocasionalmente en hojas. El objetivo general de esta tesis ha sido probar nuevas estrategias para el enriquecimiento de verduras en vitaminas isoprenoides a través de un sistema desarrollado en nuestro laboratorio para inducir la conversión de cloroplastos en cromoplastos en hojas. La herramienta se basa en la gran capacidad de la enzima crtB de la bacteria Pantoea ananatis para producir fitoeno y la capacidad de las hojas para convertir este fitoeno adicional en carotenoides posteriores con cambios concomitantes en la ultraestructura de los plástos. La disponibilidad de este sistema permitió definir dos objetivos específicos: (1) caracterizar el contexto fisiológico del fenotipo inducido por crtB en hojas de Nicotiana benthamiana y (2) probar diferentes estrategias aprovechando este sistema basado en crtB para mejorar la biofortificación de hojas. En la primera parte de la tesis, demostramos que el fenotipo no reversible de diferenciación de cloroplasto a cromoplasto desencadenado por crtB en plastos se asocia con una rápida pérdida de actividad fotosintética causada por la acumulación de fitoeno. Este fenómeno hace que el cloroplasto pase a ser competente para la cromoplastogénesis. Luego, la transición se completa una vez que el fitoeno se convierte en carotenoides posteriores mediante enzimas endógenas. También demostramos que los tratamientos que causan un equilibrio redox alterado de los fotosistemas y un estrés oxidativo facilitan la diferenciación de los cromoplastos. En la segunda parte de la tesis, caracterizamos los cambios estructurales asociados con la diferenciación de cromoplastos mediada por crtB en hojas. Durante el proceso, los plastoglóbulos aumentan en número y tamaño y se utilizan para almacenar fitoeno y otros isoprenoides, incluidos β-caroteno (pro-vitamina A), tocoferoles (vitamina E) y filoquinona (de vitamina K). Los plastoglobulos son el sitio de localización y acción de la proteína crtB y demostramos que las condiciones que estimulan la proliferación de plastoglóbulos (como la luz intensa) se pueden utilizar para promover aún más la acumulación de vitaminas isoprenoides. Nuestros resultados muestran que la combinación de crtB con genes involucrados en la biosíntesis de dichas vitaminas puede aumentar aún más sus niveles. Por último, mostramos que β-caroteno se puede acumular aún más combinando la cromoplastogénesis mediada por crtB con una vía extraplastidial sintetica. También demostramos que las optimizaciones del sistema crtB se pueden aplicar para biofortificar vegetales de verduras como la lechuga, contribuyendo así al desarrollo de nuevos alimentos. |
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