Addressing Grand Challenges in Rice Productivity and Sustainability through Biotechnology
Aquesta tesis doctoral està enfocada en donar resposta als grans desafiaments de l’agricultura contemporània, concretament la productivitat i la sostenibilitat del cultivo de l’arròs mitjançant l’aplicació de tècniques biotecnològiques com l’enginyeria genètica. Els objectius generales d’aquesta tes...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | CBUC, CESCA |
| Repositorio: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/688287 |
| Acceso en línea: | http://hdl.handle.net/10803/688287 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Arròs Fixació de nitrogen biologia Fotosíntesi Arroz Fijación de nitrogeno biología Fotosíntesis Rice Biology nitrogen fixation Photosynthesis Bioquímica i Biologia Molecular 577 |
| Sumario: | Aquesta tesis doctoral està enfocada en donar resposta als grans desafiaments de l’agricultura contemporània, concretament la productivitat i la sostenibilitat del cultivo de l’arròs mitjançant l’aplicació de tècniques biotecnològiques com l’enginyeria genètica. Els objectius generales d’aquesta tesis han estat (a) introduir una via de fixació de nitrogeno heteròloga en arròs per a que aquest sigui capaç de fixar el nitrogen biològic i (b) introduir una via ectòpica de captació d’oxigen per a reduir la fotorespiració i millorar la eficiència fotosintètica de les plantes de arròs. Tots dos objectius son congruents amb la millora de la productivitat i la sostenibilitat de l’arròs d’una forma duradora i respectuosa amb el medi ambient i son coherents amb els principals Objectius de Desenvolupament Sostenible, tal com s’articula en la carta de las Nacions Unides sobre el medi ambient. La fixació de nitrogen biològica esta catalitzada por l’enzim nitrogenasa. Aquest enzim està lligat al complex ferro-molibdè (MoFe), denominada proteïna NifDK i a la ferritina, essent denominada proteïna NifH. La proteïna NifB sintetitza precursors del cofactor del lloc actiu de la nitrogenasa (FeMo-co) que s’uneix al nitrogen reduint-lo. En aquesta tesis doctoral he regenerat plantes d’arròs transgèniques que expressen dues formes diferents de la proteïna NifB, prevenients de les arqueobacteries Methanocaldococcus infernus i Methanothermobacter thermautotrophicus. Aquestes proteïnes han estat combinades amb FdxN de Azotobacter vinelandii; NifH de A. vinelandii juntament amb NifM, NifS i NifU de A. vinelandii; i NifH de Hydrogenobacter thermophilus amb NifM de A. vinelandii; a més a més de tres variants de NifD A (NifDAv-Y99K, NifDAv-Y99Q, NifDAv-Y99QY100T) en experiments detallats en cada capítol. Els resultats que he obtingut han estat que ambdues proteïnes NifB i NifH s’acumulen en forma de proteïna soluble in planta. Les proteïnes NifB purificades son funcionals en l’assaig in vitro de síntesis de FeMo-co. La proteïna NifH de H. thermophilus és capaç de desenvolupar els papers fonamentals que las proteïnes complexades a Fe requereixen per a la funcionalitat de la fixació de nitrogen, inclosa la transferència de electrons a la proteïna MoFe component de la nitrogenasa i per a la biosíntesis de FeMo-co. Les tres variants NifDAv han demostrat ser susceptibles de talls per la peptidasa de processat mitocondrial, resultant únicament en la formació de proteïnes truncades. Estudis posteriors cal que s’enfoquin en elucidar el perquè de la inestabilitat de la proteïna i de cóm produir NifD intacta en arròs. La expressió de components biològicament actius de nitrogenasa en arròs transgènic representa un pas crític cap a aconseguir la fixació de nitrogen biològic in planta i quest representa l’únic informe fins ara que ha aconseguit la regeneració d’un cultivo majoritari amb la presencia de components enzimàtics de la nitrogenasa. La fotorespiració redueix l’eficiència fotosintètica perquè resulta a fins un 50% de pèrdua del carbó fixat durant la fotosíntesis. En conseqüència, la reducció de la fotorespiració pot ser una estratègia potencial per a incrementar l’eficiència fotosintètica. En aquesta tesis doctoral he co-introduit l’enzim lactat oxidasa de Lactobacillus buchneri (LbLOX), l’enzim lactat deshidrogenasa de Escherichia coli (EcLDH) i l’enzim catalasa de Oryza sativa (OsCAT) en arròs, establint una nova ruta de captació de oxigen per a reduir la fotorespiració. La co-expressió dels tres gens va ser confirmada a nivell de ARNm. Però solament l’acumulació de la proteïna EcLDH va ser detectable a nivell de teixit de call i en les plantes regenerades. La detecció de l’acumulació de les proteïnes LbLOX i OsCAT va ser probablement interferida por la tag-detectora de proteïnes utilitzada en l’experiment. S’utilitzarà anàlisis d’activitat enzimàtica per a confirmar l’acumulació de proteïnes en tots dos casos i potser és substitueixin les tags-detectores de proteïnes utilitzades. |
|---|