Engenharia do metabolismo de tocoferol em frutos de tomateiro

• Processo: 18/19020-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2019
• Data de Término da vigência: 31 de julho de 2019
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica
• Pesquisador responsável: Bruno Silvestre Lira
• Beneficiário: Paula Cristina Amaral Silva
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Metabolismo secundário Vitamina E Tocoferóis Melhoramento genético vegetal Tomateiro
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: metabolismo secundário | qualidade nutricional | Solanum lycopersicum | Tocoferol | Tomateiro | vitamina E | Genética Molecular de Plantas

Resumo

Os tocoferóis, compostos lipossolúveis sintetizados exclusivamente por organismos fotossintetizantes, são essenciais para a manutenção da integridade das membranas lipídicas dos tilacóides e, consequentemente, da fotossíntese, tanto por inibirem a propagação da peroxidação lipídica, quanto por protegerem o fotossistema II de dano oxidativo. Além disto, de um ponto de vista nutricional, são importantes na dieta humana devido a seu potencial antioxidante, mostrando-se benéficos ao auxiliar na manutenção da integridade do material genético e na profilaxia e tratamento de diversas doenças. Assim, a compreensão do metabolismo dos tocoferóis é interessante de um ponto de vista do melhoramento vegetal tanto por um viés econômico como nutricional. Para sua síntese, há a condensação de um anel cromanol, provindo da via do ácido chiquímico, e uma cadeia lateral derivada do fitil difosfato (PDP), a qual é originada pela síntese de novo através da via do metil eritritol 4-fosfato (MEP) ou provida pela reciclagem do fitol derivado da clorofila. Durante o amadurecimento do fruto do tomateiro, Solanum lycopersicum, há a transição de cloroplasto para cromoplasto, o que é marcado tanto por uma intensa atividade do MEP como pela acentuada degradação de clorofila, tornando-o um modelo ideal para o estudo do acúmulo de tocoferol. O metabolismo desse composto em tomateiro vem sendo estudado pelo nosso grupo de pesquisa. Inicialmente, os estudos identificaram todos os genes envolvidos na sua biossíntese e elucidaram pontos críticos para seu acúmulo. Este é o caso da disponibilidade de PDP, durante os estádios verdes dos frutos há síntese de novo deste composto, alimentando a biossíntese de clorofila, que por sua vez provê a cadeia lateral para síntese de tocoferóis. No entanto, ao longo do amadurecimento, há um direcionamento dos produtos do MEP para a síntese de carotenoides, aliado a uma drástica redução nos níveis de transcrito que codificam a GERANYLGERANYL DIPHOSPHATE REDUTASE (SlGGDR), enzima responsável pela formação de PDP a partir do geranil geranil difosfato, e a síntese de clorofila cessa. Neste cenário, a intensa degradação de clorofila permite o aumento no conteúdo de tocoferóis nos frutos maduros ao prover PDP. Isto mostra que a reciclagem do fitol derivado da clorofila é essencial para a síntese dos tocoferóis, o que ocorre através de duas reações de fosforilação catalisadas pela FITOL QUINASE (SlVTE5) e FITIL-FOSFATO QUINASE (SlVTE6). Este projeto visa promover o acúmulo de tocoferóis em frutos de tomateiro a partir do aumento da disponibilidade de PDP. Para isto, serão geradas linhagens transgênicas de tomateiro sobre-expressando, sob controle de um promotor específico de frutos, os genes que codificam para duas enzimas que atuam no MEP, a SlGGDR e a 1-DEOXI-D-XYLULOSE-5-FOSFATO SINTASE (SlDXS). Juntamente com plantas sobre-expressando SlVTE5 e SlVTE6, os frutos verde e maduro destas linhagens serão fenotipados de acordo com os níveis de clorofilas, carotenóides e tocoferóis quantificados, bem como pela análise do perfil transcricional dos genes relacionados a estes compostos.