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Sobre-expressão de formas mutantes hiperativas dos fitocromos B1 e B2 visando a manipulação de atributos de qualidade em tomateiro

Processo: 18/25774-2
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Mestrado
Vigência (Início): 01 de maio de 2019
Vigência (Término): 30 de abril de 2021
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
Pesquisador responsável:Luciano Freschi
Beneficiário:Scarlet Santos Monteiro
Instituição-sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:16/01128-9 - Controle luminoso e hormonal da qualidade nutricional em Solanum lycopersicum, AP.TEM
Assunto(s):Tomateiro

Resumo

O crescimento e amadurecimento de frutos carnosos são estritamente regulados por sinais hormonais, epigenéticos e de desenvolvimento, os quais são frequentemente ajustados frente às condições ambientais circundantes. Dentre os sinais ambientais, a luz desempenha um papel importante na determinação das taxas de crescimento, pigmentação e amadurecimento de frutos carnosos. Em tomate (Solanum lycopersicum), espécie modelo para o estudo da fisiologia de frutos carnosos e cultura de alto consumo e grande importância nutricional para a dieta humana, estudos indicam que a manipulação da percepção luminosa dependente de fitocromos (PHYs) desencadeia alterações marcantes na fisiologia e parâmetros de qualidade dos frutos. Entretanto, tais estudos se basearam principalmente em mutantes deficientes nesses fotorreceptores, cujas alterações na fisiologia dos frutos estiveram atreladas aos impactos pleotrópicos da deficiência constitutiva de PHYs. Tendo em vista a recente descoberta em Arabidopsis thaliana que a mutação do resíduo de tirosina para uma histidina na posição 276 de PHYB resulta em uma ativação permanente deste fotorreceptor independentemente do sinal luminoso, o presente projeto buscará explorar o potencial biotecnológico de tal manipulação da fotopercepção em tomateiro. Em tomateiro, os parálogos SlPHYB1 e SlPHYB2, originados durante eventos de triplicação genômica em Solanum, parecem ter sido alvo de diversificação funcional, portanto, os impactos da sobre-expressão de versões mutantes hiperativas de cada um desses parálogos (SlPHYB1Y253H e SlPHYB2Y252H) sobre a fisiologia e qualidade nutricional dos frutos será analisada por meio de uma combinação de técnicas bioquímicas e de biologia molecular. Dois tipos de promotores serão utilizados para dirigir a sobre-expressão desses transgenes, um deles com padrão constitutivo de atividade (35S) e outro sabidamente fruto-específico (PPC2). Dessa forma, poderemos determinar qual dessas estratégias de sobre-expressão (i.e., constitutiva ou fruto-específica) apresentaria maior potencial biotecnológico, traduzindo-se em incrementos na qualidade nutricional dos frutos sem efeitos colaterais significativos na produtividade. Diversos parâmetros de qualidade serão monitorados nos frutos transgênicos, incluindo análises da atividade antioxidante e perfis de carotenoides, flavonoides, tocoferóis, ácidos orgânicos, açúcares e aminoácidos. Além disso, analisaremos os impactos das manipulações genéticas supracitadas sobre a abundância, tamanho e ultraestrutura plastidial, uma vez que cloroplastos e cromoplastos desempenham papel central no metabolismo e estocagem de muitos desses compostos nutracêuticos. Ademais, o perfil transcricional de genes relacionados ao metabolismo desses compostos também será caracterizado sempre que mudanças significativas nos níveis desses metabólitos forem constatadas nas linhagens transgênicas. Os índices de produtividade e padrão de amadurecimento também serão monitorados nas linhagens com maiores alterações na composição nutricional de seus frutos. Em conjunto, as abordagens propostas no presente projeto poderão contribuir para determinar o potencial de utilização de formas engenheiradas de PHYs como estratégia fotobiotecnológica para o melhoramento da qualidade nutricional de tomateiro, e também permitirão identificar os processos fisiológicos regulados pelos parálogos SlPHYB1 e SlPHYB2 tanto no contexto do fruto (manipulação fruto-específica) quando na planta toda (manipulação constitutiva).