|
Programa de Pós Graduação em Genética
e Melhoramento Seminário de tema livre ENGENHARIA
GENÉTICA DA BIOSSÍNTESE DE CAROTENÓIDES EM PLANTAS Estudante: Simone de M. Rodrigues Orientador: Wagner Campos Otoni Carotenóides são uma
classe de hidrocarbonetos, carotenos e seus derivados oxigenados (xantofilas),
que consiste de oito unidades de isoprenos formando uma cadeia central com
duplas ligações conjugadas alternadas. São sintetizados por todos os
organismos fotossintéticos, além de algumas bactérias e fungos. Nas plantas,
são encontrados nos plastídeos, absorvendo e transferindo luz para a
clorofila, além de oferecer proteção contra danos foto-oxidativos. Mas são na
forma de cromoplastos, que os carotenóides são acumulados em raízes, folhas senescentes,
flores, frutas e pétalas, promovendo interação da planta com o meio ambiente.
Como todos os carotenóides são sintetizados a partir
de unidades de isopentenil difosfato (IPP) e seu isômero dimetilanil
difosfato (DMAPP). Juntas, essas moléculas formam uma unidade de geranilgeranildifosfato
(GGPP). A união de dois GGPP resulta no fitoeno ( Em tomateiro, Fray e colaboradores (1995) obtiveram
plantas anãs expressando o gene PSY
constitutivamente, produzindo maior nível de licopeno em frutos jovens,
comparativamente aos maduros, além do baixo conteúdo de clorofila nas folhas
jovens, já que PSY converte GGPP em
licopeno, diminuindo assim GGPP, que é o precursor de giberelina e da cadeia
de fitol da clorofila. Para contornar esse problema, Fraser et al. (2002)
fusionaram um homólogo de PSY de
bactéria endereçado para o cloroplasto e obtiveram aumento nos níveis de
licopeno e β-caroteno.
Resultados semelhantes foram obtidos por Romer et al. (2000), Ronen et al. (2000)
e Dharmapuri et al. (2002). Entretanto, Davuluri et al. (2005) transformaram plantas
com a seqüência de um gene envolvido na transdução de sinal sob intensidade
luminosa, fusionado-o a um promotor constitutivo ou tecido-específico, resultando
em aumento de 10 vezes no nível de β-caroteno, enfatizando assim a
importância da luz na regulação da via de carotenogênese. Em
batata, Romer et al. (2002) usaram um cDNA que codifica a enzima zeaxantina epoxidase
(ZEP) de tomateiro nas orientações senso e anti-senso, sob o controle de um
promotor específico. Os tubérculos apresentaram coloração de amarelo escuro à
laranja devido aos altos níveis de zeaxantina, com desregularão na via
endógena de carotenóide. Ducreux et al. (2005) transformaram batateiras (S. tuberosum e S. phureja) com PSY,
porém sob promotor da patatina, e obtiveram tubérculos com maiores níveis de
carotenóides, chegando até 78 vezes mais carotenóides que as plantas
não-transformadas. Shewmaker et al. (1999) utilizaram o gene crtB de
bactéria, homólogo ao PSY, juntamente
com um promotor específico para semente em canola, e obtiveram aumento de 50
vezes no conteúdo de carotenóides totais, sendo α-,β-carotenos, os
carotenóides nessas sementes. Ravallo et al. (2003) relataram tentativas de
produção de carotenóide em canola, usando os genes bacteriais crtE, crtI.
e, crtY homólogos
aos GGDS, CRTISO e LCYB, respectivamente,
de plantas, associado ao gene crtB. Entretanto, os níveis de carotenóides não foram maiores que o
obtido somente com o gene crtB. A atividade de cinco enzimas parece ser requerida
para a síntese de β-caroteno a partir de GGPP, podendo ser reduzida para três
usando-se uma desaturase bacteriana codificada pelo gene crtI, que
converte diretamente fitoeno a licopeno. Para promover tais atividades, o
gene PSY ou LCYB de narciso silvestre, sob o controle do promotor da gluteína
específico para endosperma, em associação ao crtI foram usados para transformar plantas de arroz japonês (Ye
et al. 2000). A combinação de PSY e
crtI resultou em uma coloração
amarela distinta (golden rice)
devido ao acúmulo de carotenóides. O gene LCYB
mais crtI resultou no aumento de β-caroteno,
tornando-se praticamente o único carotenóide produzido. No entanto, os
maiores aumentos nos níveis de carotenóides em arroz foram obtidos por Paine et
al. (2005), mediante o uso do gene PSY
de milho. Apesar de pesquisas indicarem que a alta produção de carotenóides
naturais é provável, a maior barreira para engenheirar a biossíntese de
carotenóides é o ainda pequeno conhecimento dos mecanismos e controles de
sinais dessa via. Assim, trabalhos futuros deverão ser direcionados na
elucidação desses processos regulatórios, o que, consequentemente, resultará
em pesquisas melhor direcionadas para modificar o mecanismo de carotenogênese
em plantas. REFERÊNCIAS Davuluri
GR, van Tuinen A, Fraser PD, Manfredonia A, Newman R, Burgess D, Brummell DA,
King SR, Palys J, Uhling J, Bramley PM, Penning HM, Bowler C (2005) Nat
Biotechnolol 23: 890-895. Dhamapuri
S, Rosati C, Pallara P, Aquilani R, Bouvier F, Câmara B, Giuliano G (2002)
FEBS Lett 591: 30-34. Ducreux LJM, Morris WL, Hedley PE
Shepherd T, Davies HV, Millam S, Taylor MA (2005) J Exp Bot 56: 81-89. Fraser PD, Romer S, Shipton CA,
Mills PB, Kianino JW, Misawa N, Drake RG, Schuch W, Bramley PM (2002) Proc
Natl Acad Sci USA 97: 1102-1107. Fray RG, Wallace A, Fraser PD,
Valero D, Hedden P, Bramley PM, Grierson D (1995) Plant J 8: 693-701. Paine JÁ, Shipton CA, Chaggar S,
Howells RM, Kennedy MJ, Vermon G, Wright SY, Hinchliffe E, Adams JL,
Silverstone AL, Draker R (2005) Nat Biotechnol 23: 482–487. Ravallo MP, Ke D, Alvarez J, Huang B,
Shewmaker CK (2003) Metab Eng 5: 255-263. Romer S, Fraser PD, Kiano JW,
Shipton CA, Misawa N, Schuch W, Bramley PM (2000) Nat Biotechnol 18: 666-669. Romer S, Lubeck J, Kauder F,
Steiger S, Adomat C, Sandmann G (2002) Metab Eng 4: 263-272. Ronen G, Carmel-Goren L, Zamir D,
Hirschberg J (2000) Proc Natl Acad Sci USA 97: 1102-1107. Shewmaker CK, Sheehy JÁ, Daley M,
Colbur S, Ke DY (1999) Plant J 36: 771-779. Ye X, Al-Babili S, Kloti A, Zhang J, Lucca P,
Beyer P, Potrykus I (2000) Science 287: 303-305. ________________________
________________________ Simone de M.
Rodrigues
Wagner Campos Otoni (Doutoranda)
(Orientador) |
