Investigadores responsables: Maria Laura Federico y Federico Iñiguez Luy, UGB CGNA-INIA Carillanca.

Duración: 4 años.

Fuente de financiamiento: FONDECYT - 1090726

Los carotenoides son pigmentos orgánicos producidos por organismos fotosintéticos. Ellos juegan un papel importante en la nutrición humana y son considerados productos nutracéuticos. Los carotenoides se utilizan como suplementos alimenticios y colorantes cosméticos. La producción comercial de carotenoides se basa principalmente en la síntesis química, sin embargo, la manipulación del metabolismo de la síntesis de carotenoides en las plantas podría proporcionar a la industria una alternativa natural. Ciertamente, el desarrollo y la producción de cultivos con "valor agregado" aumentará su valor económico, proveerá de nuevas opciones a la industria alimenticia e impactará positivamente las economías regionales en Chile.

El principal objetivo de esta propuesta es comprender mejor y manipular la síntesis de carotenoides en semillas de Brassica napus (canola) con el fin de generar una fuente de pigmentos vegetales (por ejemplo, b-caroteno, astaxantina y cantaxantina) utilizados habitualmente como aditivos en la alimentación. Debido a la naturaleza hidrofóbica de los carotenoides, estos pigmentos deberían estar presentes en el aceite de canola después de la extracción en frío. En función de los perfiles y niveles obtenidos, el uso futuro de este aceite de canola en formulaciones de alimentos podría reducir la cantidad de pigmentos sintéticos necesaria para alimentar peces, aves y cerdos, entre otros.

Las plantas superiores son capaces de sintetizar carotenoides incluyendo β-caroteno, pero la mayoría no posee la capacidad de sintetizar cetocarotenoides como astaxantina y cantaxantina. Por lo tanto, la manipulación de la síntesis de cetocarotenoides requiere la adición de pasos metabólicos que no suelen estar presentes en los órganos de las plantas de cultivo. Estudios previos han demostrado que es posible manipular con éxito la ruta biosintética de los carotenoides en B. napus y aumentar drásticamente los niveles de carotenoides de semillas, incluyendo b-caroteno, pero ningún intento de manipular la síntesis de cetocarotenoides ha sido llevado a cabo. Tenemos la intención de manipular la ruta de biosíntesis de carotenoides en B. napus mediante la sobreexpresión en semilla de una fitoeno sintasa bacteriana (CrtB) en conjunto con otros genes (CrtW, CrtZ y CrtS) que participan en la síntesis de cetocarotenoides. Además, planeamos aumentar nuestro conocimiento de la regulación de la síntesis de carotenoides en las semillas de B. napus a través de la caracterización de la expresión génica fitoeno sintasa (PSY). Esto facilitará la futura manipulación con una secuencia PSY endógena.

Fitoeno sintasa (PSY) es una enzima clave en la regulación de la ruta de biosíntesis de carotenoides. En las especies donde PSY es codificada por un gen de copia única, como en Arabidopsis, la flexibilidad y capacidad de respuesta de la vía de carotenoides se limitan a la regulación de este único gen. En las especies que contienen más de una copia del gen PSY, sin embargo, la duplicación de genes ha dado lugar a la partición de la expresión génica. Esto proporcionó un mecanismo que permite la sobreexpresión de distintos genes PSY en los tejidos del fruto y la semilla sin los efectos perjudiciales sobre la fotosíntesis que la sobreexpresión en toda la planta habría causado. Si varios genes PSY existen en B. napus, como se espera debido a la naturaleza redundante de su genoma, éstas pueden haber evolucionado hacia una mejor función en un tejido determinado, en una etapa determinada de desarrollo o en una condición de estrés específico. Por lo tanto, es importante estimar el número de genes PSY presentes en B. napus y caracterizar sus patrones de expresión. Este conocimiento ayudará en el desarrollo líneas mejoradas de B. napus transgénicos y/o convencionales. Tenemos la intención de estimar el número de genes PSY mediante hibridaciones Southern blot, base de datos y análisis SSCP.  Los patrones de expresión génica se determinarán utilizando cDNA-SSCP y / o QRT-PCR. Si un gen PSY se expresa preferentemente en el tejido de la semilla, los esfuerzos futuros deberían centrarse en mejorar o manipular metabólicamente la expresión de ese gen en particular.