GENÔMICA FUNCIONAL EM FRUTOS

Transcrição

1 GENÔMICA FUNCIONAL EM FRUTOS Miriane Lucas Azevedo

2 Introdução Qualidade Processos de maturação Perdas Frutas maduras rapidamente Amoleciamento Atividade fisiológica e bioquímica Engenharia genética Reduzir a maturação dos frutos através da tecnologia do DNA recombinante.

3 Projetos Genoma Arabidopsis thaliana; Arroz; Citrus; Cana de açúcar; Tomate...

4 Mercado Produção e exportação de frutos de polpa (Bapat et al., 2010)

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7 GDR (Genome Database for Rosaceae) -

8 Papel do etileno na maturação Etileno - C 2 H 4 Rota de biossíntese de etileno (Bapat et al., 2010)

9 Fonte: Silva (2000), a partir de Mathooko (1996).

10 Ação do etileno na célula (Bapat et al., 2010)

11 Tomate como sistema modelo nos estudos de maturação Estudos iniciais focaram síntese de etileno, modificações nas paredes celulares e proteínas estruturais. Após, as abordagens genômicas levaram ao estudo do controle primário do amadurecimento, antes da ação do etileno, a sistemas de transdução de sinais relacionados à maturação e as redes de metabólicos gerados. Mutações pleiotrópicas ripening inhibitor (rin) non ripening (nor ou Cnr) never ripening (nr) green ripe (Gr) high pigment (hp-1 e hp-2)

12 Mais estudados: ripening inhibitor (rin): frutos incapazes de apresentar níveis de pigmentação, sabor e aroma iguais aos não mutantes, estes mantêm-se verde ou apresentam coloração amarela. Codifica a deleção parcial da proteína MADS-box (fator de transcrição). non ripening (nor): desenvolve-se normalmente, podendo atingir tamanho normal, mas interrompem seu desenvolvimento no início da maturação, sendo incapazes de sintetizar etileno, aplicação exógena deste não reverte o processo. Ocasiona uma troca epigenética que altera a metilação do promotor da proteína SPB (SQAMOSA promoter binding) never ripening (nr): o fenótipo caracteriza-se por uma maturação incompleta ou tardia, os frutos apresentam uma coloração esverdeada e mantêm-se firmes. A biossíntese de etileno, o acumulo de licopeno e a atividade da poligalacturonase são muito baixas se comparadas ao não mutante. Os mutantes são insensíveis à ação exógena do etileno, o que sugere uma deficiência na percepção e/ou na transdução do sinal. A mutação revelou um gene receptor de etileno.

13 Genes relacionados à maturação ACS (ACC sintase): Família multigênica de 9 membros em tomates, sua expressão é regulada diferentemente durante desenvolvimento e maturação. ACO (ACC oxidase): família multigênica de 5 membros em tomates, onde sua expressão é regulada diferentemente durante desenvolvimento e a maturação; Rota de biossíntese de etileno (Bapat et al., 2010)

14 Estudos com tomates e melões transgênicos de produção de etileno por manipulação das enzimas da via de biossíntese deste (até 99,5%): anti-acs 30% etileno e não responde ao tratamento exógeno em tomate; anti-aco apresentou alteração na biossíntese de etileno 95% etileno em tomate; anti-aco, em melões, produção de etileno, interferindo na expressão de genes e síntese de aromas, pigmentos enzimas de hidrólise de paredes celulares e fenologia da planta. anti-aco, em maçãs, produção etileno, aplicação exógena deste mostrou diferenciados parâmetros de amolecimento de polpa, síntese de aromas, degradação de amido e sensibilidade de etileno. utilizando-se enzimas bacterianas ou virais capazes de metabolizar a SAM ou o ACC; ACS em abacaxi, atua como regulador da floração;

15 Nora et al. (2001) construiu um gene antisense de ACC oxidase de maçã (pap4) e transformou plantas de melão; e Silva et al. (2004) estudou rotas de maturação etileno dependentes e etileno independentes em melões não transformados e AS3 transgênico com baixa produção de etileno, que não adiquiriram maturação desejada com a aplicação exógena deste fitorregulador. Mostrando um alto nível de clorofilas (síntese de citocininas) na casca e baixa produção de compostos voláteis. Maçãs transformadas com essa mesma estratégia, apresentaram a mesma redução da biosíntese de etileno, resultando em alterações fisiológicas e fenotípicas (queda precoce dos frutos, prolongamento do ciclo, redução da coloração da superfície, maior acúmulo de ácidos orgânicos, maior firmeza de polpa e significativa redução de produção de compostos voláteis).

16 Genes envolvidas na degradação de parede celular PME (pectina metil estearase): desmetila a cadeia de ácido galacturônico da pectina antipme2/pec2 modulou a degradação da pectina metil esterificada; antipme a esterificação foi aumentada através do controle da maturação, mas por outro lado, este fruto amadureceu normalmente. PG (poligalacturonase): despolimenrização das pectinas Mamão clonado e caracterizado por Fabi et al. (2009) relacionando a maturação e amolecimento de polpa; Morango transformados com antisense PG1 sob controle do promotor 35S, mostraram frutos com mesmo tamanho e rendimento dos não transformados, porém os frutos foram 163% mais firmes e mostraram um aumento no total de sólidos solúveis (ºBrix). O clone PG2 mostrou alterações não significativas.

17 PE (pectinaestearase) Supressão antisense da pectinesterase reduz sua atividade e suprimi a taxa de amolecimento do fruto durante a maturação de tomates. Expansinas: proteínas relacionadas ao crescimento da parede celular. Em Pêssegos a expressão dos genes Exp1 e Exp2 teve correlação positiva com o tamanho do fruto. Pectato lyases Suprimida sua expressão em morangos mostrou um aumento da firmeza de polpa e aumentou o tempo de shelf-life, entretanto alterou outras características do fruto (cor, tamanho, formato e peso)

18 Galactosidases: codificada por uma família miltigênica de 7 membros Plantas transgênicas foram desenvolvidas utilizando alguns membros desta família (TBG4 e TBG7), com redução do processo de amaciamento de polpa de tomates. Celulases: despolimerização da cadeia de celulose da parede celular Em morangos clones com significativa redução da expressão de Cel2, mostraram que estas tem maior influencia durante o desenvolvimento do fruto do que propriamente na maturação.

19 Genes relacionados aos compostos voláteis AAT (álcool acetil transferase): participa ativamente na rota de biossíntese dos ésteres voláteis. ADH (álcool dehidrogenase): rota de biossíntese de ésteres voláteis. Estudos já demonstraram que estes genes são etileno dependentes.

20 ERF: fatores de resposta ao etileno Proteínas relacionadas a transdução de sinais através de uma cascata de fatores como CTR, EIN2, EIN3, EIL. Estes ERFs ligam-se à região upstrean da GCC-box do gene alvo.

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22 Desenvolvimento de frutos transgênicos Genes envolvidos na rota de biossíntese de etileno ACS ACO Genes alvos PG PME Celulases Expansinas PE TBG1 TBG4 Tomate Morango Pimentão

23 Prospecção Trabalhar com regulação do desenvolvimento e outros fitohormônios além do etileno; Fatores externos como: luz (radiações), temperatura (resfriamento e choque térmico), estresses bióticos e abióticos. ERFs (Fatores de resposta ao etileno) e cascata de fatores (ctr, ein2, ein3, EIL) mirnas (micro RNAs).

24 A mente que se abre a uma nova ideia jamais voltará ao seu tamanho original. Albert Einstein