Storage proteins characterization of high-lysine maize endosperm mutants

A semente de milho representa uma importante fonte de proteínas para alimentação humana e de animais monogástricos. Porém, como membros da família dos cereais não apresentam proteínas com um balanço nutricional adequado, devido principalmente ao baixo conteúdo de lisina. As proteínas de reserva da semente de milho são classificadas como fração não-zeína (albumina, globulina e glutelina) e zeína. Mutantes de endosperma de milho, como o2 apresentam quantidades maiores de lisina na semente. Porém, muitos mutantes considerados "alta lisina" não foram ainda caracterizados bioquimicamente. Uma série de mutantes, opaco (o1, o2, o5, o7, o10, o11 e o13) e floury (fl1 e fl2), foram estudadas para determinar as quantidades de proteínas de reserva, o perfil electroforético das proteínas e o conteúdo de LYS na semente, endosperma e embrião. Foi observado que os mutantes apresentaram redução no conteúdo de zeína e aumentos da fração não-zeína com variações dependendo do mutante, do background genético e do tecido analisado. A análise da semente determinou aumentos principalmente da fração albumina e globulina nos mutantes, exceto para o5 com aumentos apenas da fração glutelina. No endosperma foi observado aumento principalmente de albumina em o2, o7 e o5; e globulina em fl2, o10, o11 e o13. No embrião foram registrados os níveis maiores de albumina e globulina da semente, porém a quantidade de proteínas de reserva foi similar entre os genótipos. As quantidades de lisina presentes nas frações protéicas foram sempre maiores nos mutantes, porém para o10, o11 e o13 diferenças significativas, foram observadas principalmente para LYS na fração glutelina. O perfil SDS-PAGE revelou a presença de numerosas bandas protéicas variando entre 100kDa e 10kDa, sendo que a fração não-zeína revelou maior heterogeneidade no número de bandas. Bandas protéicas de maior intensidade foram observadas nos mutantes. Análise 2D-PAGE de proteínas de reserva do endosperma de mutantes o1, o2, fl1 e fl2, revelou padrões similares de distribuição de proteínas, aumentos de intensidade de spots protéicos e a presença de spots restrita ao perfil dos mutantes. Os resultados sugerem que os mutantes opacos e floury avaliados apresentam quantidades maiores de LYS na semente quando comparados aos genótipos selvagens que lhes deram origem. A futura análise dos spots que apresentaram alterações altamente significativas permitirá uma maior compreensão dos efeitos específicos dessas mutações sobre a regulação da biossíntese das proteínas de reserva e do acúmulo de lisina no grão.The maize seed is an important source of proteins for humans and monogastric animals. However, such as all cereals, maize storage proteins is nutritionally poor mainly due to the low content of lysine. Maize seed storage proteins can be classified as non-zeins (albumins, globulins and glutelins) and zein. Some storage proteins mutants such as the o2 mutants exhibit higher contents of lysine. However, many of these high-lysine mutants have not yet been biochemically characterized. The opaque mutants o1, o2, o5, o7, o10, o11, o13 and floury mutants fl1 and fl2 were analyzed for storage proteins contents, eletrophoretic profile and lysine content in the seeds, endosperm, and embryo. It was observed that the mutants exhibited reduction in the zein fraction and increase in the non-zein fraction which varied according to the mutant, genetic background and tissue analyzed. The whole seed analysis revealed increases mainly in albumins and globulins, with the exception of the o5 mutants which exhibited a higher increase in the glutelin fraction. In the endosperm it was observed increase in the albumin fraction in o2, o7 and o5 and in the globulin fraction in fl2, o10 and o13. Higher concentrations of albumin and globulin were observed in the embryo, but with similar concentrations of total proteins among the mutants. The lysine content was higher always higher in the storage proteins of the mutants, however, in o10, o11 and o13 significant differences for lysine content were observed mainly in the glutelin fraction. SDSPAGE analysis revealed the presence of several band varying from 10kDa to 100kDa, with a higher heterogeneity among the non-zein fraction. Bands with higher intensity have been observed in the mutants. 2D-PAGE analysis revealed that the o1, o2, fl1 and fl2 mutants exhibited similar band patterns with increases in similar spots and mutant specific bands. The results suggest that the opaque and floury mutants exhibited higher lysine content when compared to their respective wild-type counterparts. Future analysis of the protein spots that exhibited significant variations will allow a better understanding of the specific effects of each mutation on the regulation of storage protein synthesis and lysine accumulation in the seeds