Molecular and physiological caracterization of transplastomic tobacco plants expressing cyanobacterial desaturases

Ácidos graxos de origem vegetal são as principais fontes de energia para a dieta humana, e configuram-se fontes potenciais de matéria-prima renovável para a indústria. Contudo, um fornecimento ideal para tais demandas, requer perfis distintos de insatauração de ácidos graxos, o que tem se tentado alcançar por meio da engenharia genética das vias de biossíntese e modificação de ácidos graxos, destacando-se as enzimas dessaturases responsáveis pela produção de ácidos graxos insaturados. Neste cenário o presente trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a eficiência do uso da transformação plastidial em plantas de tabaco para expressar os genes desC, desA e desB de cianobactéria, os quais codificam as enzimas Δ9, Δ12 e Δ15 dessaturases, respectivamente. Os dados indicam que a expressão dos transgenes desC e desA em plastídios de plantas de tabaco, ainda que em níveis muito acima das dessaturases endógenas, resulta em pouco efeito sobre o conteúdo e perfil de ácidos graxos em folhas ou em sementes e por conseguinte nos demais parâmetros bioquímicos e fisiológicos avaliados. Por outro lado, a expressão do transgene desB, ainda que os transcritos tenham sido detectados em baixos níveis, resultou em um maior acúmulo de ácidos graxos em folhas de plantas com 8 semanas, embora sem alteração no perfil de ácidos graxos, com efeitos negativos sobre os teores de sacarose e amido e sobre o acúmulo de biomassa na raiz e na parte aérea. Em adição, elevadas taxas fotossintéicas, de respiração e de fluxo de elétrons no FSII foram registradas em folhas completamente expandidas o que pode estar relacionado a uma maior demanda por assimilados para alimentar a biossíntese de ácidos graxos. Em conjunto os dados apontam para uma fina regulação do perfil de insatauração em plantas de tabaco, possivelmente em nível pós- transcricional, e que o acúmulo de ácidos graxos em folhas pode afetar o crescimento da planta como um todo. Além disso, nossos resultados sugerem um controle da biossíntese de novo de ácidos graxos induzido pela atividade da enzima Δ15 desaturase, a qual é a última enzima envolvida na produção de ácidos graxos poliinsaturados nos plastídios.Plant fatty acids are the main energetic resources for human diet and are potential renewable feedstock resources for different areas of industry. Nevertheless, for an ideal supply for such demands, distinct fatty acid profiles are required. Different strategies to reach specifc fatty acid profiles have been studied by genetic engineering of the fatty acid biosynthesis and modification enzymes, focusing mainly on desaturases, which are the enzymes responsible by production of unsaturated fatty acids. In this scenario the present study aimed to evaluate the efficiency of the use of plastid transformation of tobacco plants to express cyanobacterial genes, desC, desA and desB, which encode Δ9, Δ12 and Δ15 desaturases, respectively. The data indicate that the expression of desC and desA cyanobacterial genes in plastids of tobacco plants, although the transcripts have accumulated at higher levels in comparison with endogenous desaturases, it resulted in little effect on the fatty acid content and profile in leaves or seeds and, consequently, on phenotipycal, biochemical and physiological parameters evaluated. On the other hand, the expression of desB transgene, even at low transcript level, resulted in an increase of fatty acid accumulation in leaves of 8 weeks old plants, while the fatty acid profile was unchanged. pSdesB plants showed reduced sucrose and starch content, and, as a consequence, less shoot and root biomass accumulation. In addition, high photosynthetic, respiration and electron transport rates were observed in fully expanded leaves, which may be related to the enhanced demand of photosynthetic assimilates to feed the fatty acid biosynthesis. Taken together, the data suggest a fine regulation of the unsaturation profile in tobacco plants, possibly at post-transcriptional level. Interestingly, changes in fatty acid accumulation in leaves can affect significantly plant metabolism and whole plant growth. Moreover, our data suggest that fatty acid biosynthesis de novo could be induced by activity of Δ15 desaturase, which is the last enzyme involved in fatty acid unsaturation in plastids.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio