Characterization of enzymes involved in lysine synthesis in maize and quinoa

O aspartato é o precursor comum dos aminoácidos essenciais lisina, treonina, metionina e isoleucina. Devido à deficiência em lisina, a via metabólica do ácido aspártico tem sido estudada em cereais e os resultados obtidos indicaram a importância da aspartato quinase (AK), da homoserina desidrogenase (HSDH) e da dihidrodipicolinato sintase (DHDPS) como enzimas chave na regulação da síntese de lisina. Considerando-se a importância do milho e da quinoa como fontes de proteínas para humanos e animais, os objetivos deste trabalho foram: i) estudar as enzimas AK e HSDH nas sementes dos mutantes B77xB79o5; B37o7; W22o10, W22o11 e W22o13 e de seus respectivos tipos selvagens; ii) caracterizar a enzima DHDPS e analisar a composição de aminoácidos solúveis e incorporados nas proteínas das sementes dos mutantes Oh43o1, Oh43o2, Oh43fl1, Oh43fl2 e no respectivo tipo selvagem; iii) estudar nas sementes as enzimas AK, HSDH e DHDPS e alguns aspectos envolvidos na assimilação de nitrogênio e o perfil de aminoácidos de quinoa. Quando os mutantes B77xB79o5; B37o7; W22o10, W22o11 e W22o13 foram estudados, as análises demonstraram importantes variações nas atividades da AK e da HSDH entre os genótipos quando comparados com os respectivos tipos selvagens. A atividade da DHDPS foi fortemente inibida por lisina e não foram observadas variações significativas entre os genótipos Oh43o1, Oh43o2, Oh43fl1 e Oh43fl2, quando comparados com o genótipo Oh43+. A composição de aminoácidos revelou as maiores concentrações de lisina solúvel e incorporada em proteínas no mutante Oh43o2. Os estudos com quinoa demonstraram a presença de pelo menos duas isoenzimas da AK, uma sensível à inibição por lisina e a outra por treonina, duas isoenzimas da HSDH, uma resistente e a outra sensível à inibição por treonina e uma isoenzima da DHDPS sensível à inibição por lisina. As sementes de quinoa também apresentaram altas concentrações de lisina solúvel e incorporada em proteínas.Aspartate is the common precursor of the essential amino acids lysine, threonine, methionine and isoleucine. Due to the deficiency in lysine, the aspartate metabolic pathway has been studied in cereal crops and the results obtained have indicated the importance of aspartate kinase (AK), homoserine dehydrogenase (HSDH) and dihydrodipicolinate synthase (DHDPS) as the key enzymes involved in the synthesis of lysine. Considering the importance of maize and quinoa as sources of protein for humans and animals, the objectives of this work were: i) to study the enzymes AK and HSDH in the seeds of the maize mutants B77xB79o5; B37o7; W22o10, W22o11 and W22o13 and their respective wild type; II) to characterize the enzyme DHDPS and to analyze the composition of soluble and amino acids incorporated into proteins in the seeds of the maize mutants Oh43o1, Oh43o2, Oh43fl1 and Oh43fl2 and the wild type OH43+; iii) to study the enzymes AK, HSDH, DHDPS in quinoa seeds and some aspects involved in nitrogen assimilation and amino acids profile. When the mutants B77xB79o5; B37o7: W22o10, W22o11 and W22o13 were studied, the analysis revealed important variations on AK and HSDH activities among the genotypes when compared to their respective wild type. The results indicated that DHDPS was strongly inhibited by lysine, and that there was not significant variation among the mutants Oh43o1, Oh43o2, Oh43fl1 and Oh43fl2 when compared to the wild type. The amino acids composition revealed high concentrations of lysine in the soluble form and incorporated into protein in the Oh43o2 mutant. The study of quinoa seeds allowed the identification of at least two AK isoenzymes, one sensitive to lysine inhibition and another sensitive to threonine, two HSDH isoenzymes, one resistant and another sensitive to threonine inhibition and one DHDPS isoenzyme sensitive to lysine inhibition. Quinoa also exhibited high concentration of soluble lysine and lysine incorporated into protein