Respostas moleculares da biossíntese de carotenoides na microalga Phaeodactylum tricornutum em diferentes irradiâncias

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Aquicultura, Florianópolis, 2019.O potencial biotecnológico das microalgas vem sendo explorado, particularmente em relação à obtenção de diversos compostos naturais (bioativos) presentes na biomassa. Dentre estes compostos, com elevado valor comercial, se destacam os carotenoides devido às suas aplicações na aquicultura e na saúde humana em nutracêuticos. A biossíntese dos carotenoides é regulada principalmente pela luz, porém ainda há um conhecimento limitado em relação aos mecanismos moleculares e à regulação da transcrição gênica nessa rota metabólica frente a esse contexto ambiental. Estudos apontam que a diatomácea Phaeodactylum tricornutum é uma espécie com grande potencial biotecnológico, portanto sugerem melhorias no que tange à produção de pigmentos. Neste trabalho foi proposto determinar o efeito de diferentes irradiâncias na produção de pigmentos e no perfil de transcrição gênica envolvidas na biossíntese dos carotenoides na microalga Phaeodactylum tricornutum. Foram empregadas duas irradiâncias (100 e 600 µmol fótons m-2 s-1) com fotoperíodo 12:12, sendo que os cultivos experimentais foram comparados a partir da determinação da biomassa, das medições de fluorescência da clorofila a no Fotossistema II, da determinação do teor de pigmentos e análises da transcrição gênica por qPCR. As maiores biomassas foram alcançadas com o emprego de 600 µmol fótons m-2 s-1, os resultados do YII e do Fv/Fm mostraram que a maior irradiância pode ter causado estresse às células de P. tricornutum. Além disso, neste tratamento foi verificada uma taxa de transferência de elétrons quatro vezes superior àquela do 100 µmol fótons m-2 s-1, e consequentemente, mais energia foi dissipada pelo mecanismo NPQ. Com base na concentração de pigmentos e no nível de transcritos, com exceção do gene LUT1, todos os outros genes da via ? LCYB, ZEP1, ZEP2, ZEP3, VDE, VDL1 e VDL2 foram influenciados, tanto pela irradiância, quanto pelo fotoperíodo, corroborando a ideia de que estes efeitos ambientais de fato influenciaram a biossíntese dos carotenoides em P. tricornutum.Abstract : The biotechnological potential of microalgae has been explored, particularly in relation to obtaining several natural bioactive compounds present in the biomass. Among the compounds, with high commercial value, carotenoids are outstanding due to their applications in aquaculture and human health in nutraceuticals. The biosynthesis of carotenoids is mainly regulated by light, but there is still limited knowledge regarding the molecular mechanisms and the regulation of gene transcription in this metabolic pathway of this environmental context. Studies indicate that the diatom Phaeodactylum tricornutum is a model species with great biotechnological potential, therefore suggesting improvements in the production of pigments. In this work it was proposed to determine the effect of different irradiances on pigment production and on the gene transcription profile of carotenoid biosynthesis in the microalgae Phaeodactylum tricornutum. Two irradiances (100 and 600 µmol photons m-2 s-1) with 12:12 photoperiod were employed, and the experimental cultures were compared upon the biomass determination, chlorophyll a fluorescence measurement in photosystem II, determination of pigment content and gene transcription analyzes by qPCR. The highest biomasses were achieved using 600 µmol photons m-2 s-1 and the results of YII and Fv / Fm showed that the higher irradiance may have caused stress to P. tricornutum cells. Moreover, this treatment was associated to an electron transfer rate four times higher than the treatment of 100 µmol photons m-2 s-1, and consequently, more energy was dissipated by the NPQ mechanism. Based on pigment content and gene transcript levels, with the exception of the LUT1 gene, all other (pathway) genes - LCYB, ZEP1, ZEP2, ZEP3, VDE, VDL1 and VDL2 were influenced by both the amount of light and the photoperiod, corroborating the idea that these environmental effects actually influenced the carotenoid biosynthesis in P. tricornutum