GENÔMICA FUNCIONAL EM

FRUTOS

Miriane Lucas Azevedo

miriane.azevedo@gmail.com

GENÔMICA FUNCIONAL EM FRUTOS

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.

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Projetos Genoma

Arabidopsis thaliana;

Arroz;

Citrus;

Cana de açúcar;

Tomate...

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

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http://solgenomics.net/

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GDR (Genome Database for Rosaceae) - http://www.rosaceae.org/

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Papel do etileno na maturação

Etileno - C2H4

Rota de biossíntese de etileno (Bapat et al., 2010)

Fonte: Silva (2000), a

partir de Mathooko

(1996).

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

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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)

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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.

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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)

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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;

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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).

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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.

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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)

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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.

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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.

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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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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

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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).

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“A mente que se abre a uma nova ideia

jamais voltará ao seu tamanho original.”

Albert Einstein