Towards the engineering of the monoterpene secoiridoid pathway in transgenic tobacco plants

Abstract

Monoterpene secoiridoid biosynthesis contributes the terpene component of terpenoid indole alkaloids produced in the medicinal plant Catharanthus roseus. The thesis focuses on the development of fundamental knowledge and methodology to reconstruct the monoterpene secoiridoid pathway in tobacco plants using metabolic engineering. The thrust of the thesis concentrated on remaining challenges to engineer complex secondary metabolic pathways in plants. We focused on the early part of the pathway and we recovered a population of transgenic tobacco plants expressing different combinations of transgenes. Analysis at metabolomic and transcriptomic levels provided novel insights into remaining bottlenecks for the effective engineering of secondary metabolic pathways in plants. The experimental part of the thesis is complemented by the development of a systematic patent search to create an IP database with all relevant patents related with the engineering of terpenoid indole alkaloid pathway in plants.

La biosíntesi dels monoterpens secoiridoïdes aporta el compost terpè dels terpens índole alcaloides produïts per la planta medicinal Catharanthus roseus. La tesi es centra en el desenvolupament dels coneixements fonamentals i la metodologia per reconstruir la ruta metabòlica dels monoterpens secoiridoïdes en plantes de tabac mitjançant enginyeria metabòlica. La idea central de la tesi enfoca els reptes pendents de l'enginyeria de rutes metabòliques complexes en plantes. Centrant-nos en la primera part de la ruta, es va regenerar una població de plantes de tabac transgèniques expressant diferents combinacions de transgens. L'anàlisi a nivell metabolòmic i transcriptòmic ens proporciona nous coneixements per resoldre les dificultats que encara hi ha en l’enginyeria efectiva de les rutes metabòliques secundàries a les plantes. La part experimental de la tesi es complementa amb el desenvolupament d'una recerca sistemàtica de patents, per crear una base de dades de IP, amb totes les patents pertinents relacionades amb l'enginyeria de la ruta metabòlica dels terpens índole alcaloides en plantes.

La biosíntesis de monoterpenos secoiridoides aporta el compuesto terpeno de los terpenos índole alcaloides producidos por la planta medicinal Catharanthus roseus. La tesis se centra en el desarrollo de los conocimientos fundamentales i la metodología para reconstruir la ruta metabólica de los monoterpenos secoiridoides en plantas de tabaco mediante ingeniería metabólica. La idea central de la tesis enfoca en los retos pendientes de la ingeniería de rutas metabólicas complejas en plantas. Centrándonos en la primera parte de la ruta, regeneramos una población de plantas de tabaco transgénicas expresando diferentes combinaciones de transgenes. El análisis a nivel metabolómico y transcriptómico nos proporciona nuevos conocimientos para resolver las dificultades que todavía encuentra la ingeniería efectiva de las rutas metabólicas secundarias en las plantas. La parte experimental de la tesis se complementa con el desarrollo de una búsqueda sistemática de patentes, para crear una base de datos de IP, con todas las patentes pertinentes relacionadas con la ingeniería de la ruta metabólica de los terpenos índole alcaloides en plantas.