Biosíntesi, distribució, acumulació i funció de la vitamina E en llavors: mecanismes de control

Abstract

En aquesta tesi doctoral s’ha estudiat la distribució, acumulació, funció i biosíntesi dels tocoferols i tocotrienols (vitamina E) en llavors, així com els seus mecanismes de control. En primer lloc es van estudiar les llavors de la família Arecaceae degut a la gran quantitat de lípids que acumulen. Així mateix, la diversa varietat de gèneres pertanyents a aquest clade ens ha permès explorar possibles tendències evolutives de la distribució dels tocoferols i tocotrienols, observant que l’acumulació dels tocotrienols és un tret conservat a aquestes llavors. En canvi, la capacitat d’acumular tocoferols s’ha anat perdent a diferents gèneres al llarg de l’evolució. Les llavors d’aquesta família també ens han permès avaluar l’acumulació diferencial de tocoferols i tocotrienols en diverses parts de les llavors per tal de determinar possibles funcions específiques. Mentre que la vitamina E podria estar protegint els cossos lipídics presents a l’endosperm i als embrions, en aquests últims la vitamina E també podria estar protegint als àcids grassos poliinsaturats (PUFA) dels proplastidis de la peroxidació lipídica. En canvi, a la coberta de la llavor, la vitamina E podria estar protegint contra les ROS provocades per estressos biòtics o abiòtics. Des d’un vessant més ecofisiològic, l’estudi realitzat a les llavors de Cistus albidus ens ha permès estudiar com la producció de llavors, així com la seva qualitat, es pot veure afectada per la influència de l’edat i de l’ambient de la planta mare. A més, s’ha avaluat la possible influència de l’edat i de l’ambient sobre la síntesi de vitamina E i hormones, i com aquests paràmetres afecten a la viabilitat, capacitat germinativa i dormició de les llavors d’aquesta espècie en dues condicions ambientals contrastades. D’aquesta manera s’ha pogut observar que només en condicions ambientals controlades l’edat de la planta mare pot influir sobre els continguts de vitamina E i d’hormones de les llavors per tal de mantenir la mateixa capacitat germinativa en tots els rangs d’edat dels individus d’una mateixa població. En canvi, molt probablement l’ambient, tot i que no es pot descartar l’efecte del genotip, pot estar influenciant el grau de dormició de les llavors influint sobre els nivells d’ABA i GAs, mantenint la viabilitat dels embrions influenciant els nivells de vitamina E acumulats. Les llavors de l’espècie Chamaerops humilis var. humilis ens han permès observar una funció antioxidant dels tocoferols i dels tocotrienols en diferents estadis fisiològics de les llavors: mentre que els tocotrienols tenen una funció antioxidant durant l’emmagatzematge, quiescència i dormició, els tocoferols semblen estar exercint aquesta funció durant la germinació de les llavors d’aquesta espècie. Els tocoferols es van sintetitzar de novo un cop va començar la germinació, alhora que augmentaven els nivells hormonals i de peròxid d’hidrogen. Aquest fet va suggerir una regulació transcripcional de la seva síntesi, confirmada per l’augment i disminució dels nivells d’expressió de gens implicats en la síntesi de tocoferols i tocotrienols. Finalment, en aquesta tesi es conclou que degut al seu paper dual (antioxidant i regulador), la vitamina E és essencial durant l’emmagatzematge, quiescència i dormició de les llavors; i en concret, els tocoferols, són essencials durant la germinació.

This PhD thesis has studied the distribution, accumulation, function and biosynthesis of tocopherols and tocotrienols (vitamin E) in seeds, as well as their control mechanisms. First, the seeds of the family Arecaceae were studied due to the great amount of lipid that accumulates and the diverse range of genera, allowing the exploration of evolutionary trends in the distribution of tocopherols and tocotrienols. The accumulation of tocotrienols is a preserved trait, while the ability to accumulate tocopherols has been lost in different genera throughout evolution. The differential accumulation of tocopherols and tocotrienols showed that vitamin E may protect lipid bodies in the endosperm and embryo, and may also protect polyunsaturated fatty acids (PUFA) of proplastids from lipid peroxidation. In the seed coat, vitamin E may protect against ROS caused by biotic or abiotic stresses. In Cistus albidus seeds we investigated how the mother plant age and environment can affect the production of seeds, its quality, the synthesis of hormones and vitamin E. Also, the possible influence of hormones and vitamin E on seed dormancy and germination capacity was studied. In controlled environmental conditions only the age of the mother plant can influence the content of vitamin E and hormones of seeds maintaining the germination capacity. However, probably the environment, but cannot rule out genotype effects, might impact the degree of seed dormancy influencing the levels of ABA, GAs, and vitamin E, maintaining the viability of the embryos. The seeds of Chamaerops humilis var. humilis allow us to examine the antioxidant function of tocotrienols and tocopherols in different physiological stages of seeds: while tocotrienols act as antioxidants during storage, dormancy and quiescence; tocopherols seem to play this role during germination. Tocopherols were synthesized de novo once germination started, with increasing hormones and hydrogen peroxide levels, suggesting a transcriptional regulation of their synthesis. This was confirmed by changes in the expression levels of genes involved in the synthesis of tocopherols and tocotrienols. This thesis concludes that due to its dual role (antioxidant and regulatory), vitamin E is essential during storage, seed dormancy and quiescence. In particular, tocopherols are essential for germination.