Universitat de Lleida
Zhu, Changfu
Christou, Paul
2019-09-05
200 p.
Universitat de Lleida. Departament de Producció Vegetal i Ciència Forestal
Aquesta tesi es centra principalment en l'anàlisi funcional i la caracterització dels gens que codifiquen per a alguns metabòlits secundaris i en l’estudi de la seva regulació en les plantes. Els objectius generals varen ser (a) entendre millor la regulació transcripcional del gen de la biosíntesi dels carotenoids, la β-carotè hidroxilasa 2 (BCH2) en el blat de moro i (b) l'anàlisi funcional de les dues isopentenil difosfat isomerasas (OsIPPI) d'arròs i determinar la seva localització subcel·lular. Simultàniament, es va estudiar com la llum afecta la via metabòlica i a la producció de pelargonidina en l'arròs; es van identificar també els gens essencials de la seva biosíntesi en Gentiana lutea L. var. aurantiaca. Les plantes de blat de moro i arròs es varen transformar amb els gens dels factors de transcripció ZmMYB i ZmPBF. Es va analitzar l’expressió gènica transitòria i es va realitzar transformació estable. Els resultats obtinguts indiquen que tant ZmPBF com ZmGAMYB poden transactivar l'expressió de ZmBCH2 a l’endosperm del blat de moro, i ZmPBF i ZmGAMYB transactiven independentment el promotor de ZmBCH2 en arròs. Els dos paràlegs de IPPI (OsIPPI1 i OsIPPI2) aïllats prèviament en arròs varen tenir un patró d'expressió diferent; l'ARNm de OsIPPI1 va ser més abundant que l'ARNm de OsIPPI2 en tots els teixits. Es va usar la microscòpia de fluorescència confocal i microscòpia inmunoelectrónica per determinar la localització de les dues proteïnes. Aquestes es localitzen en el reticle endoplasmàtic (RE), així com en els peroxisomes i les mitocòndries, mentre que només es va detectar OsIPPI2 en els plastidis. La detecció d'ambdues isoformes en el RE indica que DMAPP es pot sintetitzar de novo en aquest compartiment. Diferents tècniques com UPLC, GC-MS i qRT-PCR també es varen utilitzar per perfilar els metabòlits primaris i secundaris i l'expressió gènica relacionada en plàntules d'arròs des-etioladas. Els resultats varen revelar que el metabolisme primari i secundari i els gens corresponents estan regulats per la llum, especialment en la biosíntesi d'isoprenoides en fulles d'arròs. Onze derivats de pelargonidina es varen identificar en els pètals de G. lutea i es varen perfilar els gens de la seva via de biosíntesi, revelant que DFR, ANS i 3GT afecten principalment a l'acumulació dels glucòsids de pelargonidina. Tots aquests resultats suggereixen la idea que la biosíntesi dels carotenoids en plantes superiors és regulada a diferents nivells.
Esta tesis se centra principalmente en el análisis funcional y en la caracterización de los genes que codifican para algunos metabolitos secundarios y en el estudio de su regulación en las plantas. Los objetivos generales fueron (a) profundizar en el conocimiento de la regulación transcripcional del gen de la biosíntesis de los carotenoides, la β-caroteno hidroxilasa 2 (BCH2) en el maíz, y (b) analizar la función de las dos isopentenil difosfato isomerasas (OsIPPI) de arroz, determinando además su localización subcelular. Simultáneamente, se estudió cómo la luz afecta a la vía metabólica y a la producción de pelargonidina en el arroz; se identificaron también los genes esenciales de su biosíntesis en Gentiana lutea L. var. aurantiaca. Las plantas de maíz y arroz se transformaron con los genes de los factores de transcripción ZmMYB y ZmPBF. Se analizó la expresión génica transitoria y se realizó transformación estable. Los resultados obtenidos indicaron que tanto ZmPBF como ZmGAMYB pueden transactivar la expresión de ZmBCH2 en endospermo de maíz, y ZmPBF y ZmGAMYB transactivar independientemente el promotor de ZmBCH2 en arroz. Los dos parálogos de IPPI (OsIPPI1 y OsIPPI2) aislados previamente en arroz tuvieron un patrón de expresión diferente; el ARNm de OsIPPI1 fue más abundante que el ARNm de OsIPPI2 en todos los tejidos. Se usó la microscopía de fluorescencia confocal y microscopía inmunoelectrónica para determinar la localización de ambas proteínas. Estas se localizan en el retículo endoplásmico (RE), así como en los peroxisomas y las mitocondrias, mientras que solo se detectó OsIPPI2 en los plastidios. La detección de ambas isoformas en el RE indica que DMAPP se puede sintetizar de novo en este compartimiento. Diferentes técnicas como UPLC, GC-MS y qRT-PCR también se utilizaron para perfilar los metabolitos primarios y secundarios y la expresión génica en plántulas de arroz des-etioladas. Los resultados revelaron que los genes involucrados en la en el metabolismo primario y secundario están regulados por la luz, especialmente en la biosíntesis de isoprenoides en hojas de arroz. Once derivados de pelargonidina se identificaron en los pétalos de G. lutea y se perfilaron los genes de la vía de biosíntesis, revelando que DFR, ANS y 3GT afectan principalmente a la acumulación de los glucósidos de pelargonidina. Todos estos resultados contribuyen al conocimiento, a diferentes niveles, de la regulación de las rutas biosinteticas de los carotenoides en plantas superiores.
This thesis mainly focuses on functional analysis and characterization of a number of secondary metabolite biosynthetic genes and the regulation of the corresponding secondary metabolite biosynthetic pathway in plants. The overall aims were to elucidate the transcriptional regulation of β-carotene hydroxylase 2 gene (BCH2) in maize, the functional analysis of rice isopentenyl diphosphate isomerases (OsIPPI), and determine their subcellular localization. Simultaneously, the influence of light on the metabolic pathway in rice was studied and the pelargonidin quantification and essential pelargonidin biosynthesis genes in Gentiana lutea L. var. aurantiaca were identified. Maize and rice plants were transformed with transcription factor genes ZmMYB and ZmPBF, via transient gene expression and stable transformation respectively. The results indicated that both ZmPBF and ZmGAMYB can transactivate ZmBCH2 expression in maize endosperm and ZmPBF and ZmGAMYB independently transactivate the ZmBCH2 promoter in rice. The two IPPI paralogs (OsIPPI1 and OsIPPI2) isolated previously in rice had a different expression pattern; OsIPPI1 mRNA was more abundant than OsIPPI2 mRNA in all tissues. Confocal fluorescence microscopy and immuno-electron microscopy were used to determine the localization of both proteins. These localized to the endoplasmic reticulum (ER) as well as peroxisomes and mitochondria, whereas only OsIPPI2 was detected in plastids. The detection of both isoforms in the ER indicates that DMAPP can be synthesized de novo in this compartment. UPLC, GC-MS and qRT-PCR were used to profile the primary and secondary metabolites and gene expression in de-etioleted rice seedlings. The results revealed both primary and secondary metabolism and the corresponding genes are regulated by light, especially isoprenoids biosynthesis in rice leaves. Eleven pelargonidin derivatives were identified in the petals of G. lutea and the biosynthetic pathway genes were profiled, revealing DFR, ANS and 3GT mainly affect the accumulation of pelargonidin glucosides. Collectively my results provide novel insights of the regulation of carotenoid and flavonoid biosynthesis in higher plants at different levels.
Biotecnologia; Plantes; Carotenoides; Plantas; Biotechnology; Plants; Carotenoids
577 - Material bases of life. Biochemistry. Molecular biology. Biophysics
Bioquímica i Biologia Molecular
ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.
