OVERESPRIMENTI IL GENE DELLA β-CAROTENE

EFFETTI PARADOSSI IN PIANTE TRANSGENICHE DI POMODORO (S.
lycopersicum) OVERESPRIMENTI IL GENE DELLA β-CAROTENE
IDROSSILASI
G. Diretto*, C. Rosati**, R. Tavazza*, P. Pallara**, B. Camara***, A.R. Fernie****, G.
Giuliano*
*) Ente per le Nuove tecnologie, l'Energia e l'Ambiente (ENEA), Biotechnology Unit, Casaccia Research
Centre, PO Box 2400, Roma 00100AD, Italy
**) Ente per le Nuove tecnologie, l'Energia e l'Ambiente (ENEA), Biotechnology Unit, Trisaia Research
Centre, 75026 Rotondella (MT), Italy
***) CNRS, Plant Molecular Biology Institute, 67084 Strasbourg Cedex, France
****) Max-Planck Institut fur Molekulare Pflanzenphysiologie, Am Mühlenberg 1, 14476 Golm, Germany
Keywords: pomodoro, carotenoidi, consistenza
Le xantofille sono un gruppo di carotenoidi idrossilati che svolgono una serie di funzioni
indispensabili in batteri, piante e animali. Nelle piante, la sintesi dei carotenoidi procede attraverso
intermedi come il licopene (che si accumula nella bacca del pomodoro) e come la zeaxantina
(presente nei fiori di pomodoro e nella bacca dei peperoni gialli), prodotta dall’enzima β-carotene
idrossilasi (βChy) che utilizza il β-carotene come substrato. Il cDNA della βChy1 di peperone,
clonato in orientamento senso sotto il controllo del promotore cromoplasto-specifico PDS, è stato
introdotto in piante di pomodoro (cv MoneyMaker) attraverso trasformazione mediata da
Agrobacterium tumefaciens. I rigeneranti ottenuti sono stati selezionati mediante analisi PCR e
western (che ha confermato la presenza della proteina). Al contrario delle attese, l’analisi HPLC
delle bacche transgeniche, che mostravano un fenotipo arancione, ha rivelato un accumulo in βcarotene (substrato e non prodotto della β-Chy) e una riduzione nel contenuto totale di xantofille.
L’accumulo di β-carotene non è dovuto a silenziamento dei geni β-Chy endogeni. Inoltre, le bacche
β-ChyOx mostrano una serie di fenotipi paradossi, come una significativa riduzione della
consistenza dei frutti ed un ridotto contenuto in osmoliti totali e zuccheri (°Brix). L’analisi dei
profili metabolici ha confermato da un lato la severa riduzione di alcuni zuccheri (saccarosio,
glucosio etc) e dall’altro ha evidenziato un elevato incremento di metaboliti stress-related
(fenilalanina, GABA, idrossiprolina). Non sono state rilevate, invece, differenze statisticamente
significative tra bacche w.t. e transgeniche nel grado di metilesterificazione delle pectine e di
acetilazione dei polisaccaridi di parete. Infine, è stato, osservato un drastico aumento nella
produzione di etilene nelle bacche β-ChyOx. Ulteriori analisi (Real-time PCR, microarray e saggi di
attività enzimatica) sono in corso al fine di chiarire l’effettivo ruolo dell’enzima β-Chy1 negli effetti
paradossi da esso causati.
References:
Bouvier F. et al. (1998). Xanthophyll biosynthesis: molecular and functional characterization of carotenoid
hydroxylases from pepper fruits (Capsicum annuum) L. Biochimica et Biophysica Acta 1391, pp320–328.
Giuliano G. et al. (2000). Metabolic engineering of plant carotenoids. Trends in Plant Science 5, 406-409.