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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