Stange´s Research interest

Los carotenoides son moléculas isoprenoides sintetizados en plastidios de plantas y en algunas algas, bacterias y hongos. Son esenciales para el desarrollo de las plantas ya que participan en la fotosíntesis y en fotoprotección. Además son precursores de hormonas vegetales como el ácido abscísico (ABA) y estrigolactonas y de compuestos volátiles que confieren aroma a frutos y flores. Debido al color amarillo, naranjo y rojo que otorgan a éstos órganos vegetales participan en la polinización y en la dispersión de semillas. En animales, son precursores de la vitamina A y actúan como poderosos antioxidantes, capaces de retardar el envejecimiento y prevenir enfermedades como el cáncer.

La Regulación de la síntesis de carotenoides en muchos modelos vegetales es activada por la luz atreves de los fotorreceptores, la cual induce la transcripción de genes carotenogénicos lo que se traduce en la diferenciación de cloroplastos a cromoplastos, con un concomitante aumento de carotenoides en hojas y frutos durante la maduración.  Por otro lado, existen genes parálogos de las enzimas de síntesis de carotenoides en modelos como tomate, arroz y maíz, los cuales poseen una función órgano específica o son regulados a nivel transcripcional por estrés abiótico, ABA o luz.

Estudio de la regulación en la biosíntesis de carotenoides en Daucus carota L. (zanahoria)

Mi interés se centra en estudiar la regulación de la biosíntesis de carotenoides en zanahoria, un modelo vegetal nuevo en el cual se sintetizan carotenoides como α-caroteno y β-caroteno en hojas en presencia de luz y en la raíz, desarrollada en oscuridad. Durante estos años hemos caracterizado la función de varios genes de la síntesis de carotenoides y su participación en otorgar mayor fitness a las plantas y tolerancia a estrés salino.

  1. Respecto a la tolerancia a estrés abiótico, determinamos que Psy2 y no Psy1, genes que codifican para la enzima fitoeno sintasa, clave de la síntesis de carotenoides, es inducido por estrés salino y ABA. Además, identificamos y caracterizamos factores de transcripción regulados por ABA que se unen al promotor de PSY2 activando su expresión en condiciones de estrés abiótico. Por otro lado, se identificaron factores de transcripción de la familia Alfin en D.carota que participan en otorgar tolerancia a estrés abiótico. Nuestros resultados demuestran que plantas transgénicas de Arabidopsis son más tolerantes a sequía y salinidad. Basados en esta información hemos generado portainjertos de Kiwi más tolerantes a estrés abiótico.
  2. Respecto al fitness, observamos que la expresión del gen Lcyb, involucrado en la síntesis de b-caroteno genera plantas transgénicas de mayor tamaño, mayor numero de semillas, mejor capacidad fotosintética, entre otros. Esto obedece a que las plantas poseen mayor cantidad de carotenoides, clorofilas y giberelina.
  3. Respecto a la regulación de la síntesis de carotenoides en D.carota hemos determinado que la luz inhibe el desarrollo normal de la raíz de reserva, afecta la diferenciación de plastidios, altera la expresión de genes clave en la síntesis de α-caroteno y β-caroteno e inhibe la acumulación de carotenoides. Realizamos un análisis transcriptómico de la raiz de reserva para identificar genes regulados por luz/oscuridad que participarían en el desarrollo y síntesis de carotenoides en zanahoria. De manera sorpresiva identificamos que genes regulados por luz como fitocromo (PHYA, PHYB) entre otros se encuentran sobre representados en la raiz en oscuridad. Actualmente estamos caracterizando funcionalmente dichos genes candidatos mediante silenciamiento génico, sobre expresión, localización subcelular, complementación heteróloga en E. coli, BIFC (Bimolecular fluorescence complementation), CHIP (Chromatin immunoprecipitation), RT-PCR en tiempo real y composición de carotenoides por HPLC.

Desarrollo de variedades de manzana (Malus domestica) con mayor contenido en carotenoides.

La síntesis de carotenoides también la estudiamos en frutos de Malus doméstica, órgano que acumula muy pocos niveles de carotenoides, pero en el cual se expresan los genes para la síntesis de β-caroteno. La funcionalidad de los genes carotenogénicos ha sido determinada de manera tal de poder entender la baja acumulación de estos pigmentos.

Los hallazgos realizados han permitido desarrollar proyectos biotecnológicos que buscan aumentar el contenido de carotenoides en frutos de manzana utilizando ingeniería genética y nuevas técnicas de mejoramiento genético (NBT) aprobadas por la normativa nacional como no OGM. Respecto a ello, el proyecto Corfo (17CONTEC-83611) propone el desarrollo de nuevas variedades de manzano con mayor contenido de carotenoides y reducido pardeamiento usando CRISPR/Cas9.