Engineering synthetic pathways for βcarotene production in Nicotiana benthamiana leaves

Abstract

[ES] Los carotenoides son pigmentos plastídicos de interés nutricional como precursores de la vitamina A y como antioxidantes y fitonutrientes saludables. Se han desarrollado diversos métodos para incrementar la producción de carotenoides en hojas verdes. Concretamente, la sobreexpresión de crtB, un gen bacteriano que codifica una fitoeno sintasa, desencadena la diferenciación de los cloroplastos de las hojas en estructuras similares a cromoplastos que acumulan altos niveles de ß-caroteno, el carotenoide de la provitamina A. Por otro lado, genes bacterianos también se pueden usar para la construcción de una ruta sintética entera del ß-caroteno en el citosol de células foliares. El primer objetivo de este trabajo fue analizar estrategias para mejorar la producción de ß-caroteno en los cromoplastos artificiales que se obtienen de las hojas que expresan crtB. Para ello, enzimas aumentan el suministro de sus precursores se coexpresaron junto con crtB en hojas de Nicotiana benthamiana mediante agroinfiltración. Después se combinó esta estrategia con la ruta citosólica sintética para aumentar la producción general de ß-caroteno y la capacidad antioxidante.

[EN] Carotenoids are plastidial pigments of nutritional interest as vitamin A precursors and health-promoting phytonutrients and antioxidants. Several strategies have been developed to boost carotenoid production in green leaves. Namely, the overexpression of crtB, a bacterial gene encoding a phytoene synthase, triggers the differentiation of leaf chloroplasts into chromoplast-like plastids that accumulate high levels of ß-carotene, the main pro-vitamin A carotenoid. Bacterial genes can also be used to build an entire synthetic pathway to produce ß-carotene in the cytosol of leaf cells. The first aim of this work was to analyze strategies to further improve the production of ß-carotene in the artificial chromoplasts that develop in crtB-expressing leaves. For that end, enzymes known to enhance the supply of their natural precursors were co-expressed with crtB in Nicotiana benthamiana leaves by agroinfiltration. Then, this strategy was combined with the synthetic cytosolic pathway to boost overall ß-carotene production and antioxidant capacity.