Producción de astaxantina en plantas utilizando vectores virales

Abstract

[ES] La astaxantina es un carotenoide de gran importancia utilizado en la industria alimentaria. Suscita además un interés debido a sus potenciales aplicaciones como antioxidante en campos como la medicina y la farmacología. En la actualidad los avances en biotecnología de plantas permiten la producción de compuestos valiosos a nivel industrial en plantas biofactoría. En este trabajo se investigó la expresión de dos genes de la ruta de biosíntesis de astaxantina en plantas de tabaco mediante un vector viral derivado del virus del grabado del tabaco (TEV) para producir este valioso compuesto. Las enzimas β-caroteno hidroxilasa (crtZ) y β-caroteno quetolasa (crtW) de Adonis aestivalis se expresaron en Nicotiana benthamiana y en Nicotiana tabacum utilizando dos configuraciones distintas del vector. La primera con el vector viral completo y la segunda con una versión del vector al que le faltaba la RNA polimerasa RNA dependiente (NIb). En este segundo caso, se inocularon plantas que expresaban NIb a través de un transgén. Solo el vector con deleción de NIb fue infeccioso. Todas las plantas inoculadas con este vector se infectaron, pero solo una de seis N. tabacum y cuatro de seis N. benthamiana produjeron una pigmentación cobriza compatible con la acumulación de astaxantina. Los análisis metabólicos demostraron la acumulación de estos compuestos en los tejidos pigmentados de plantas infectadas. En conclusión, la utilización de un vector TEV con NIb delecionada permite la producción de astaxantina en plantas de tabaco en tan solo dos semanas.

[EN] Astaxanthin is an important carotenoid used in the food industry. It is also of interest due to its potential applications as an antioxidant in fields such as medicine and pharmacology. Nowadays, advances in plant biotechnology allow the production of industrially valuable compounds in biofactory plants. In this work, the expression of two genes of the astaxanthin biosynthesis pathway in tobacco plants was investigated using a viral vector derived from tobacco etch virus (TEV) to produce this valuable compound. The enzymes β-carotene hydroxylase (crtZ) and β-carotene ketolase (crtW) from Adonis aestivalis were expressed in Nicotiana benthamiana and Nicotiana tabacum using two different vector configurations. The first with the complete viral vector and the second with a version of the vector lacking the RNA-dependent RNA polymerase (NIb). In this second case, plants expressing NIb were inoculated through a transgene. Only the NIb-deleted vector was infectious. All plants inoculated with this vector were infected, but only one of six N. tabacum and four of six N. benthamiana produced a coppery pigmentation compatible with astaxanthin accumulation. Metabolic analyses showed accumulation of these compounds in pigmented tissues of infected plants. In conclusion, the use of a TEV vector with deletion of NIb allows the production of astaxanthin in tobacco plants in only two weeks.