Desarrollo de virus recombinantes para inducir la acumulación de carotenoides en tejidos comestibles

Abstract

Plant viruses are pathogenic agents able to produce important economic loss in many crops. However, some can be domesticated to become biotechnological tools that can induce the production of interesting compounds in biofactory plants. This activity is named ¿molecular farming¿. Previous research showed that the expression of phytoene synthase (crtB), a key enzyme of carotenoid biosynthesis in the soil bacterium Pantoea ananatis, in some viral vectors derived from tobacco etch virus (TEV), potato virus X (PVX) or tobacco mosaic virus (TMV) induces the accumulation of carotenoids in the infected tissues turning its color into yellow. Chromatographic analysis demonstrated that this color is mainly due to a decrease in chlorophyll level and an increase in carotenoids such as lutein and ß-carotene, both compounds with great nutritional and pharmacological interest. The aim of this project has been to analyze if expression of P. ananatis crtB by means of viral vectors derived from two different isolates of turnip mosaic virus (TuMV; genus Potyvirus, family Potyviridae) in leaf tissues of edible plants also induces the accumulation of nutritional carotenoids. The reason to use TuMV as a vector is the broad host range. In addition, two different TuMV isolates, UK1 and JPN1 that produce aggressive and mild symptoms respectively, were available. In his context, Nicotiana benthamiana plants were inoculated with clones of both viral isolates that expressed crtB. While a visible carotenoid production was obtained with TuMVJPN1-crtB, TuMVUK1-crtB quickly killed the plants. On the contrary, when edible plants were inoculated with TuMVUK1-crtB, yellow pigmentation was obtained in plants such as rocket salad or spinach. However, TuMVJPN1-crtB isolate showed to be too weak to induce yellow pigmentation in these plants.

Los virus que infectan plantas son agentes patógenos que en general provocan graves pérdidas en muchos cultivos agrícolas. Sin embargo, algunos virus se pueden domesticar y convertir en herramientas biotecnológicas capaces de inducir la producción de compuestos de interés en plantas biofactoría, una actividad denominada ¿molecular farming¿. Investigaciones previas han mostrado que la expresión de la fitoeno sintasa (crtB), una enzima clave en la ruta de biosíntesis de los carotenoides de la bacteria del suelo Pantoea ananatis, mediante vectores virales derivados del virus del grabado del tabaco (TEV), el virus X de la patata (PVX) o el virus del mosaico del tabaco (TMV) induce la acumulación de carotenoides en el tejido infectado hasta el punto que éste se vuelve amarillo. Mediante análisis cromatográfico se demostró que este color se debe, fundamentalmente, a una disminución en el nivel de acumulación de las clorofilas y un aumento de carotenoides como la luteína y el beta-caroteno, que son compuestos de gran interés desde el punto de vista nutricional y farmacológico. El objetivo de este proyecto ha sido analizar si la expresión de crtB de P. ananatis mediante vectores virales derivados de dos aislados del virus del mosaico del nabo (TuMV; género Potyvirus, familia Potyviridae) en tejidos foliares de plantas comestibles también induce la acumulación de carotenoides de interés nutricional. La razón de usar el TuMV como vector es que tiene una gama de huéspedes muy amplia. Además, se disponía de dos aislados diferentes del virus, UK1 y JPN1, que se caracterizan por producir síntomas agresivos y suaves, respectivamente. En este contexto, se inocularon plantas de Nicotiana benthamiana con clones de ambos aislados virales que expresaban crtB. Se obtuvo una producción visible de carotenoides con el TuMVJPN1-crtB, mientras que con el TuMVUK1-crtB la muerte de las plantas era demasiado rápida. Por el contrario, en la inoculación posterior de plantas comestibles con el aislado TuMUK1-crtB se obtuvo pigmentación amarilla en plantas como la rúcula o la espinaca, mientras que el aislado TuMVJPN1-crtB demostró ser demasiado débil para producir pigmentación alguna.