Caracterização funcional de novas enzimas relacionadas à produção de óleo em oleaginosas

Abstract

Novas fontes de combustíveis e produtos não baseados no óleo de petróleo são necessárias na sociedade moderna. Uma das alternativas é o óleo derivado de plantas. Os triglicerídeos (TAGs), componentes dos óleos vegetais, são os principais lipídeos de estoque em plantas. O entendimento de como os triglicerídeos são formados é importante para o desenvolvimento de estratégias visando melhorar o conteúdo e a composição de óleos nutricionais e industriais. As diacilglicerol aciltransferases (DGATs) são as enzimas chave para biossíntese de TAGs e catalisam a condensação do diacilglicerol (DAG) e dos ácidos graxos à formação de triglicerídeos. Diversos tipos de genes DGAT já foram identificados em plantas. DGAT1 e DGAT2 são enzimas ligadas a membranas já bem caracterizadas, mas pouco é sabido sobre a isoforma DGAT3 solúvel na maioria de espécies de plantas. O objetivo deste estudo foi caracterizar as duas isoformas de DGAT3 (GmDGAT3A e GmDGAT3B) de soja (Glycine max), a principal fonte de óleo vegetal do Brasil, e de mamona (Ricinus communis, RcDGAT3), oleaginosa que possui altos níveis de ácido ricinoleico em sua semente. Plantas de Arabidopsis thaliana expressando de forma heteróloga a RcDGAT3 de mamona não apresentaram diferença no perfil de ácidos graxos em suas sementes. Leveduras mutantes para a biossíntese de TAGs foram incapazes de recuperar o fenótipo mutante quando expressam GmDGAT3A, GmDGAT3B, ou RcDGAT3. A suplementação dessas leveduras com ácido linoleico, ou ácido linolênico não resultou na síntese de triglicerídeos, indicando que GmDGAT3A e GmDGAT3B necessitam de um conjunto diferente de substratos não encontrados nas células de leveduras. Folhas de Nicotiana benthamiana expressando fusões traducionais de GmDGAT3A, GmDGAT3B, ou RcDGAT3 com proteínas fluorescentes, mostraram que GmDGAT3B é parcialmente co-localizada com o retículo endoplasmático, enquanto GmDGAT3A é concentrada em pequenos pontos citosólicos, e simultaneamente espalhada pela célula. A expressão heteróloga de RcDGAT3-CFP tanto em folhas de N. benthamiana, quanto em folhas de Arabidopsis mostrou uma localização similar a GmDGAT3A-GFP, ou seja, as proteínas estavam localizadas em pontos no citosol das células vegetais. O principal papel da DGAT3 nessas oleaginosas ainda não é claro, mas é provável que estas enzimas tenham propriedades bioquímicas diferentes dos ortólogos já descritos.

New fuel sources and non-petroleum oil based products are needed in modern society. One of the alternatives is the oil derived from plants. Triacylglycerides (TAGs) are main components of vegetal oil and constitute the major stock of lipids in plants. The understanding of how triacylglycerides are produced is important for the development of strategies aiming to improve the content and composition of nutritional and industrial oils. Diacylglycerol Acyltransferases (DGATs) are the key enzymes for TAG biosynthesis as they catalyze the condensation of diacylglycerol (DAG) to fatty acids for triacylglycerides formation. Several types of DGAT have been identified in plants. DGAT1 and DGAT2 are well characterized membrane-bound enzymes, but little is known about the soluble DGAT3 isoform in most plant species. The aim of this study was to characterize the two DGAT3 isoforms (GmDGAT3A and GmDGAT3B) of soybean (Glycine max), the main plant oil source in Brazil, and the castor bean DGAT3 isoform (Ricinus communis, RcDGAT3), oleaginous plant that contains high levels of ricinoleic acid in its seeds. Arabidopsis thaliana plants heterologously expressing RcDGAT3 from castor bean did not display differences in their seed fatty acid profiles. Mutant yeast for TAG biosynthesis was unable to recover the mutant phenotype when GmDGAT3A, GmDGAT3B, or RcDGAT3 are expressed. Even with supplementation of linoleic acid, or linolenic acid, triacylglyceride synthesis did not take place, indicating that GmDGAT3A and GmDGAT3B need different substrates not found in yeast cells. Nicotiana benthamiana leaves expressing translational fusions of GmDGAT3A, GmDGAT3B, or RcDGAT3 with fluorescent proteins, showed that GmDGAT3B is partially co-localized with the endoplasmic reticulum, whereas GmDGAT3A is either concentrated in small cytosolic spots or widespread in the cell. The heterologous expression of RcDGAT3-CFP either in N. benthamiana leaves or in Arabidopsis leaves showed similar localization to GmDGAT3A-GFP, in which the proteins are localized in cytosolic spots in plant cells. The DGAT3 main role in these oleaginous plants is still unclear, but it is likely that these enzymes display different biochemical properties from the previously described orthologues.