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Title in Portuguese: Análise proteômica quantitativa de folhas, raízes e sementes de pinhão manso (Jatropha curcas L.) com teores contrastantes de ésteres de forbol
Title: Quantitative proteomic analysis of leafes, roots and seeds of physic nut (Jatropha curcas L.) with contrasting contents of phorbol esters
Author: Farias, Andreza Raquel Barbosa de
Advisor(s): Campos, Francisco de Assis de Paiva
Co-advisor(s): Nogueira, Fábio César Sousa
Keywords: Biossíntese
Casbeno sintase
Sementes oleaginosas
Proteômica
Terpenóides
Issue Date: 2019
Citation: FARIAS, Andreza Raquel Barbosa de. Análise proteômica quantitativa de folhas, raízes e sementes de pinhão manso (Jatropha curcas L.) com teores contrastantes de ésteres de forbol. 2019. 120 f. Tese (Doutorado em Agronomia Fitotecnia) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Abstract in Portuguese: O pinhão manso (Jatropha curcas L.) merece destaque dentre as espécies oleaginosas potenciais para produção de biocombustíveis. A planta apresenta alto teor de óleo em suas sementes, e o resíduo gerado a partir da extração do óleo, sua torta, possui características que podem aumentar o valor econômico da cultura. No entanto, o uso da torta é limitado devido a compostos tóxicos, os ésteres de forbol (EF). Apesar de bem definida a toxicidade e suas desvantagens, o melhoramento da espécie, a fim de reduzir esses compostos, ainda não é eficiente devido à falta de informações sobre sua biossíntese. Este trabalho objetivou o estudo proteômico de endosperma, folhas e raízes de pinhão manso, de dois acessos com teores contrastantes de EF, visando identificar proteínas envolvidas na biossíntese dos EF e estabelecer o tecido onde o mesmo é sintetizado. Para tanto, endosperma, folhas e raízes de pinhão manso tiveram suas proteínas extraídas em tampão piridina/SDS, passaram por hidrólise enzimática fazendo uso de tripsina, e os peptídeos obtidos após a digestão foram submetidas a análises quantitativas por espectrometria de massas. Utilizaram-se a marcação isobárica com o reagente iTRAQ e estratégias livres de marcação. A análise proteômica dos três tecidos resultou na identificação de um total de 5068 proteínas. Destas, apenas 283 são compartilhadas entre os três tecidos, o que corresponde a 5,6% do total de identificações; 115 proteínas são exclusivas de endosperma, 403 exclusivas de folha e 3091 proteínas apareceram exclusivamente em raízes, considerando os parâmetros estabelecidos neste estudo. As vias metabólicas de interesse foram analisadas, a biossíntese de lipídeos em endosperma revelou proteínas como oleosinas e lipases em ambos os acessos, e apesar de algumas proteínas relacionadas ao armazenamento de óleo terem sido identificadas apenas no acesso de alto teor de ésteres de forbol, a relação entre a toxicidade e a produção de óleo não pode ser bem estabelecida sem testes adicionais. Nas folhas, as proteínas relacionadas a biossíntese de proteínas foram as mais abundantes, seguidas daquelas relacionadas a fotossíntese, com destaque para o acesso de alto teor de ésteres de forbol. Quando verificada a síntese de terpenos, a maior parte das proteínas identificadas estava localizada nas raízes de pinhão manso, dentre elas identificamos proteínas como o geranil geranil difosfato sintase e a enzima casbeno sintase, ambas envolvidas na biossíntese de precursores de diterpenos, ressaltando que a casbeno sintase não havia sido verificada em análises proteômicas nesta espécie até o momento. Ainda nas raízes também foram identificados transportadores de terpenos. Os resultados obtidos nesse estudo sugerem que os ésteres de forbol apesar de acumulados nas sementes de pinhão manso, são sintetizados em suas raízes e transportados para as demais partes da planta. Sendo assim, tais resultados servem como subsídios para estudos posteriores que visem à redução dos componentes tóxicos na cultura, o que garantirá o melhor aproveitamento de seu potencial.
Abstract: Jatropha curcas L. is worth mentioning among the oleaginous species potential for the production of biofuels. The plant presents high oil content in its seeds, and the residue generated from the extraction of the oil, its pie, has characteristics that can increase the economic value of the crop. However, the pie use is limited due to toxic compounds, phorbol esters (PE). Although the toxicity and its disadvantages are well defined, the breeding of the species in order to reduce these compounds is still not efficient due to the lack of information about its biosynthesis. This work aimed at the proteomic study of endosperm, leafes and roots of jatropha, of two accessions with contrasting levels of PE, in order to identify proteins involved in the biosynthesis of such compounds and establish the tissue where it is synthesized. For this purpose, endosperm, leafs and roots of physic nut had their proteins extracted in pyridine / SDS buffer, underwent enzymatic trypsin hydrolysis, and the peptides obtained after the digestion were submitted to quantitative analysis by mass spectrometry using isobaric labeling with the iTRAQ reagent as well as free labeling strategies. Proteomic analysis of the three tissues resulted in the identification of a total of 5068 proteins. Of these, only 283 are shared between the three tissues, corresponding to 5.6% of the total identifications; 115 proteins are endosperm exclusive, 403 leaf exclusive and 3091 proteins appeared exclusively in roots, considering the parameters established in this study. Metabolic pathways of interest were analyzed, liposome biosynthesis in endosperm revealed proteins such as oleosins and lipases in both accesses, and although some oil storage related proteins were only identified in the highcontent access of phorbol esters, the correlation between toxicity and oil production can not be well established without additional testing. In the leafes the proteins related to protein biosynthesis were the most abundant, followed by those related to photosynthesis, with emphasis on the high content of phorbol esters. When the synthesis of terpenes was verified, most of the identified proteins were located in the jatropha roots, among them we identified proteins such as geranil geranyl diphosphate synthase and the casbene synthase (CS), both involved in the biosynthesis of diterpene precursors, emphasizing that the CS has not been verified in proteomic analyzes in this species until the moment. Also, in the roots, terpene transporters were also identified. The results obtained in this study suggest that the phorbol esters, although accumulated in jatropha seeds, are synthesized in their roots and transported to the other parts of the plant. Therefore, these results serve as subsidies for further studies, aimed at reducing the toxic components in the crop, which guarantees the best use of its potential.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/46998
metadata.dc.type: Tese
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