Manipulação de cereais para acúmulo de lisina em sementes

Abstract

RESUMO: A lisina é um aminoácido essencial cuja via de biossíntese faz parte da via metabólica do ácido aspártico, pela qual são também sintetizados os aminoácidos treonina, metionina e isoleucina. Além disso, a lisina é o principal aminoácido limitante em todos os cereais e por cerca de 30 anos a via do ácido aspártico tem sido estudada em plantas, com o intuito de desvendar e caracterizar os principais pontos chave na regulação das vias de biossíntese desses aminoácidos. Duas etapas distintas, uma primeira originada a partir do desenvolvimento da cultura de tecidos (anos 70-80) e a segunda a partir do desenvolvimento de técnicas para a transformação de plantas (anos 90), permitiram que mutantes bioquímicos e plantas trangênicas fossem produzidos com alterações específicas em passos metabólicos chave, levando à superprodução e acúmulo de treonina em vários tecidos das plantas. Entretanto, a acumulação de lisina em sementes não foi obtida. Tal fato, associado a estudos bioquímicos da via de degradação da lisina em cereais e em leguminosas, indicou que a manipulação da degradação seria tão ou mais importante que a manipulação da biossíntese de lisina para o acúmulo deste aminoácido em sementes dos cereais . Em milho, o uso e estudo de outros mutantes tais como o opaco-2 e variedades QPM (Quality Protein Maize) contribuíram significativamente para a compreensão dos eventos regulatórios. As estratégias para a obtenção de materiais ricos em lisina e sua relevância à manipulação de outros aminoácidos são revisados. Palavras-chave: lisina, nutrição, aminoácidos essenciais, cereais MANIPULATING CEREAL CROPS FOR HIGH LYSINE ACCUMULATION IN SEEDSABSTRACT: The nutrition value of a protein is directly related to its amino acid composition. Some of these amino acids, termed essential amino acids, cannot be synthesized by humans and therefore must be supplied in the diet for adults and in particular for infants and children. Lysine is an essential amino acid synthesized via the aspartic acid metabolic pathway, in which threonine, methionine and isoleucine are also endproducts. Moreover, lysine is the first limiting amino acid in all cereal grains. For over 30 years, the aspartic acid metabolic pathway has been studied in higher plants with the aim of identifying and characterizing the key regulatory points controlling the biosynthetic pathway. Two clear distinct time periods, one begining with the development of tissue culture techniques (1970-80's) and the second with the development of plant transformation techniques (90's), has encouraged the production of biochemical mutants and transgenic plants with specific alterations in key enzymes of the pathway, leading to the overproduction and accumulation of threonine in all plant tissues. However, the accumulation of lysine in seeds has been particularly difficult to achieve. Such an observation, associated with the recent biochemical studies on lysine degradation in cereal and legume plant species, has indicated that the manipulation of lysine degradation is as important as t...

Distribution of soluble amino acids in maize endosperm mutants

“…This information suggests that the amount of lysine in cereal grains could be dependent upon the manipulation of the enzymes LOR and SDH, which are involved in lysine degradation (Molina et al, 2001), as observed for the o2 mutant, which has reduced activity for these enzymes when compared to wild-type genotypes (Brochetto-Braga et al, 1992).…”

“…Among the essential amino acids, lysine is synthesized through the aspartic acid metabolic pathway, which also leads to the formation of threonine, methionine and isoleucine . Regulation of the aspartic acid pathway occurs by negative or positive feedback from key enzymes (Molina et al, 2001). Some of them, such as aspartate kinase (AK), homoserine dehydrogenase (HSDH) and dihydrodipicolinate synthase (DHDPS), involved in lysine and threonine synthesis, were identified as major points of carbon flow control, through the pathway.…”

“…Many endosperm mutations are characterized by a change in the synthesis of storage proteins in maize seeds (Molina et al, 2001). The most studied and utilized mutants in breeding programs aiming at maize protein quality have been the opaque-2 (o2) (Gaziola et al, 1999) and the floury-2 (fl2) (Nelson et al, 1965).…”

Composição de aminoácidos em gerações precoces de feijão obtidas a partir de cruzamentos controlados com parental de alto teor de cisteína

“…O valor nutritivo de uma proteína está estreitamente relacionado à proporção de aminoácidos que a compõem (MOLINA et al, 2001). A metionina é um aminoácido essencial que deverá ser fornecido nas dietas, pois sua síntese no organismo é inadequada para satisfazer as necessidades metabólicas (LAJOLO & TIRAPEGUI, 1998).…”

Caracterização das proteínas de reserva em linhagem QPM e estudo bioquímico da enzima homoserina quinase (HK) em sementes de milho (Zea mays L.)

“…O valor nutritivo de uma proteína está relacionado à proporção de aminoácidos que a compõe (MOLINA et al, 2001), sendo este valor limitante tanto pela deficiência quanto pelo excesso de determinado aminoácido. Estas limitações representam, por um lado, problemas na nutrição humana e animal, as quais acarretam na necessidade de complementação da dieta com outras fontes protéicas, por outro lado, a contaminação ambiental devido ao excesso de nitrogênio excretado é uma das conseqüências do excesso de determinados aminoácidos (OENEMA, 2004).…”