Análisis in vivo del metabolismo liposintético en semillas de girasol (Helianthus annus L.)

Abstract

Se cree que el girasol (Helianthus annus L.) tiene su origen en el suroeste de Norte América y que domesticado originariamente en el área centro-oeste del actual EEUU hacia el año 5000 a.d.C. El cultivo se introdujo en Europa en el siglo XVI inicialmente como una planta ornamental y más tarde se desarrolló para alimento y usos medicinales, siendo en Rusia a lo largo del siglo XIX donde comenzó a ser usado como cultivo oleaginoso (Fick, 1989). Debido a sus elevados contenidos en aceite y proteínas, las semillas oleaginosas constituyen uno de los principales cultivos de la agricultura mundial. El cultivo de girasol, con más de 9 millones de Tm de aceite producido anualmente, ocupa el cuarto lugar a nivel mundial detrás de la soja, palma y colza. En Europa, debido a razones climatológicas y socioeconómicas ocupa el segundo lugar por detrás del cultivo de colza, situándose la producción del pasado año 2003 en 4,8 millones de Tm. España, con una producción media anual de 480.000 Tm de aceite en los últimos 10 años, se encuentra entre los principales productores mundiales de aceite de girasol, siendo sólo superada por Francia, Argentina y por los países miembros de la extinta URSS: Ucrania y la Federación Rusa. (FAOSTAT 2003). La incubación de semillas de girasol en desarrollo con [14C]acetato y el posterior análisis de la radioactividad incorporada a los ácidos grasos de la fracción de TAG reflejan la síntesis in vivo de ácidos grasos, principalmente síntesis intraplastidial, y además permite diferenciar entre distintos genotipos afectados en distinta actividades enzimáticas responsables de la síntesis de novo de ácidos grasos. La incubación de semillas de girasol en desarrollo con [14C]acetato y metil viológeno reduce el marcaje de ácido oleico e incrementa el de ácido esteárico de los ácidos grasos sintetizados de novo que se incorpora a la fracción de triacilglicéridos del aceite de las semillas. En líneas de girasol alto-olieco, el índice de saturación para 10 mM de metil viológeno indica las potencialidades existentes en el genoma de la planta por incrementar el contenido de ácido esteárico de los segregantes fruto del cruce con plantas mutantes alto esteáricos CAS-3. La actividad KAS II presente en semillas de girasol en desarrollo podría utilizar un exceso de 18:0-ACP como substrato para producir 20:0-ACP en el interior del plastidio. Se ha puesto de manifiesto la existencia de un ritmo biológico en el metabolismo lipisintético de semillas de girasol en desarrollo, este ritmo es reproducible en distintas condiciones ambientales. Las variaciones periódicas observadas en la composición de ácidos grasos marcados dentro de la fracción de TAG, sugieren la existencia de variaciones cualitativas en la maquinaria enzimática responsable de la síntesis intraplastidial de ácidos grasos, junto con las oscilaciones en el flujo de carbono que legan a las semillas, durante los ciclos luz/oscuridad. Esta hipótesis se ve apoyada por las fluctuaciones rítmicas medidas en la actividad enzimática estearil-ACP desaturasa. Los plastidios aislados de semillas de girasol en desarrollo de 17 y 24 DDF no incorporan [1-14C]glucose 6-phosphate (Glc6P) dentro de la fracción de ácidos grasos. El malato, cuando se les suministra sólo es, el responsable de las mayores tasas de síntesis de ácidos grasos para ambas edades. El piruvato es responsable de unas tasas de síntesis de ácidos grasos comparables a las obtenidas con mulato, pero solo cuando es incubado junto con Glc6P. El efecto estimulador que tiene la Glc6P sobre la utilización de piruvato como fuente de carbono para la síntesis de ácidos grasos en plastidios de 17 DDF, se relaciona con la rápida utilización de Glc6P a través de la ruta oxidativa de las pentosas fosfato a esta edad. Nuestras observaciones realizadas sobre la tasa de utilización de los distintos metabolitos para la síntesis intraplastidial de ácidos grasos y el flujo de carbonos a través de la OPPP, son consistentes con la regulación redox de la OPPP a partir de la actividad plastidial glucosa-6-fosfato deshidrogenasa debida a la demanda de poder reductor en forma de NADPH. Se ha clonado parcialmente el mRNA que codifica al transportador de Glc6P presente en la membrana de plastidios de semillas de girasol en desarrollo.