Análisis bioquímicos y moleculares de la biosíntesis de carotenos en diferentes tejidos de maíz

Abstract

El maíz (Zea mays L.) es el cultivo básico más importante en México, y en los últimos años se ha secuenciado su genoma. En este trabajo se utiliza parte de la información genómica, 2,039 marcadores moleculares y se relaciona con el contenido de carotenos en líneas endogámicas recombinantes de maíz de la cruza B73 × Mo17 (IBM-RILs) para detectar loci de caracteres cuantitativos (QTLs). En la primera fase, se estudió el contenido de carotenos en las hojas, ya que éstos disipan la energía lumínica utilizada en la fotosíntesis, influyendo así en la tasa fotosintética y en el rendimiento de los cultivos. Se midió el contenido de luteína, β-caroteno, α-caroteno, β-criptoxantina y zeaxantina, y se encontró que β-caroteno representó 80% del total de carotenos. Se identificaron 21 QTLs significativos en los cromosomas 1, 2, 4, 5, 6, 7 y 8. En el bin 1.07 se localizó un QTL (asociado al marcador umc2239) significativo (P ≤ 0.001) con valor aditivo alto para luteína, α-caroteno y β-caroteno. En la segunda fase, se estudió el contenido de algunos carotenos importantes para la alimentación humana por ser precursores de la vitamina A. Se evaluó luteína, β-caroteno, α-caroteno, β-criptoxantina, zeaxantina, provitamina A y total de carotenos en el grano y se realizó un análisis de QTLs para localizar regiones cromosómicas adicionales a las reportadas en la bibliografía y proponer genes candidatos. Los resultados coincidieron con la literatura revisada, pues en grano β-caroteno es el caroteno presente en menor proporción. Se identificaron nuevos QTLs, los más importantes mediante dos marcadores significativos (umc12a y umc1777) para luteína, β-caroteno, β-criptoxantina, zeaxantina y provitamina A en el bin 8.05. También se encontraron concordancias con genes anotados de fitoeno sintasa, ξ-caroteno desaturasa y licopeno ε-ciclasa, y dos genes candidatos para fitoeno sintasa en el bin 6.01. Se concluye que existen situaciones contrastantes en hoja y grano de maíz en cuanto a su contenido de carotenos, así como en el número y ubicación de QTLs identificados. _______________ MOLECULAR AND BIOCHEMICAL ANALYSES OF CAROTENE BIOSYNTHESIS IN DIFFERENT MAIZE TISSUES. ABSTRACT: Maize (Zea mays L.) is the most important staple crop in Mexico, and in recent years its genome has been sequenced. In this study, some of that genomic information is used, 2,039 molecular markers, related to carotene content in maize recombinant inbred lines from the B73 × Mo17 cross (IBM-RILs), in order to detect quantitative trait loci (QTLs). In the first phase, carotenes were studied in leaves because they dissipate the energy of light used in photosynthesis and thus influence the photosynthetic rate and crop yield. Lutein, β-carotene, α-carotene, β-cryptoxanthin and zeaxanthin were measured, and we found that β-carotene represented 80% of total carotenoids. Twenty-one significant QTLs were found on chromosomes 1, 2, 4, 5, 6, 7 and 8. One significant (P ≤ 0.001) QTL (associated to umc2239 marker) with high additive value for lutein, α-carotene and β-carotene was located at the 1.07 bin. In the second phase, the carotene content of some important carotenoids in human nutrition as they are precursors of vitamin A were studied. We evaluated lutein, β-carotene, α-carotene, β-cryptoxanthin, zeaxanthin, provitamin A and total carotenes in the kernel and a QTL analysis was performed in order to identify chromosomal regions other than those reported in literature and to detect candidate genes. Results were consistent with the literature, given that in kernel β-carotene is the carotenoid present in the smallest proportion. New QTLs were identified, the most important ones through two significant markers (umc12a and umc1777) for lutein, β-carotene, β-cryptoxanthin, zeaxanthin and pro-vitamin A at the 8.05 bin. We also found matches to annotated genes phytoene synthase, ξ-carotene desaturase and lycopene ε-cyclase, and two candidate genes for phytoene synthase at bin 6.01. We conclude that there are contrasting situations in maize leaf and kernel concerning their carotene content, as well as in the number and location of the identified QTLs.