Metabolismo de carbono en semillas oleaginosas

Las semillas almacenan carbono y nitrógeno en forma de lípidos, proteínas y carbohidratos. Estas reservas sustentan la germinación y el crecimiento de las plántulas cuando aún no han desarrollado su capacidad fotosintética. Cada semilla posee una composición particular que define su calidad como materia prima en la alimentación humana y animal, y en la industria de biocombustibles. Además, esta composición puede variar según la genética, el manejo a campo y las condiciones ambientales del cultivo, indicando que los mecanismos responsables de la generación de las sustancias de almacenamiento son susceptibles de ser modificados. Sin embargo, esto no representa una tarea sencilla debido a la complejidad del metabolismo, relacionada con la cantidad de enzimas involucradas, el contexto regulatorio y la variabilidad entre especies. Así, en este trabajo de Tesis se plantea el estudio de los mecanismos moleculares que ocurren durante la maduración y que conducen a la síntesis de compuestos de almacenamiento en semillas oleaginosas. La deposición de reservas depende del aporte de nutrientes provenientes del tejido autotrófico materno y del metabolismo intrínseco que tienen las semillas para aprovecharlos. Así, evaluamos la proporción de carbono:nitrógeno del aporte materno y la hormona ácido abscísico (ABA) como posibles señales que regulan el llenado de la semilla de soja, utilizando experimentos de cultivos in vitro combinados con técnicas de metabolómica y proteómica. La interacción del embrión con los distintos medios produjo una reprogramación metabólica, que impactó finalmente en la abundancia de proteínas de reserva y proteínas relacionadas a los cuerpos oleosos. El ABA produjo efectos comunes, específicos y aún opuestos en las distintas condiciones de carbono y nitrógeno, indicando una interacción entre las señales nutricionales y hormonales. Además, se realizó el análisis comparativo de líneas de soja emparentadas pero con distinta composición de reservas: la línea 39 (baja proteína y alto aceite) y la línea 91 (alta proteína y bajo aceite). Los resultados indicaron cantidades diferenciales de aminoácidos y de los ácidos orgánicos malato y citrato, principalmente en el contenido que el tejido 2 materno vuelca sobre el embrión en la semilla. Estos compuestos son bloques de construcción para la síntesis de lípidos y proteínas de almacenamiento, pero también juegan importantes roles como precursores de metabolitos secundarios, fuentes de energía y moléculas señal. Respecto a enzimas del metabolismo del malato y su funcionalidad en semillas, en este trabajo de Tesis se identificó una isoforma de la enzima málica (EM-NADP1) prácticamente indetectable durante el crecimiento vegetativo normal, pero muy abundante en la semilla de la especie modelo Arabidopsis thaliana. A través de la caracterización fenotípica de plantas mutantes vimos que EM-NADP1 tendría un rol muy especializado como intermediario o efector final en la señalización por ABA, y regularía procesos como la viabilidad y la germinación, importantes blancos de mejoramiento debido a su estrecha relación con el desempeño de las semillas a campo y la productividad. En su conjunto, este trabajo representa un importante avance para lograr comprender en detalle los mecanismos que conducen a la deposición de reservas y definen la calidad final de las semillas oleaginosas. A través de distintas metodologías y enfoques se lograron identificar componentes que son claves como precursores, intermediarios y reguladores en la distribución del carbono durante la maduración de las mismas.