Manipulação de cereais para acúmulo de lisina em sementes

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.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 the manipulation of lysine synthesis, if the goal of accumulating this amino acid in cereal seeds is to be achieved. In maize, the study and use of other mutants such as the opaque-2 and QPM (Quality Protein Maize) varieties, has contributed significantly to our understanding of the regulatory aspects of the aspartate pathway. The strategies of obtaining cereals rich in lysine and their relevance to the manipulation of other amino acids have been discussed

Análise dialélica para conteúdos de lisina e óleo em grãos de milho

Six S5 lines of maize, with differences for lysine and oil contents in grains, were used to carry out a complete series of diallelic crosses. The resulting 15 hybrids were grown in a field at two nitrogen levels (10 and 130 kg N ha-1). The general combining ability (GCA) and specific combining ability (SCA) were obtained by using the method 4, model I of Griffing for grain yield, and grain lysine and oil contents. Significant (p < 0.001) interaction was observed between GCA and N levels for grain yield, indicating the selection of different lines for each N level. This interaction was not significant for lysine content, but there were significant effects of GCA for this trait at both N levels (p < 0.1). Significant effects were not observed for GCA or SCA for oil content, however a positive correlation was observed between lysine and oil contents in the hybrids, in the lines and even in the control cultivars. The results indicate the effectiveness of selection for lysine content, irrespective of N level, in the studied non-opaque maize lines, and the possibility of achieving both high lysine and oil content in grains.Seis linhagens S5 de milho, com diferenças para conteúdos de óleo e de lisina nos grãos, foram usadas para realizar uma série completa de cruzamentos dialélicos. Os 15 híbridos resultantes foram cultivados em campo com dois níveis de nitrogênio (10 e 130 kg N ha-1). A capacidade geral de combinação (CGC) e a capacidade específica de combinação (CEC) foram obtidas com o método 4, modelo I de Griffing para produtividade de grãos e concentração de lisina e óleo nos grãos. Interação significativa (p < 0.001) foi observada entre CGC e níveis de N para produtividade de grãos, indicando seleção de diferentes linhagens para cada nível de N. Esta interação não foi significativa para conteúdo de lisina, mas existiu efeito significativo (p < 0.1) da CGC nos dois níveis de N para esta variável. Os efeitos de CGC e CEC foram não significativos para conteúdo de óleo, contudo, foi observada correlação positiva entre conteúdos de lisina e óleo nos híbridos, nas linhagens e mesmo nas cultivares utilizadas como controle. Os resultados indicam a efetividade da seleção para conteúdo de lisina nas linhagens não opaco de milho estudadas, independente dos níveis de N, e a possibilidade de atingir concomitantemente maiores níveis de óleo e lisina nos grãos

Caracterização do desenvolvimento de cultivares de feijão-caupi e do conteúdo e da qualidade proteica dos seus grãos

The objective of this work was to evaluate cowpea (Vigna unguiculata) cultivars regarding plant development and the quantity and quality of soluble proteins in their grains, for breeding purposes. The experiment was conducted in a greenhouse, in a completely randomized experimental design, with the Paulistinha, BRS Novaera, Epace 10, and BR 17-Gurguéia cultivars. Leaf area, shoot fresh and dry matter, leaf protein content, number of nodules, and nodule and root dry matter were evaluated. In mature grains, soluble fractions and soluble amino acids were also quantified, and the electrophoretic analysis was performed with protein denaturation. There were no differences between cultivars for the plant development variables. However, protein quantity and quality in the grain differed between cultivars. 'BRS Novaera' and 'BR 17-Gurguéia' showed a higher soluble protein content in their grains. 'BRS Novaera' exhibited higher contents of two soluble sulfur amino acids – methionine and cysteine – , not differing from 'BR 17-Gurguéia' regarding methionine content. Both cultivars presented protein band polymorphism, but BRS Novaera had an extra band for albumins. The BRS Novaera and BR 17-Gurguéia cultivars have the highest content of soluble proteins in their grains and the greatest protein polymorphism, which makes them suitable for improving the nutritional quality of cowpea.O objetivo deste trabalho foi avaliar cultivares de feijão-caupi (Vigna unguiculata) quanto ao desenvolvimento da planta e à quantidade e à qualidade de proteínas solúveis em seus grãos, com vistas ao melhoramento. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em delineamento experimental inteiramente casualizado, com as cultivares Paulistinha, BRS Novaera, Epace 10 e BR 17-Gurguéia. Avaliaram-se área foliar, peso fresco e seco da parte aérea, conteúdo de proteína foliar, número de nódulos, e massa seca de nódulos e de raiz. Nos grãos maduros, também quantificaram-se as frações solúveis e os aminoácidos solúveis, e a análise eletroforética foi realizada com desnaturação das proteínas. Não houve diferenças entre as cultivares quanto às variáreis do desenvolvimento da planta. No entanto, a quantidade e a qualidade das proteínas nos grãos diferiram entre as cultivares. 'BRS Novaera' e 'BR 17-Gurguéia' apresentaram maior teor de proteína solúvel nos seus grãos. 'BRS Novaera' apresentou maior teor de dois aminoácidos sulfurados solúveis – metionina e cisteína – , não tendo diferido de 'BR 17-Gurguéia' quanto ao conteúdo de metionina. Ambas as cultivares apresentaram polimorfismo de bandas, mas BRS Novaera apresentou uma banda extra para albuminas. As cultivares BRS Novaera e BR 17-Gurguéia apresentam o maior conteúdo de proteínas solúveis nos seus grãos e o maior polimorfismo de proteínas, o que as torna adequadas para o melhoramento nutricional do feijão-caupi

Manipulação de cereais para acúmulo de lisina em sementes

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

Concentração de proteínas em gemas de ovos de poedeiras (Gallus gallus) nos diferentes ciclos de postura e sua interferência na disponibilidade do ferro Protein concentration (phosvitin and lipovitelin) in egg yolks of Laying Hens (Gallus gallus) in different posture cycles and its interference in the iron availability

O ovo é o produto de eficiente transformação biológica feita pela galinha (Gallus gallus) de postura, com alta qualidade nutricional para o consumo humano. Na gema do ovo encontra-se a proteína denominada fosvitina, que atua como carreadora do ferro se ligando a ele. A deficiência de ferro ocorre normalmente devido ao consumo insuficiente de alimentos fontes de ferro ou à baixa biodisponibilidade. O objetivo da pesquisa foi verificar a concentração de proteínas, em especial a fosvitina/lipovitelina presente em gemas de ovos crus e cozidos nos diferentes ciclos de postura (inicial, intermediário e final) e avaliar a interferência desta proteína na disponibilidade do micronutriente ferro. Os tratamentos foram realizados em diferentes períodos e utilizaram ovos crus e cozidos, sendo gemas cruas de poedeiras em início, meio e fim de postura e gemas cozidas nos três ciclos de postura. Foram realizadas as análises de composição centesimal, concentração de ferro total e dialisável, concentração de proteínas em gemas e eletroforese em gel de poliacrilamida (SDS-PAGE). Houve diferença na concentração de proteínas e diferentes níveis de ferro dialisável nos três ciclos de postura, porém em gemas cruas e cozidas. Com o passar dos ciclos (inicial, intermediário e final), as poedeiras mais velhas, apresentaram ovos (gemas) com um teor mais elevado de ferro disponível, porém uma quantidade inferior de proteínas em especial a fosvitina/lipovitelina, comparando-se com os ciclos inicial e intermediário. A disponibilidade de ferro foi mais elevada em gemas que passaram pelo processo de cocção, porém em poedeiras de postura final.<br>The egg is the product of efficient biological transformation made by a laying hen. It has high nutritional value for human consumption. Most of the iron in egg yolk is bound by phosvitin, a major protein present in the egg yolk. Iron deficiency normally occurs due to insufficient intake of dietary iron or its low the bioavailability. The objective of this research was to verify the protein concentration, specially the phosvitin/lipovitelin in egg yolks of raw and cooked eggs in different posture cycles (initial, intermediate, final), and to evaluate the interference of this protein in the availability of the iron micronutrient. The treatments were carried in different periods using raw and cooked eggs. The yolks of raw eggs of laying hens were used in the initial, intermediate and final phases of posture and yolks of cooked eggs in the three posture cycles. Analyses of proximal composition, concentration of total and available iron, protein concentration in egg yolks, and eletrophoresis in poliacrilamida (SDS-PAGE) were performed. There was difference in the protein concentration and in the levels of iron availability in the three posture cycles. After running through the cycle (initial, intermediate, and final), the eggs yolks of the older hens presented an increased amount of available iron and lower amount of proteins, specially the fosvitin/lipovitelin, if compared to the initial and intermediate cycles. The highest iron availability content was found in cooked egg yolks and in hens in the final posture cycle

Lysine metabolism and amino acid profile in maize grains from plants subjected to cadmium exposure

In general, the effects of Cadmium (Cd) on crop quality are evaluated solely by Cd accumulation in the edible plant parts; thus, the potential effects on several nutritional features are not often taken into account. This study evaluated Cd effects on the enzymatic activities of lysine (Lys) metabolism, storage protein and amino acid profile in maize. Stress parameters were also assessed. In vegetative organs, Cd was accumulated in the following decreasing order: roots &gt; stems &gt; leaves. Cadmium accumulation in grains decreased at grain maturity (from 0.25 to 0.07 µg g–1 DW). In leaves, neither hydrogen peroxide content nor superoxide dismutase, catalase, ascorbate peroxide and guaiacol peroxidase activities did not change in Cd-treated plants compared to control plants. Lipid peroxidation was not detected in immature grains and leaves of plants under Cd exposure, indicating that Cd accumulation mainly in the roots is a mechanism to avoid oxidative stress in aboveground parts of the plant. However, Lys metabolism in immature grains was modified, showing increases in the specific activities of aspartate kinase (AK) and dihydrodipicolinate synthase (DHDPS) after Cd exposure. AK sensitivity to Lys feedback inhibition increased, but decreased in DHDPS in Cd-treated plants, suggesting differential regulation for these enzymes. In mature grains, the Lys content did not change, while the proline content increased by 54 % in Cd-treated plants. This is the first report on Cd effects on amino acid profile, storage protein contents and enzymes from Lys metabolism in grains of a cereal plant species