Obtención de un ADN complementario que codifica una fructano 1-exohidrolasa en yacón, Smallanthus sonchifolius (Poepp. &Endl.) H. Robinson
DOI:
https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2019.02.14Palabras clave:
Yacón, CTAB, RT-PCR, 1-FEH.Resumen
El yacón es una planta asterácea originaria de los Andes que en los últimos años ha recibido especial atención por sus propiedades nutricionales y farmacológicas. Sus raíces almacenan fructanos de tipo inulina con bajo grado de polimerización, también llamados fructooligosacáridos (FOS). La pérdida de los FOS en las estructuras reservantes con la consecuente disminución de sus propiedades funcionales están relacionadas directamente con la actividad de la enzima fructanoexohidrolasa (FEH). Las plantas de yacón fueron obtenidas de la estación experimental “Baños del Inca” perteneciente al Instituto Nacional de Innovación Agraria (INIA). Examinando cuatro métodos de extracción de RNA total a partir de las raíces reservantes, se obtuvo un mejor rendimiento y calidad con el método CTAB modificado. El juego de cebadores diseñados y la técnica de RT-PCR generaron fragmentos traslapados del gen feh, así como el extremo 3’ del ARNm. El ensamblaje de los fragmentos permitió determinar cerca del 80 por ciento de la secuencia del gen y la región no codificante del extremo 3’. La construcción del árbol filogenético mostró un alto grado de identidad de la secuencia con las 1-FEHs de: C. intybus (88,5 %), H. tuberosus (88,2 %), V. herbácea (86,5 %) y A. lappa(85 %).Citas
Altschul, S.F.; Gish, W.; Miller, W.; Myers, E.W. 1990. Basic local alignment search tool. Lipman DJ. J Mol Biol. 215(3): 403-10.
Asega, A.F.; Roberto, J.; Schroeven, L.; Van den Ende, W.; Carvalho, M.A. 2008. Cloning, Characterization and Functional Analysis of a 1-FEH cDNA from Vernonia herbacea (Vell.) RusbyPlant Cell Physiol 49(8): 1185–1195.
Barlow, J.J; Mathias, AP.; Williamson, R.; Gammack, D.B. 1963. A simple method for the quantitative isolation of undegraded high molecular weight ribonucleic acid. Biochemical Biophysic Research Communications 13: 61-66.
Chan, C.; Teo, S.; Ho, C.; Othman, R.; Phang, S. 2004. Optimization of RNA extraction from Gracilaria changii (Gracilariales, Rhodophyta). Journal of Applied Phycology 16: 297–301.
De Roover, J.; Van Laere, A.; De Winter, M.; Timmermans, J.W.; Van den Ende, W. 1999. Purification and properties of a second fructanexohydrolase from the roots of Cichorium intybus. Physiologia Plantarum 106: 28–34.
Demeke, T.; Ratnayaka, I.; Phan, A. 2009. Effects of DNA extraction and purification methods on real-time quantitative PCR analysis of Roundup Ready soybean. J. AOAC Int. 92: 1136-1144.
Felsenstein, J. 1981. Evolutionary trees from DNA sequences: a maximum likelihood approach, J Mol. Evol. 17: 368-376.
Fukai, K.; Miyasaki, S.; Nanjo, F.; Hara, Y. 1993. Distribution of Carbohydrates and related enzyme activities in Yacon (Polymnia sonchifolia) Soil Sci. Plant Nutr. 39(3): 567-571.
Fukai, K.; Ohno, S.; Nanjo, F.; Hara, Y. 1997. Seasonal fluctuations in fructano content and related enzyme activities in yacón (Polymnia sonchifolia). SoilScience and Plant Nutrition 43(1): 171-177.
Goto, K.; Fukai, K.; Hikida, J.; Nanjo, F.; Hara, Y. 1995. Isolation and Structural Analysis of Oligosaccharides from Yacon (Polymnia sonchifolia). Biosci. Biotech.Biochem. 59(12): 2346-2347.
Grau, A.; Rea, J. 1997. Yacón (Smallanthus sonchifolius (Poepp&Endl.) H. Robinson. In: Hermann M &Heller J (eds.): Andrean roots and tubers: ahipa, arracacha, maca, yacón. Promoting the conservation and use of underutilized and neglected crops. 21. Institute of plant Genetic and Crop Plant Research. Gatersieben / International Plant Genetic Resources Institute. Rome, Italy: 199-242.
Hasegawa, M.; Iida, Y.; Yano, T.; Takaiwa, F.; Iwabuchi, M. 1985. Phylogenetic relationships among eukaryotic kingdoms inferred from ribosomal RNA sequences. J. Mol. Evol. 22(1): 32-8.
Hendry, G.A.F. 1993. Evolutionary origins and natural fractions of fructans: a climatological, biogeographic and mechanistic appraisal. New Phytologist 123: 3-14.
Henrissat, B.; Davies, G. 1997. Structural and sequence-based classification of glycoside hydrolases. Curr. Opin. Struct. Biol. 7(5): 637-44.
Hermann, M.; Freire, I.; Paos, C. 1999. Compositional diversity of the yacón storage root. In: Impacto a changing world: program report 1997-98. International Potato Center (CIP): 425-432.
Itaya, N.M.; Machado De Carvalho, M.A.; Figuereido-Ribeiro, R.C.L. 2002. Fructosyl-transferase and hydrolase activities in rhizophores and tuberous roots upon growth of Polymnia sonchifolia (Asteraceae). Physiologia Plantarum 116: 451-459.
Itaya, N.M.; Asega, A.F.; Machado De Carvalho, M.A.; Figuereido-Ribeiro R.C.L. 2007. Hydrolase and fructosyltransferase activities implicated in the accumulation of different chain size fructans in three Asteraceae species. Plant Physiology and Biochemistry 45: 647-656.
Jiao, J.; Wang, J.; Zhou, M.; Ren, X.; Zhan, W.; Sun, Z.; Zhao, H.; Yang, Y.; Liang, M.; Van den Ende, W. 2018. Characterization of fructan metabolism during Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) germination. 2018. Frontiers in Plant Science 9: 1384.
Lachman, J.; Havrland, B.; Fernández, E.C.; Dudjak, J. 2004. Saccharides of yacón (Smallanthus sonchifolius (Poepp. EtEndl.)) H. Robinson) tubers and rhizomes and factors affecting their content. Plant Soil Environ 50(9): 383-390.
Lodhi, M.A.; Ye, G.N.; Weeden, N.F.; Reisch, B.I. 1994. A simple and efficient method for DNA extraction from grapevine cultivars and Vitis species. Plant Mol. Biol. Rep. 12: 6-13.
Lothier, J.; Lasseur, B.; Le Roy, K.; Van Laere, A.; Prudhomme, M.P.;Barre, P.; Van den Ende, W.; Morvan-Bertrand, A. 2007. Cloning, gene mapping, and functional analysis of a fructan 1-exohydrolase (1-FEH) from Lolium perenne implicated in fructan synthesis rather than in fructan mobilization. Journal of Experimental Botany 58: 1969–1983.
Luo, R.; Song, X.; Li, Z.; Zhang, A.; Yan, X.; Pang, Q. 2018. Effect of soil salinity on fructan content and polymerization degree in the sprouting tubers of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) Plant Physiology and Biochemistry 125: 27-34.
Marx, S.; Nosberger, J.; Frehner, M. 1997. Seasonal variation of fructan-β-fructosidase (FEH) activity and charcterization of a β-(2-1)-linkage specific FEH from tubers of Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus). New Phytol 135: 267-277.
Meguro-Maoka, A.; Yoshida, M. 2016. Analysis of seasonal expression levels of wheat fructanexohydrolase (FEH) genes regulating fructan metabolism involved in wintering ability. Journal of Plant Physiology 191: 54–62.
Ohyama, T.; Ito, O.; Yasuyoshi, S.; Ikarashi, T.; Minamisawa K.; Kubota M.; Tsukihashi T.; Asami, T. 1990. Composition of storage carbohydrate in tubers of yacón (Polymniasonchifolia). Soil Science and Plant Nutrition 36(1): 167- 171.
Pedreschi, R.; Campos, D.; Noratto, G.; Chirinos, R.; Cisneros-Zevallos, L. 2003. Andean yacón root (Smallanthus sonchifolius Poepp. Endl) fructooligosaccharides as a potential novel source of prebiotics. Journal of Agricultural and Food Chemistry 51(18): 5278-5284.
Portes, M.T.; Figuereido-Ribeiro, R.C.; Carvalho, M.A.M. 2008. Low temperature and defoliation affect fructan-metabolizing enzymes in different regions of the rhizophores of Vernonia herbacea. Journal of Plant Physiology 165: 1572-1581.
Rayon, C.; Lerouge, P.; Faye, L. 1998. The protein N-glycosylation in plants. Journal of Experimental Botany 49: 1463-1472.
Ritsema, T.; Smeekens, S. 2003. Engineering fructan metabolism in plants. J. Plant Physiol. 160: 811-820.
Ritsema, T.; Smeekens, S. 2003a. Fructans: beneficial for plants and humans. Current Opinion in Plant Biology 6: 223-230.
Rubio, J.; Zapata, O. 2011. Isolation of total RNA from tissues rich in polyphenols and polysaccharides of Mangrove plants. Electron. J. Biotechn. 14(5): 1-2.
Seminario, J.; Valderrama, M.; Manrique, I. 2003. El yacón: fundamentos para el aprovechamiento de un recurso promisorio. Centro Internacional de la Papa (CIP), Universidad Nacional de Cajamarca, Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (COSUDE), Lima, Perú, 60 pp.
Tamura, K.; Dudley, J.; Nei, M.; Kumar, S. 2007. MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software vers. 4.0. Molecular Biology and Evolution 24: 1596-1599.
Tiwari, K.; Jadhav, S.; Gupta, S. 2012. Modified CTAB technique for isolation of DNA from some medicinal plants. Res. J. Med. Plant 6: 65-73.
Ueno, K.; Ishiguro, Y.; Yoshida, M.; Onodera S.; Shiomi, N. 2011. Cloning and functional characterization of afructan 1-exohydrolase (1-FEH) in edible burdock (Arctium lappa L.). Chemistry Central Journal 5(16): 1-9.
Ueno, K.; Yokoshima, S.; Sasajima, Y.; Ishiguro,Y.; Yoshida, M.; Shiomi, N.; Onodera, S. 2015. Two Fructan 1-Exohydrolase Isoforms Hydrolyze Fructans in Edible Burdock (ArctiumlappaL.) during Storage at a Low Temperature.J. Appl. Glycosci. 62: 65‒72.
Van den Ende, W.; Michiels, A.; De Roover, J.; Verhaert, P.; Van Laere, A. 2000. Cloning and functional analysis of chicory root fructan 1-exohydrolase I (1-FEH I): a vacuolar enzyme derived from a cell wall ancestor? Mass fingerprint of the 1-FEH I enzyme. Plant J. 24: 447-456.
Van den Ende, W.; Michiels, A.; Van Wonterghem, D.; Clerens, S.; De Roover, J.; Van Laere, A. 2001. Defoliation induces 1-FEH II (fructan 1-exohydrolase II) in witloofchicory roots. Cloning and purification of two isoforms (1-FEH IIa and 1-FEH IIb). Mass fingerprint of the 1-FEH II enzymes. Plant Physiol. 126: 1186–1195.
Van den Ende, W.; Michiels, A.; De Roover, J.; Van Laere, A. 2002. Fructan biosynthetic and breakdown enzymes in dicots evolved from different invertases. Expression of fructan genes throughout chicory development. Scientific World Journal 2: 1281–1295.
Van den Ende, W.; Clerens, S.; Vergauwen, R.; Van Riet, L.; Van Laere, A.; Yoshida, M.; Kawakami, A. 2003. Fructan 1-exohydrolases. β-(2,1)-Trimmers during Graminan Biosynthesis in Stems of Wheat? Purification, Characterization, Mass Mapping, and Cloning of Two Fructan 1-Exohydrolase Isoforms. Plant Physiol. 131: 621–631.
Van den Ende, W. 2018. Novel fructanexohydro-lase: unique properties and applications for human health. Journal of Experimental Botany 69(18): 4227-4231.
Verhaest, M.; Lammens, W.; Le Roy, K.; De Ranter, C.J.; Van Laere, A.; Van den Ende, W.; Rabijns, A. 2005. X-ray diffraction structure of a plant glycosyl hydrolase family 32 protein: fructan 1-exohydrolase IIa of Cichorium intybus. The Plant Journal 41: 400-411.
Verhaest, M.; Lammens, W.; Le Roy, K.; De Ranter, C.J.; Van Laere, A.; Rabijns, A.; Van den Ende, W. 2007. Insights into the fine architecture of the active site of chicory fructan 1-exohydrolase: 1-kestose as substrate vs sucrose as inhibitor. New Phytologist 174: 90-100.
Verwoerd, T.C.; Dekker, B.M.M; Hoekema, A. 1989. A small-scale procedure for the rapid isolation of plant RNAs. Nucleic Acids Res. 17(6): 2362.
Vijn, I.; Smeekens, S. 1999. Fructan: More than a reserve carbohydrate? Plant Physiology Vol. 120: 351-359.
Whelan, S.; Goldman, N. 2001. A general empirical model of protein evolution derived from multiple protein families using a maximum-likelihood approach, Mol Biol Evol. 18: 691-699.
Xu, H.; Liang, M.; Xu, L.; Li, H.; Zhang, X.; Kang, J.; Zhao, Q.; Zhao, H. 2015. Cloning and functional characterization of two abiotic stress-responsive Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) fructan 1-exohy-drolases (1-FEHs). Plant Mol. Biol. 87: 81-98.
Received February 27, 2019.
Accepted June 12, 2019.
Corresponding author: pamodisa@lamolina.edu.pe (P. Moreno).
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Licencia
Los autores que publican en esta revista aceptan los siguientes términos:
a. Los autores conservan los derechos de autor y conceden a la revista el derecho publicación, simultáneamente licenciada bajo una licencia de Creative Commons que permite a otros compartir el trabajo, pero citando la publicación inicial en esta revista.
b. Los autores pueden celebrar acuerdos contractuales adicionales separados para la distribución no exclusiva de la versión publicada de la obra de la revista (por ejemplo, publicarla en un repositorio institucional o publicarla en un libro), pero citando la publicación inicial en esta revista.
c. Se permite y anima a los autores a publicar su trabajo en línea (por ejemplo, en repositorios institucionales o en su sitio web) antes y durante el proceso de presentación, ya que puede conducir a intercambios productivos, así como una mayor citación del trabajo publicado (ver efecto del acceso abierto).
