Diversidade dos pigmentos e do gene codificador da Capsantina- capsorubina sintase (Via biossintética dos carotenóides) em quatro espécies do gênero Capsicum L.

Abstract

Os Carotenóides são compostos naturais que apresentam papéis fisiológicos cruciais nas plantas e que possuem importantes funções nutricionais e nutracêuticos na dieta de seres humanos e animais. Os frutos maduros de Capsicum apresentam uma gama de colorações incluindo vermelho intenso, laranja, amarelo e marrom que são condicionadas pela presença de distintos pigmentos carotenóides. O objetivo do presente trabalho foi caracterizar, via cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE), a diversidade de compostos carotenóides em frutos maduros de 20 acessos de quatro espécies do gênero Capsicum. Os acessos de frutos maduros amarelos apresentaram maior quantidade dos pigmentos luteína e violaxantina. Os acessos de frutos de coloração alaranjada apresentaram como principal pigmento o - caroteno. Os frutos vermelhos apresentaram capsantina/capsorubina como os principais pigmentos. Uma exceção foi o acesso de fruto vermelho ‘Majjorca’ que apresentou maior quantidade de -caroteno em relação à capsantina/capsorubina. Um acesso de C. chinense com coloração marrom foi o único que acumulou clorofila no fruto maduro. A diversidade de pigmentos encontrada indica que é possível aumentar (via melhoramento clássico) o conteúdo e o repertório destes carotenóides com funções nutricionais/nutracêuticas nos frutos de Capsicum. Genes codificadores de enzimas da via biossintética dos carotenóides têm sido analisados como potenciais marcadores funcionais para a característica cor de fruto em C. annuum. O gene codificador da Capsantina-capsorubina sintase tem sido um dos principais alvos destes estudos uma vez que esta enzima está envolvida na síntese dos principais pigmentos relacionados com a típica coloração vermelha dos frutos maduros de Capsicum. O DNA genômico foi extraído de 24 acessos pertencentes a quatro espécies: C. annuum, C. frutescens, C. chinense e C. baccatum. Foram sintetizados os iniciadores de síntese específicos para a região codante e também do promotor do gene codificador da enzima Capsantina-capsorubina sintase (CCS) utilizando a informação genética disponível no GenBank. O par de iniciadores de PCR utilizados para a região codante (‘PAL1D e PAL7R’) foi capaz de amplificar um amplicom de 900 pb em todos os acessos. A sequencia nucleotídica correspondente a esta região foi bastante similar em todos os acessos estudados. Por outro lado, um amplicom único, mas com diferentes tamanhos, foi obtido com o par de iniciadores da região promotora do gene (‘CCSpro1for’ e ‘CCSpro1rev’) utilizando todos os acessos de fruto vermelho e também um acesso de fruto amarelo (C frutescens ‘CNPH 2871’). No entanto, nenhum amplicom foi observado utilizando como molde o DNA genômico de acessos de C. annuum ‘CNPH 0180’ e ‘CNPH 0645’ (ambos com frutos viii amarelos). O tamanho do amplicom foi espécie-específico. Um amplicon de 920 bp foi observado exclusivamente em acessos de C. annuum. Um amplicon de 998 bp foi observado apenas em acessos de C. baccatum e C. frutescens. Um amplicon de 1117 bp foi observado na maioria dos acessos de C. chinense e um acesso tentativamente classificado como C. frutescens. Este trabalho revela a presença de diferenças estruturais na região do promotor do gene CCS nas diferentes espécies e acessos de Capsicum. Esta informação pode ser utilizada em sistemas de identificação de espécies/cultivares e na seleção assistida para determinação precoce de coloração de frutos maduros neste grupo de espécies de Capsicum. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Carotenoids are natural compounds that play crucial physiological roles in plants and important nutritional/nutraceutical functions in the diet of humans and animals. The mature fruits of Capsicum display an array of colors ranging from deep red, orange, yellow and brownish, which are mainly conditioned by the presence of distinct carotenoid pigments. The objective of the present work was to characterize the carotenoid profile of mature fruits of 20 accessions from four Capsicum species, via high performance liquid chromatography (HPLC). The lutein and violaxanthin were predominant pigments in accessions yellow-with fruits. The pigment -carotene was predominant in accessions with orange fruit. The red-fruit accessions were rich sources of capsorubin/capsanthin. The only exception was the red-fruit cultivar ‘Majjorca’, which displayed a large amount of -carotene when compared with capsorubin/capsanthin. One C. chinense accession with fruits with brown (chocolate) color was the only one with chlorophyll accumulation. The pigment diversity observed indicated it is feasible to improve (via classical breeding strategies) the amount of carotenoid pigments as well as its repertoire of nutritional/nutraceutical in Capsicum fruits. Genes encoding enzymes of the carotenoid biosynthetic pathway have been analyzed as potential functional markers for the trait mature fruit color in C. annuum. The gene encoding the Capsanthin-capsorubin sintase is one of the major targets because the enzyme is responsible for the synthesis of the most important Capsicum carotenoids, which are related to the typical mature red fruit color. Genomic DNA was extracted from 24 accessions belonging to four species: C. annuum, C. frutescens, C. chinense, and C. baccatum. Specific primers were synthesized targeting separately the coding region and the promotor region of the gene coding for Capsanthincapsorubin synthase (CCS) using the genetic information available at the GenBank. A PCR primer pair (‘PAL 1D’ and ‘PAL 7R’) targeting the coding region was able to amplify an ix amplicon of 900 bp in all accessions. The nucleotide sequence corresponding to the coding region was very similar in all the accessions studied. On the other hand, a single (but variable in size) amplicon was obtained with the primer pair targeting the promotor region of the CCS gene (‘CCSpro1for’ and ‘CCSpro1rev’) using genomic DNA of all red-fruit accessions and also in one yellow-fruit accession (C. frutescens ‘CNPH 2871’). However, no amplicon was observed using DNA from C. annuum accessions ‘CNPH 0181’ and ‘CNPH 0645’ (both with yellow fruits) as genomic templates. The amplicon sizes were species-specific. The 920 bp amplicon was exclusively found in C. annuum accessions. The 998 bp amplicon was observed only in accessions of C. baccatum and C. frutescens. The 1117 bp amplicon was observed in the majority of the C. chinense accessions but also in one accession tentatively classified as C. frutescens. The present work indicates the presence of distinct structural features of the CCS promoter region across accessions and species of Capsicum. This information might be useful in species/cultivars fingerprinting systems and marker-assisted precocious selection programs for mature fruit color in this group of Capsicum species.