Resumen
Las plantas son plataformas versátiles para la síntesis de compuestos valiosos para el ser humano a través de la ingeniería metabólica y la biología sintética. Estas "biofactorías" pueden producir sustancias de alto valor para fines industriales, médicos y agrícolas, incluyendo feromonas sexuales de insectos, que ofrecen una alternativa sostenible a los pesticidas en la protección de cultivos. Sin embargo, estas feromonas se producen típicamente mediante síntesis química, una estrategia no muy ecológica, lo cual subraya la necesidad de métodos de producción más sostenibles.
Las rutas biosintéticas de las feromonas sexuales de polillas están actualmente bien descritas, y se han identificado muchos de los genes responsables de su síntesis. Nuestro grupo desarrolló recientemente plantas transgénicas estables de Nicotiana benthamiana, denominadas 'SexyPlant', que producen y emiten feromonas volátiles biológicamente activas como Z11-16OH, Z11-16OAc y Z11-16Ald. Esto se logró integrando rutas biosintéticas de varias especies de polillas en N. benthamiana, utilizando genes tanto de polillas como de plantas y aprovechando el metabolismo endógeno de ácidos grasos de la planta. Sin embargo, este enfoque provocó problemas de toxicidad debido a la acumulación de compuestos y a las interrupciones en la ruta metabólica de ácidos grasos de la planta.
En el primer capítulo, abordamos estos problemas de toxicidad en 'SexyPlant' explorando acetiltransferasas alternativas para mejorar la eficiencia de conversión de Z11-16OH a Z11-16OAc. También investigamos la activación de esta ruta biosintética utilizando reguladores transcripcionales basados en CRISPR combinados con promotores sintéticos, creando líneas transgénicas estables ('GuidedPathway' y 'NonGuidedPathway') con dos configuraciones génicas diferentes que acumulan biomasa y no producen ni emiten feromonas sexuales de polilla hasta ser específicamente activadas por elementos genéticos ortogonales apropiados. Aunque el rendimiento de producción es menor que en las plantas 'SexyPlant' constitutivas, en este capítulo demostramos el potencial para activar la ruta biosintética y exploramos los cuellos de botella en el sistema.
El segundo capítulo se centra en la producción heteróloga de monoterpenoides irregulares, una familia de compuestos que incluyen feromonas sexuales de la superfamilia Coccoidea (por ejemplo, los insectos escama). A pesar de que la ruta biosintética de estas moléculas es desconocida, expresamos genes derivados de plantas con actividades similares. Introdujimos genes que codifican para la sintasa de crisantenil difosfato (CPPS) de Tanacetum cinerariifolium y la sintasa de lavandulil difosfato (LPPS) de Lavandula x intermedia en tabaco y N. benthamiana para lograr una expresión transitoria y estable, resultando en líneas transgénicas. Caracterizamos la producción y emisión de estos compuestos volátiles en diferentes tejidos y etapas de desarrollo foliar, identificando las hojas juveniles como el tejido más productivo. Además, buscamos producir feromonas sexuales de Coccoidea coexpresando LiLPPS con LiAAT4, logrando la producción de acetato de lavandulil, un componente de la mezcla de feromonas de la cochinilla Dysmicoccus grassii, la feromona de agregación de Frankliniella occidentalis, y un larvicida conocido para mosquitos. Estos 'biodispensadores' emitieron hasta 0,63 mg de acetato de lavandulil por día, sugiriendo que se necesitarían entre 200 y 500 plantas por hectárea para igualar la eficacia de los dispositivos comerciales de liberación de feromonas.
En resumen, esta tesis ofrece diferentes estrategias para abordar la producción de feromonas sexuales de insectos y compuestos volátiles asociados en biofábricas de plantas, explorando las limitaciones de esta biosíntesis.
