Gene expression and bioavailability of carotenoids in lettuce (Lactuca sativa)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Oliveira, Cleiton Lourenço de
Data de Publicação: 2015
Tipo de documento: Tese
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Institucional da UFLA
Texto Completo: http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/9497
Resumo: Tese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Agronomia/Fitotecnia, área de concentração em Produção Vegetal, para obtenção do título de Doutor.
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spelling Gene expression and bioavailability of carotenoids in lettuce (Lactuca sativa)AlfaceCarotenoidesVia MetabólicaLuteínaβ-carotenoDigestão in vitroBiodisponibilidadeCélulas caco-2LettuceCarotenoidsMetabolic pathwayLuteinβ-caroteneIn vitro digestionBioavailabilityCaco-2 cellsCNPQ_NÃO_INFORMADOTese apresentada à Universidade Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Agronomia/Fitotecnia, área de concentração em Produção Vegetal, para obtenção do título de Doutor.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Produção VegetalForam avaliados níveis de transcrição de dezessete genes envolvidos na via de biossíntese de carotenoides durante o desenvolvimento de folhas novas e velhas de seis genótipos de alface contrastantes para intensidade de verde nas folhas. Diferenças significativas na concentração de carotenoides foram identificadas entre cultivares e entre folhas velhas e novas. O acúmulo de β-caroteno aumentou ao longo do desenvolvimento das plantas entre o tamanho de muda até 40 dias após a semeadura e diminuiu quando o tamanho comercial foi atingido. Contrariamente, os níveis de luteína não variaram ao longo do desenvolvimento. As análises de correlação identificaram genes da via, os quais os níveis de expressão poderiam ser utilizados como marcadores para a predição das concentrações finais de clorofila, luteína e β-caroteno no tamanho comercial de plantas de alface. Nesse sentido, GGPPS, PSY1 e LCY-β1 foram significativos na predição da concentração de carotenoides em plantas comerciais de alface, enquanto os níveis de expressão de CRTISO e LCY-β2 no tamanho comercial foram correlacionados com o acúmulo de carotenoides nessa fase. Esses resultados sugerem genes candidatos a marcadores para seleção de plantas de alface com altos níveis de clorofila total, luteína e β-caroteno e fornecem ainda uma projeção para estudos de atividade funcional da síntese e elevação dos teores de carotenoides em vegetais folhosos. Na segunda parte, foram avaliadas a bioacessibilidade e a biodisponibilidade de luteína e β-caroteno presentes nas folhas novas e velhas dos mesmos genótipos utilizados na primeira parte em tamanho comercial, utilizando um modelo de digestão in vitro, seguido do isolamento da fração micelar e quantificação das porcentagens de carotenoides absorvidos por células de adenocarcinoma intestinal humano. Os resultados indicaram que diferenças na concentração inicial de carotenoides não são proporcionais à absorção e transporte pelo intestino humano. A destruição da matriz alimentar dos genótipos de alface por meio de cocção resultou em perdas na concentração de carotenoides transferidos para a fase líquida da digestão, mas essas perdas foram compensadas por um aumento de oito vezes na absorção dos carotenoides pelas células comparando com os resultados de folhas frescas digeridas sem tratamento térmico. A menos que a matrix alimentar seja rompida, a absorção de carotenoides presente em alface biofortificado ocorre em taxas muito baixas, similares às de genótipos com baixa concentração de carotenoides. Esses resultados sugerem que o melhoramento genético para biofortificação deve estar relacionado com esforços para aumentar a biodisponibilidade dos carotenoides acumulados na matriz alimentar.We evaluated transcript levels of seventeen genes involved in the biosynthesis of carotenoids during the development of inner and outer leaves of six contrasting lettuce genotypes for green color intensity. Significant differences in the concentration of carotenoids were identified among leaves age and cultivars. The accumulation of β-carotene increased over the development of the plants between seedling size until 40 days after sowing and decreased when the commercial size was reached. In contrast, lutein levels did not vary throughout the development. Correlation analyzes identified pathway genes which expression levels could be used as biomarkers for the prediction of the final concentrations of chlorophyll, lutein and β-carotene in the commercial size lettuce plants. In this regard, GGPPS, PSY1 and LCY-β1 were significant in predicting the concentration of carotenoids in commercial lettuce plants, while CRTISO and LCY-β2 expression levels in commercial size were correlated with the accumulation of carotenoid in this stage. These results suggest the candidate genes that could be used as biomarkers for selection of lettuce plants with high levels of chlorophyll, lutein and β-carotene and provide a projection for functional studies of synthesis and accumulation of carotenoids in green leafy vegetables. In the second part, we evaluated the bioaccessibility and the bioavailability of lutein and β-carotene stored at commercial size in inner and outer leaves of the same genotypes used in the first experiment, using an in vitro digestion model followed by the isolation of micellar fraction and quantification of carotenoids percentages absorbed by the human intestinal adenocarcinoma cells. The results indicated that differences in the initial concentration of carotenoids are not related to absorption and transport by the human intestine. The disruption of the lettuce genotypes food matrix through cooking procedure resulted in losses of carotenoids transferred to the liquid phase of digestion, but these losses were compensated for by an eight-fold increase in the absorption of carotenoids from the cells comparing with the results of fresh leaves digested without heat treatment. Unless the food matrix is broken, the absorption of carotenoids in biofortified lettuce occurs in a very low rate, similar to low carotenoids genotypes. These results suggest that breeding programs for biofortification should be related to efforts to increase the bioavailability of carotenoids present in the food matrix.UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRASDAG - Programa de Pós-graduaçãoUFLABRASILGomes, Matheus de SouzaGomes, Luiz Antônio AugustoPereira, Michel Cardoso de AngelisSouza, Rovilson José deMaluf, Wilson RobertoOliveira, Cleiton Lourenço de2015-05-12T18:51:55Z2015-05-12T18:51:55Z2015-05-122015-02-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfOLIVEIRA, C. L. de. Gene expression and bioavailability of carotenoids in lettuce (Lactuca sativa). 2015. 112 p. Tese (Doutorado em Agronomia/Fitotecnia)-Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2015.http://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/9497info:eu-repo/semantics/openAccessengreponame:Repositório Institucional da UFLAinstname:Universidade Federal de Lavras (UFLA)instacron:UFLA2015-05-12T18:51:55Zoai:localhost:1/9497Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufla.br/oai/requestnivaldo@ufla.br || repositorio.biblioteca@ufla.bropendoar:2015-05-12T18:51:55Repositório Institucional da UFLA - Universidade Federal de Lavras (UFLA)false
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