Introducció experimental a la biotecnologia amb clavellina: cultiu in vitro

Treball de recerca realitzat per una alumna d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. Es tracta d’una recerca experimental en la que s’han assajat vuit tècniques de cultiu in vitro amb clavellina. El material vegetal s’ha esterilitzat per immersió en una solució diluïda de lleixiu i s’ha manipulat de manera estèril. En tots els casos el medi de cultiu utilitzat ha estat el MS amb una concentració de sacarosa i reguladors de creixement variable segons l’experiment. La incubació dels cultius s’han dut a terme en una cambra amb control de fotoperíode durant 4 setmanes. Els diferents reguladors de creixement han mostrat un clar efecte sobre les seccions de tija. Els explants cultivats en medi lliure d’hormones han crescut menys que els exposats a diverses concentracions de NAA i BA. Aquests tractaments hormonals han originat símptomes de creixement anòmals (engruiximents a la base i vitrificació). La presencia de 2,4-D ha afavorit la formació de cal•lus i d’arrels per organogènesi adventícia indirecta. L’obtenció de plàntules per germinació in vitro de llavors ha permès reduir notablement les pèrdues per contaminació, mentre que el subcultiu d’aquestes ha donat unes tases de micropropagació de 7.2 seccions/plàntula. Ha estat possible aclimatar aquestes vitroplantes per tal d’adaptar-les a les condicions de camp. No hem pogut obtenir organogènesis adventícia ni embriogènesi somàtica a partir d anteres ni hem pogut iniciar un cultiu de cèl•lules a partir dels cal•lus. Tot i la complexitat d’aquestes tècniques, és possible dur-les a terme en un laboratori escolar.

Aspectos metabólicos y multivitamínicos del maíz

La deficiencia de vitamina A causa 2.2 millones de muertes al año. Por tanto, investigadores intentan elevar el contenido de β-caroteno y otros carotenoides en cereales mediante la ingeniería genética. Mi trabajo consistió en analizar carotenoides en maíz y callos de arroz transgénico con el fin de indentificar y cuantificar estos pigmentos y además analizar la ruta metabólica de los mismos. Por tal motivo, desarrollaré una técnica analítica por HPLC y UHPLC que me permitió separar la mezcla de carotenoides. Estas moléculas se detectaton utilizando un detector de arreglo de diodos y masas. Con éste último se probaron distintas técnicas de ionización (ESI, APCI y APPI) para encontrar la mejor técnica que ionizara carotenos y xantófilas. Además se hallaron transiciones para identificar a cada uno de los carotenoides. Para mostrar la confiabilidad del método analítico, realicé la validación del mismo y determiné factores importantes que influyen en el análisis de carotenoides, como por ejemplo, su estabilidad química. Para analizar la ruta metabólica de los carotenoides, se realizaron distintos experimentos, entre ellos, introducir distintas combinaciones de genes en el maíz y arroz que permitieran entender cuáles eran las enzimas importantes que permitían la acumulación de carotenoides. También se analizó la biosíntesis de carotenoides a distintas etapas del desarrollo de la semilla de maíz, desde los 15 días después de la polinización (DAP) hasta los 60 DAP y su estabilidad química a lo largo de todo este período. Finalmente, se profundizó en la identificación de nuevos carotenoides encontrados en las muestras, como los oxo-carotenoides (utilizados en la industria como colorantes). Para llevar acabo su identificación, se realizaron pruebas químicas, se determinaron sus espectros visibles y sus fragmentos por masas.   

Identification of carotenoids using mass spectrometry

The present review compiles positive MS fragmentation data of selected carotenoids obtained using various ionization techniques and matrices. In addition, new experimental data from the analysis of carotenoids in transgenic maize and rice callus are provided. Several carotenes and oxygen-functionalized carotenoids containing epoxy, hydroxyl, and ketone groups were ionized by atmospheric pressure chemical ionization (APCI)-tandem mass spectrometry (MS/MS) in positive ion mode. Thus, on the basis of the information obtained from the literature and our own experiments, we identified characteristic carotenoid ions that can be associated to functional groups in the structures of these compounds. In addition, pigments with a very similar structure were differentiated through comparison of the intensities of their fragments. The data provide a basis for the structural elucidation of carotenoids by mass spectrometry (MS).

Promoter DNA Hypermethylation and Gene Repression in Undifferentiated Arabidopsis Cells

Maintaining and acquiring the pluripotent cell state in plants is critical to tissue regeneration and vegetative multiplication. Histone-based epigenetic mechanisms are important for regulating this undifferentiated state. Here we report the use of genetic and pharmacological experimental approaches to show that Arabidopsis cell suspensions and calluses specifically repress some genes as a result of promoter DNA hypermethylation. We found that promoters of the MAPK12, GSTU10 and BXL1 genes become hypermethylated in callus cells and that hypermethylation also affects the TTG1, GSTF5, SUVH8, fimbrin and CCD7 genes in cell suspensions. Promoter hypermethylation in undifferentiated cells was associated with histone hypoacetylation and primarily occurred at CpG sites. Accordingly, we found that the process specifically depends on MET1 and DRM2 methyltransferases, as demonstrated with DNA methyltransferase mutants. Our results suggest that promoter DNA methylation may be another important epigenetic mechanism for the establishment and/or maintenance of the undifferentiated state in plant cells.