Light-dependent regulation of carotenoid biosynthesis in plants.

Lorena Pizarro, Claudia Stange

Abstract


Carotenoids are colored terpenes synthesized in plants, algae and some yeasts and bacteria. In plants and algae, these lipophilic molecules exert functional roles in hormone synthesis, photosynthesis, photomorphogenesis and photoprotection. Additionally, they possess antioxidant properties and act as scavengers of reactive oxygen species. During the past decade almost all of the carotenogenic genes have been identifi ed by molecular, genetic and biochemical approaches in the Arabidopsis thaliana model system. Carotenoid biosynthesis in plants is highly regulated, although all of the processes involved have not yet been identifi ed. In this work, we review the mechanisms involved in the lightmediated regulation of carotenoid biosynthesis and the effect of light on the levels of expression of carotenogenic genes in higher plants. It has been shown that light induces the expression of carotenogenic genes during leaf and fl ower development and during fruit ripening. During these processes, photoreceptors are activated by light and translocated to the nucleus, leading to the induction of carotenogenic gene transcription. The molecular insight gained into the lightregulated expression of carotenoid genes will facilitate our understanding of the regulation of carotenoid biosynthesis. Manipulation of light signaling is also a genetic tool for altering color and nutritional value in plants, leading to the production of novel functional foods.

 

Los carotenoides son terpenos coloreados sintetizados en plantas, algas y algunas levaduras y bacterias. En plantas y algas poseen funciones esenciales durante la fotosíntesis, fotomorfogénesis, fotoprotección y en la síntesis de hormonas. Además poseen propiedades antioxidants neutralizando species reactivas de oxígeno. Durante la última década aproximadamente todos los genes carotenogénicos han sido identifi cados como resultado de estudios moleculares, genéticos y bioquímicos usando Arabidopsis thaliana como modelo vegetal. La biosíntesis de carotenoides es altamente regulada en plantas aunque todos los procesos involucrados no han sido completamente descritos. En esta revisión, mostramos los resultados más recientes sobre los mecanismos involucrados en la biosíntesis de carotenoides mediada por luz y el efecto de la luz sobre la expresión de genes carotenogénicos en plantas. Durante el desarrollo de hojas y fl ores y durante la maduración de frutos, la luz induce el aumento de la expresión de genes carotenogénicos. Durante estos procesos, los fotorreceptores son activados al captar la energía lumínica y translocados al núcleo induciendo de este modo la transcripción de los genes. Los estudios moleculares en torno a la expresión de genes carotenogénicos inducidos por luz permitirán facilitar el entendimiento de la regulación de la biosíntesis de carotenoides. Con este conocimiento y mediante la utilización de herramientas biotecnológicas se podrá generar alimentos funcionales con mayor contenido de vitamina A y antioxidantes.


Keywords


Carotenoid biosynthesis, gene expression, light regulation, plants, biosíntesis de carotenoides, expresión génica, regulación por luz, plantas.

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