Integração de dados moleculares e químicos para análise da biossíntese de metabólitos especializados em Erythrina velutina Willd

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Chacon, Daisy Sotero
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60191
Resumo: The study of plants is under increasing transformation due to the availability of molecular and bioinformatics tools to understand metabolism and point out potential sources of new bioactive chemical entities with pharmaceutical interest. In this scenario, Erythrina velutina stands out as a medicinal plant found in the northeast region of Brazil, mainly in the Caatinga biome. This plant has a remarkable ability to produce alkaloids and flavonoids, which are the main secondary metabolites of the genus and are often associated with pharmacological activities, such as modulators of the central nervous system (with antidepressant and anxiolytic effects) and anti-inflammatory action. Although some natural products (NP) have been effective as a source of new drugs, the pharmaceutical industry still faces challenges in the identification and optimized production of these compounds and this has led to a reduction in interest in NP-based drugs. In order to minimize these gaps, this study aims to integrate molecular and chemical data to investigate the biosynthesis of the main metabolites present in E. velutina under three aspects: to evaluate the metabolic production in plants collected in natural habitat (Caatinga) and in cultivated plants submitted to different elicitors (ii); identify reference genes that normalize RT-qPCR tests for the species (ii) and evaluate the expression of target genes responsible for the production of alkaloids and flavonoids with bioactive potential (iii). The study focuses on transcriptome, proteome and metabolome data obtained from samples collected in their natural habitat, in addition to seedling cultivation subjected to environmental stresses (temperature, UV, water stress, salt stress and mechanical damage) and phytohormones (methyljasmonate , salicylic acid, nitric oxide and abscisic acid). As a result, the predominant flavonoids observed were flavones, isoflavones, and flavonols, along with several isoquinoline alkaloids from both dienoids and alkenoids. Transcriptome analysis revealed the presence of enzymes involved in the flavonoid and alkaloid biosynthesis pathways, including those differentially expressed, such as EvCHI, EvIF7GT, EvCHS, EvCOR, EvNMT and EvODM. Among the treatments tested, the most significant accumulation of metabolites occurred in response to NO, MeJA, water stress and heat, while ABA caused the least pronounced effect. For normalization of RT-qPCR assays, EvCSTF64, EvRAB7, EvNLE, EvUPF and EvARP4 were identified as the most stable reference genes, while EvNADH and EvPBL27 exhibited lower stability. These genes serve as reliable reference points to ensure accurate normalization of gene expression data in subsequent analyses. The results pointed to NO as crucial in increasing the expression of CHI and the amounts of isoflavones noted. Drought stress negatively affected early precursors of the Erythrina alkaloid pathway, while MeJA had the opposite effect. Exposure to heat increased alkaloid concentrations. This study will contribute to the understanding of the secondary metabolism of plants in the semi-arid/xeric environmental conditions, characteristic of the Caatinga region. In addition, may help to improve the production of bioactive molecules in the species and to value a plant from the Caatinga of Rio Grande do Norte as a source of compounds with pharmaceutical potential. This research represents the first step towards guiding the management for optimal target metabolite production in E. velutina.
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Although some natural products (NP) have been effective as a source of new drugs, the pharmaceutical industry still faces challenges in the identification and optimized production of these compounds and this has led to a reduction in interest in NP-based drugs. In order to minimize these gaps, this study aims to integrate molecular and chemical data to investigate the biosynthesis of the main metabolites present in E. velutina under three aspects: to evaluate the metabolic production in plants collected in natural habitat (Caatinga) and in cultivated plants submitted to different elicitors (ii); identify reference genes that normalize RT-qPCR tests for the species (ii) and evaluate the expression of target genes responsible for the production of alkaloids and flavonoids with bioactive potential (iii). The study focuses on transcriptome, proteome and metabolome data obtained from samples collected in their natural habitat, in addition to seedling cultivation subjected to environmental stresses (temperature, UV, water stress, salt stress and mechanical damage) and phytohormones (methyljasmonate , salicylic acid, nitric oxide and abscisic acid). As a result, the predominant flavonoids observed were flavones, isoflavones, and flavonols, along with several isoquinoline alkaloids from both dienoids and alkenoids. Transcriptome analysis revealed the presence of enzymes involved in the flavonoid and alkaloid biosynthesis pathways, including those differentially expressed, such as EvCHI, EvIF7GT, EvCHS, EvCOR, EvNMT and EvODM. Among the treatments tested, the most significant accumulation of metabolites occurred in response to NO, MeJA, water stress and heat, while ABA caused the least pronounced effect. 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This research represents the first step towards guiding the management for optimal target metabolite production in E. velutina.Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO estudo das plantas está sob crescente transformação devido á disponibilidade de ferramentas moleculares e de bioinformática para entender e apontar potenciais fontes de novas entidades químicas bioativas com interesse farmacêutico. Nesse cenário, Erythrina velutina se destaca como uma planta medicinal encontrada na região nordeste do Brasil, principalmente no bioma da Caatinga. Esta planta possui notável capacidade de produzir alcaloides e flavonoides, que são os principais metabólitos secundários do gênero e estão frequentemente associados a atividades farmacológicas, como moduladores do sistema nervoso central (com efeitos antidepressivos e ansiolíticos) e ação anti-inflamatória. Apesar de alguns produtos naturais (PN) terem sido eficazes como fonte de novos medicamentos, a indústria farmacêutica ainda enfrenta desafios na identificação e produção otimizada desses compostos e isso tem levado a uma redução no interesse por medicamentos baseados em PN. Com o objetivo de minimizar essas lacunas, este estudo visa integrar dados moleculares e químicos para investigar a biossíntese dos principais metabólitos presentes em E. velutina sob três aspectos: avaliar a produção metabólica em plantas coletadas em habitat natural (Caatinga) e em plantas cultivadas submetidas a diferentes elicitores (i); identificar genes de referência para normalizar ensaios RT-qPCR para a espécie (ii) e avaliar a expressão dos genes alvos responsáveis pela produção de alcaloides e flavonoides de potencial bioativo (iii). O estudo se concentra em dados de transcriptoma, proteoma e metaboloma obtidos de amostras coletadas em seu habitat natural, além de cultivo de plântulas submetidas a fatores de estresse ambientais (temperatura, UV, estresse hídrico, estresse salino e danos mecânicos) e fitormônios (metiljasmonato, ácido salicílico, óxido nítrico e ácido abscisico). Como resultado, os flavonoides predominantes observados foram flavonas, isoflavonas e flavonóis, juntamente com vários alcaloides isoquinolínicos tanto do dienoides quanto do alcenoides. A análise do transcriptoma revelou a presença de enzimas envolvidas nas vias de biossíntese de flavonoides e alcaloides, incluindo aquelas expressas diferencialmente, como EvCHI, EvIF7GT, EvCHS, EvCOR, EvNMT e EvODM. Entre os tratamentos testados, o acúmulo mais significativo de metabólitos ocorreu em resposta ao NO, MeJA, estresse hídrico e calor, enquanto o ABA provocou o efeito menos pronunciado. Para normalização dos ensaios de RT-qPCR, EvCSTF64, EvRAB7, EvNLE, EvUPF e EvARP4 foram identificados como os genes de referência mais estáveis, enquanto EvNADH e EvPBL27 exibiram menor estabilidade. Esses genes servem como pontos de referência confiáveis para garantir a normalização precisa dos dados de expressão gênica em análises subsequentes. Os resultados apontaram o NO como crucial no aumento da expressão de CHI e das quantidades de isoflavonas anotadas. O estresse hídrico afetou negativamente os primeiros precursores da via dos alcaloides de Erythrina, enquanto o MeJA teve o efeito oposto. A exposição ao calor aumentou as concentrações de alcaloides. Esse estudo poderá contribuir significativamente para a compreensão do metabolismo secundário de plantas nas condições ambientais semiáridas/xéricas, características da região da Caatinga. Além disso, contribui para aprimorar a produção de moléculas bioativas na espécie e valorizar uma planta da Caatinga do Rio Grande do Norte como fonte de compostos com potencial farmacêutico. Essa pesquisa representa o primeiro passo para guiar o manejo para produção sustentável de metabólitos bioativos-alvo em E. velutina.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FARMACÊUTICASGiordani, Raquel Brandthttps://orcid.org/0000-0003-1932-2301http://lattes.cnpq.br/6025915331568147http://lattes.cnpq.br/5032750980466610Fett Neto, Arthur GermanoAragão, Cicero Flávio Soareshttp://orcid.org/0000-0002-3434-2602http://lattes.cnpq.br/9657118649043311Fett, Janette PalmaFerreira, Leandro de SantisAraújo, Wagner LuizChacon, Daisy Sotero2024-09-18T20:34:25Z2024-09-18T20:34:25Z2024-03-27info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfCHACON, Daisy Sotero. Integração de dados moleculares e químicos para análise da biossíntese de metabólitos especializados em Erythrina velutina Willd. Orientadora: Dra. Raquel Brandt Giordani. 2024. 53f. Tese (Doutorado em Ciências Farmacêuticas) - Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2024.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/60191info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-09-18T20:34:57Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/60191Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-09-18T20:34:57Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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