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Type: Tese
Title: Análise metabolômica aplicada a dois genótipos de pinhão-manso (Jatropha curcas L.) com níveis contrastantes de ésteres de forbol
Title in English: Metabolomic Analysis Applied to Two Physic Nut (Jatropha curcas L.) Genotypes with Contrasting Levels of Phorbol Esters
Authors: Mélo Neto, Domingos Ferreira de
Advisor: Campos, Francisco de Assis de Paiva
Co-advisor: Nogueira, Fábio César Sousa
Keywords: Ésteres de forbol;Metabolômica de plantas;Espectrometria de massas;Terpenóides;Oxilipinas
Issue Date: 2023
Citation: MÉLO NETO, Domingos Ferreira de. Análise metabolômica aplicada a dois genótipos de pinhão-manso (Jatropha curcas L.) com níveis contrastantes de ésteres de forbol. 2023. 152 f. Tese (Doutorado em Agronomia/ Fitotecnia) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: O pinhão-manso (Jatropha curcas L.) tem sido muito estudado principalmente pelo seu potencial de prover óleo para produção de biodiesel. Além disso, a torta obtida após extração do óleo contém notável valor nutricional, mas tem seu uso na alimentação animal impedido pela toxicidade imposta pelos éteres de forbol (EF) encontrados na maioria dos genótipos. Diante da carência de conhecimento acerca da biossíntese de EF, esse trabalho comparou o padrão de deposição de EF e o metaboloma de diversos tecidos e estágios de desenvolvimento dos genótipos de pinhão-manso HPE e LPE. Viu-se que o genótipo HPE acumula EF no kernel de sementes maduras numa concentração de 0,55 µg.mg-1, enquanto EF não foram detectados no genótipo LPE. Nas sementes produzidas pelos enxertos recíprocos dos genótipos HPE e LPE, não foi observado efeito da enxertia sobre o acúmulo de EF. Já, durante o desenvolvimento dos frutos, os EF foram detectados e quantificados em todos os tecidos (pericarpo, testa, tegma e endosperma) e estágios de desenvolvimento analisados (E1, E2, E3, E4 e E5) do genótipo HPE. Padrões de deposição de EF distintos entre tecidos maternais e filiais foram observados. Além disso, EF foram também detectados em folhas e raízes do genótipo HPE. A detecção de EF na testa isolada e nas raízes, são reportadas de maneira inédita na literatura. Pela abordagem metabolômica não-alvo, as raízes despontaram como principal repositório de terpenóides, especialmente sesqui e diterpenóides, em ambos os genótipos. Para maioria dos diterpenóides anotados, concentrações relativas mais altas foram vistas no genótipo HPE, dentre eles, diterpenóides com esqueleto tigliano, aquele encontrado nos EF, enquanto que o genótipo LPE apresentou concentrações relativas mais altas de sesquiterpenóides. Também nas raízes, foi observado no genótipo LPE maiores concentrações relativas de neolignanas, ao contrário do genótipo HPE, que tende a acumular mais lignanas. No pericarpo e na testa em desenvolvimento, foram vistos principalmente diferenças no padrão de deposição de compostos fenólicos, como flavonoides, ácidos clorogênicos e taninos hidrolisáveis. Já, no tegma de ambos os genótipos, a abundância relativa de lipídeos de membrana cai acentuadamente, acompanhada pelo aumento de diversas oxilipinas. Em conclusão, esse trabalho detalhou a distribuição de EF em J. curcas, e explorou um conjunto rico de dados metabolômicos baseados em cromatografia líquida hifenada à espectrometria de massas de alta resolução que podem contribuir com o entendimento da biossíntese de EF, além de ter sido demostrado diferenças nas distribuições de metabólitos de outras classes químicas entre os genótipos, tecidos e estágios de desenvolvimento.
Abstract: The physic nut (Jatropha curcas L.) has been studied mainly for its potential to provide oil for biodiesel production. In addition, the seed cake obtained after extracting the oil contains remarkable nutritional value. However, the toxicity of most jatropha genotypes, attributed to phorbol esters (PE), precludes its use in animal feed. Thus, given the gap of knowledge about EF biosynthesis, this work comparatively evaluated the EF deposition pattern and the metabolome of different tissues and developmental stages of two jatropha genotypes contrasting in PE accumulation, called HPE and LPE. Initially, it was observed that the HPE genotype accumulates PE in the kernel of mature seeds at a concentration of 0.55 µg.mg-1, while PE were not detected in the LPE genotype. In seeds produced by reciprocal grafts of the HPE and LPE genotypes, no effect of grafting on PE accumulation was observed. During fruit development, PE were detected and quantified in all tissues (pericarp, testa, tegmen and endosperm) and developmental stages analyzed (S1, S2, S3, S4 and S5). Distinct PE deposition patterns between maternal and filial tissues were observed. Furthermore, PE were also detected in leaves and roots of the HPE genotype. The detection of PE in the testa isolated and in the roots, are reported in an unprecedented way in the literature. By the non-target metabolomics approach, the roots emerged as the main repository of terpenoids, especially sesqui and diterpenoids in both genotypes. However, for most of the annotated diterpenoids, higher relative concentrations were seen in the HPE genotype, among them, diterpenoids with tigliane skeleton, the one found in the PE, while the LPE genotype showed higher relative concentrations of sesquiterpenoids. Also in the roots, higher concentrations of neolignans were observed in the LPE genotype, while the HPE genotype tends to accumulate more lignans. During pericarp and testa development, mainly differences in the deposition pattern of phenolic compounds such as flavonoids, chlorogenic acids and hydrolysable tannins were seen. Already in tegmen, there was a sharp drop in the concentration of membrane lipids, accompanied by an increase in several oxylipins. In conclusion, this work detailed the distribution of EF in J. curcas, and explored a rich-set of metabolomic data based on hyphenated liquid chromatography and high-resolution mass spectrometry that may contribute to the understanding of EF biosynthesis, in addition to having been demonstrated differences in the distribution of metabolites of other chemical classes among genotypes, tissues and developmental stages.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/72627
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