Caracterización de plantas de tabaco cv. "Habana 503 B" que sobreexpresan el gen de la tiorredoxina en el genoma de los cloroplastos

Abstract

El actual aumento de la demanda de combustibles fósiles para múltiples usos hace necesaria la búsqueda de una alternativa renovable y sostenible para satisfacer la creciente demanda. En los últimos años se ha empezado a investigar acerca de nuevas fuentes de energía renovables para conseguir biocombustibles capaces de sustituir total o parcialmente a los actuales combustibles fósiles. El biocombustible más usado hoy en día es el bioetanol que proviene de azúcar o almidón de granos de cereales generalmente comestibles. El uso de cultivos comestibles supone un enfrentamiento entre los sectores energético y alimentario por lo que el reto actual consiste en buscar cultivos energéticos alternativos. Recientes estudios perfilan al tabaco como un posible sustituto de los cultivos alimenticios, al haber transformado plastidialmente una variedad de tabaco no comercial para que sobreexpresara el gen de la tiorredoxina f. Esta planta transformada fue capaz de acumular hasta 10 veces más almidón que la planta control y más del doble de sacarosa. El principal objetivo de este trabajo es comprobar el efecto que provoca en la variedad comercial Havana 503B la transformación plastidial con tiorredoxina f y el corte de la inflorescencia en la planta, sobre los caracteres morfológicos, bioquímicos y moleculares de la planta. También es objeto de este trabajo valorar dicha variedad como materia prima para la producción de bioetanol a gran escala. Tras la ejecución de este trabajó se comprobó que, tanto la sobreexpresión de tiorredoxina f, como el descabezado de la planta, tienen un efecto positivo que aumenta hasta dos veces la cantidad de almidón acumulado. No obstante, los azucares solubles acumulados apenas se vieron aumentados ligeramente en las plantas transformadas. Por otro lado las características morfológicas tales como altura, número de hojas, peso específico de las hojas y contenido en agua de hojas, no se vieron afectados por ninguno de los dos factores. Finalmente, se estimó una producción de bioetanol de 500 L/ha en las plantas de tabaco transformadas frente a la producción de aproximadamente 370 L/ha en las plantas control. Pese a mejorar los niveles de almidón y, levemente, los de azúcares solubles, además de aumentar la producción estimada de bioetanol, estos resultados quedan muy lejos de los obtenidos anteriormente en otras variedades no comerciales con producciones de bioetanol de aproximadamente 2000 L/ha; por todo ello, será necesario esperar a los estudios que se están realizando actualmente de esta variedad en condiciones de campo para poder concluir la validez de la variedad Havana 503B como materia prima en la producción de bioetanol.

The current increase in demand for fossil fuels for many uses, require to search for renewable and sustainable alternative to satisfy the growing demand. In recent years it has begun to investigate new sources of renewable energy to make biofuels able to replace all or part of existing fossil fuels. The most widely used biofuel today is bioethanol which comes from sugar or starch from cereal grains usually edible. The use of food crops is a confrontation between energy and food sectors so the challenge now is to find alternative energy crops. Recent studies have outlined tobacco, modified by genetic engineering, as a possible replacement of food crops. The overexpression of the tiorredoxin f in the plastid allowed the accumulation of up to 10 times more starch than the control plant and more than double sucrose. The main aim of this study was to analyze the effect caused in the commercial variety Havana 503B by the plastidial transformation with thioredoxin f and by the cutting of the inflorescence in the plant, testing the plant morphological, biochemical and molecular characters. Another target of this work was to appreciate this variety as a feedstock for bioethanol production on a large scale. Upon execution of this work, it was found that both overexpression of thioredoxin f and cutting the inflorescence in the plant, have a positive effect increasing twice the amount of accumulated starch in leaves. However, the soluble sugars were only slightly increased in the transformed plants. Furthermore, the morphological characteristics such as height, number of leaves, specific leaf weight and leaf water content were not affected by either of the two factors. Finally, the estimated production of bioethanol was 500 L/ha in the transformed tobacco plants compared to a production of approximately 370 L/ha in the control plants. Despite improving levels of starch and, slightly, soluble sugar, while increasing the estimated production of bioethanol, these results are far from those obtained previously in other non-commercial varieties with bioethanol productions of approximately 2000 L/ha; therefore it will be necessary to wait for the studies currently being conducted of this variety under field conditions to conclude the validity of the Havana 503B variety as raw material for bioethanol production.