Estudio de los factores que afectan la producción de pigmentos betalaínicos en raíces transformadas de cactáceas

Abstract

RESUMEN: Estudio de los factores que afectan la producción de pigmentos betalaínicos en raíces transformadas de cactáceas El uso de pigmentos naturales en diversos productos ha mostrado beneficios a la salud. Los pigmentos betalaínicos que se encuentran en las cactáceas y otras plantas, tienen gran interés por sus propiedades antioxidantes, antiinflamatorias y anticancerígenas. En este trabajo, se estudiaron las raíces transformadas de cuatro especies de cactáceas: Escobaria chaffeyi, Turbinicarpus laui, T. lophophoroides y T. pseudopectinatus, y se evaluó la influencia de diferentes factores sobre la acumulación de biomasa y la producción de pigmentos betalaínicos. Se evaluó el diferente medio de cultivo, la adición al medio de reguladores de crecimiento, de complejos nutritivos y de precursores de la ruta biosintética, la inducción de estrés, el cultivo bajo diferentes condiciones de luminosidad, y el uso de dos tipos de biorreactores. Los resultados mostraron que los medios de cultivo ricos en nitrógeno (MS, N6, DKW o B5) favorecían la acumulación de biomasa, y que el uso de luz fluorescente favorecía la acumulación de biomasa y la de pigmentos betalaínicos. El uso de reguladores de crecimiento, logró aumentar la acumulación de biomasa, un 58 % para E. chaffeyii con combinaciones equimolares de ANA-BA o AIB-2IP (a 5 μM), un 118 % para T. laui con la combinación equimolar de AIB-2IP (a 5 μM), y alrededor de un 70 % para T. lophophoroides y un 50 % para T. pseudopectinatus, con combinaciones equimolares de AIA-MT, AIB-2IP o ANA-BA (a 5 μM). La adición de prolina al 0.1 y 1 mM o tirosina al 0.1 mM, también incrementó la acumulación de biomasa cerca de un 95 %. En cuanto a producción de pigmentos betalaínicos, solo T. pseudopectinatus logró mayores niveles, con el tratamiento de polvo de plátano a 10 g/L (hasta 128 % en BC y 40 % en BX), y la inducción de estrés por salinidad con NaCl a 50 μM (hasta un 156 % en BC y 145 % en BX). Por otra parte, el uso de biorreactores de inmersión temporal incrementó la producción de biomasa a valores cercanos al doble (ICF= 5.1) de los encontrados en medio semisólido, pero la producción de betalaínas se mantuvo sin cambios. Este es el primer trabajo en donde se analiza el potencial de las raíces transformadas de cactáceas para la obtención de pigmentos betalaínicos. En general, los niveles de betalaínas son bajos comparados con los reportados para otras especies vegetales en otros sistemas de producción, sin embargo, parece ser una alternativa viable, aunque requiere de más estudios.

ABSTRACT Study of the factors affecting production of betalainic pigments in cacti hairy roots The use of natural pigments in some products has shown health benefits. Betalainic pigments found in cactaceae and in many other plants, have great interest by their antioxidant, antiinflamatory and anticancer properties. In this work, hairy roots of four cactaceae species were studied: Escobaria chaffeyi, Turbinicarpu laui, T. lophophoroides and T. pseudopectinatus; to evaluate the influence of several factors on biomass accumulation and betalainic pigment production. The evaluated factors were: use of different culture media, addition of plant growth regulators, nutritious complexes and precursors of the biosynthetic pathway to the culture medium, elicitation, plant tissue culture under different lighting conditions, and the use of two types of bioreactors. Results showed that culture media with high levels of nitrogen (MS, N6, DKW or B5) favored biomass accumulation, and fluorescent light favored both biomass and betalainic pigments accumulation. The use of plant growth regulators increased biomass accumulation by 58 % for E. chaffeyi, using equimolar combinations of ANA-BA or AIB-2IP (at 5 μM), 118 % for T. laui, using equimolar combinations of AIB-2IP (at 5 μM), and by 70 % for T. lophophoroides and 50 % for T. pseudopectinatus using equimolar combinations of AIA-MT, AIB-2IP or ANA-BA (at 5 μM). The use of proline at 0.1 and 1 mM or tyrosine at 0.1 mM, achieved 95% of biomass accumulation. Regarding to production of betalainic pigments, only T. pseudopectinatus achieved high levels, using banana powder at 10 g/L (about 128 % for BC and 40 % for BX), and using elicitation by NaCl at 50 μM (by 156 % for BC and 145 % for BX). On the other hand, the use of temporary immersion systems as RITA systems, achieved high levels of biomass accumulation (FGI= 5.1), the double of that obtained on semisolid medium, but betalain production remained unchanged. It is the first work where potential of cacti hairy roots is analized for betalain pigments production. In general, levels of betalains are low compared to that reported in other species and in other production systems; however, it seems to be a viable alternative, although further studies are required.