Evaluación de la producción de lípidos y análisis de la expresión de genes en Scenedesmus obliquus bajo estímulo con fitohormonas y por déficit de nitrógeno

Abstract

RESUMEN La necesidad de fuentes de energía y alimentos, hace de las microalgas muy importantes a nivel industrial ya que pueden ser una solución sostenible para la demanda global de insumos. La bioquímica y los aspectos moleculares de microalgas en respuesta a una limitación de nitrógeno (N) acoplada a un estímulo con fitohormonas han sido poco exploradas. Primero, analizamos el efecto de dos fitohormonas junto con una limitación de N sobre cuatro factores: densidad celular, biomasa, acumulación de lípidos y expresión génica en Scenedesmus obliquus. Se evaluaron concentraciones de 10-5-10-8 M de bencilaminopurina (BAP) y ácido giberélico (AG) y se seleccionaron las de mejor respuesta. BAP 10-5 M y AG 10-6 M aumentaron la biomasa en 1.44 y 1.35 veces; y los lípidos en 2.8 y 1.11 veces, respectivamente. El efecto de BAP 10-5 M y AG 10-6 M acoplados a una deficiencia de N (N-0, N-25 y N-50) incrementaron significativamente la respuesta de los cuatro factores evaluados. BAP N-0 y AG N-0 produjeron rendimientos de lípidos de 55% y 50%, respectivamente (controles 16%). El perfil lipídico mostró un incremento en los ácidos grasos C18:1 y C16:0. Los análisis de expresión de ACP, SAD, FATA y DGAT, revelaron una sobreexpresión (2.0-4.0 veces), principalmente en ausencia de N. En la segunda parte de este trabajo, probamos diversas mezclas de disolventes menos tóxicos, aplicamos y optimizamos la extracción asistida con irradiación infrarroja (EAIR) para incrementar la obtención de lípidos. Demostramos que, este proceso de extracción “verde”, generó los rendimientos más altos (24.2%) en comparación con las extracciones de Folch, Bligh-Dyer y Soxhlet (4-22%). Aquí proveemos información valiosa para potenciar la producción y obtención de aceite de S. obliquus, relevante a nivel industrial. Palabras clave: Scenedesmus obliquus, Fitohormonas, Depleción de nitrógeno, Lípidos, Ácidos grasos, Expresión de genes, Extracción asistida por irradiación infrarroja, Metodología de superficie de respuesta.

ABSTRACT The need for energy and food sources makes microalgae very important at the industrial level as they can be a sustainable solution to the global demand for inputs. The biochemistry and molecular aspects of microalgae in response to nitrogen (N) limitation coupled to a phytohormone stimulus have been little explored. First, we analyzed the effect of two phytohormones coupled with N limitation on four factors: cell density, biomass, lipid accumulation, and gene expression in Scenedesmus obliquus. Concentrations of 10-5-10- 8 M benzyl amino purine (BAP) and gibberellic acid (GA) were evaluated, and those with the best response were selected. BAP 10-5 M and AG 10-6 M increased biomass by 1.44 and 1.35-fold, and lipids by 2.8 and 1.11-fold. The effect of BAP 10-5 M and AG 10-6 M coupled to N deficiency (N-0, N-25, and N-50) significantly increased the response of the four factors evaluated. BAP N-0 and AG N-0 produced 55% and 50% lipid yields, respectively (controls 16%). The lipid profile showed an increase in C18:1 and C16:0 fatty acids. Gene expression analysis of ACP, SAD, FATA and DGAT, revealed an overexpression (2.0-4.0-fold), mainly in the absence of N. In the second part of this work, we tested different mixtures of less toxic solvents, we applied, and optimized the infrared irradiation assisted extraction (IRAE) to increase lipid extracts. We demonstrated that this "green" extraction process generated the highest yields (24.2%) compared to Folch, Bligh- Dyer, and Soxhlet extractions (4-22%). Here, we provide valuable information to enhance the production and obtainment of industrially relevant S. obliquus oil. Keywords: Scenedesmus obliquus, Phytohormones, Nitrogen-limited, Lipids, Fatty acids, Gene expression, Infrared irradiation assisted extraction, Response surface methodology.