Expression of a carrot 36 kD antifreeze protein gene improves cold stress tolerance in transgenic tobacco

Revisão: Proteínas anticongelantes – uma tecnologia emergente para o congelamento de alimentos

Um dos métodos mais tradicionais na conservação de alimentos, o congelamento também pode alterar de forma significativa as características do produto. Grandes cristais de gelo provocam alteração na textura e/ou danos a membranas e componentes celulares. As técnicas de congelamento rápido formam cristais de gelo menores do que o processo lento, porém as flutuações de temperatura durante a distribuição e transporte podem promover o crescimento dos cristais. Esse processo é conhecido como recristalização e é uma barreira na utilização do congelamento como método de conservação em muitos casos. O uso de crioprotetores tradicionais, como a sacarose, é uma alternativa limitada, uma vez que concentrações elevadas são requeridas. Na década de 1970, foi descrita em peixes de águas frias uma classe de proteínas que, em baixa concentração, pode interagir e influenciar o crescimento do cristal de gelo. Elas foram chamadas de proteínas anticongelantes (PACs), sendo encontradas também em plantas, animais e micro-organismos ambientados a baixas temperaturas. Essas proteínas podem intervir no processo de formação do núcleo inicial do gelo, reduzir o ponto de congelamento da água, ou, ainda, inibir a recristalização, principalmente para PACs de vegetais. Há diversos trabalhos publicados e algumas patentes registradas para o uso de PACs em diversos alimentos, como lácteos, carnes, massas, frutas e hortaliças, conservando de melhor forma as características originais do alimento. Atualmente, o custo ainda é uma barreira para utilização comercial das PACs. Contudo, a descoberta de novas fontes pode reduzir seu custo e tornar essas proteínas uma ferramenta efetiva na manutenção da textura de alimentos congelados. Baseada em trabalhos que avaliaram aspectos químicos das PACs e exemplos de sua aplicação, esta revisão tem como objetivo principal apresentar as características gerais das PACs e discutir sobre sua utilização.

Isolation and characterization of ice-binding proteins from higher plants

The characterization of ice-binding proteins from plants can involve many techniques, only a few of which are presented here. Chief among these methods are tests for ice recrystallization inhibition activity. Two distinct procedures are described; neither is normally used for precise quantitative assays. Thermal hysteresis assays are used for quantitative studies but are also useful for ice crystal morphologies, which are important for the understanding of ice-plane binding. Once the sequence of interest is cloned, recombinant expression, necessary to verify ice-binding protein identity can present challenges, and a strategy for recovery of soluble, active protein is described. Lastly, verification of function in planta borrows from standard protocols, but with an additional screen applicable to ice-binding proteins. Here we have attempted to assist researchers wishing to isolate and characterize ice-binding proteins from plants with a few methods critical to success.

Heterologous expression of antifreeze protein gene AnAFP from Ammopiptanthus nanus enhances cold tolerance in Escherichia coli and tobacco

Antifreeze proteins are a class of polypeptides produced by certain animals, plants, fungi and bacteria that permit their survival under the subzero environments. Ammopiptanthus nanus is the unique evergreen broadleaf bush endemic to the Mid-Asia deserts. It survives at the west edge of the Tarim Basin from the disappearance of the ancient Mediterranean in the Tertiary Period. Its distribution region is characterized by the arid climate and extreme temperatures, where the extreme temperatures range from -30 °C to 40 °C. In the present study, the antifreeze protein gene AnAFP of A. nanus was used to transform Escherichia coli and tobacco, after bioinformatics analysis for its possible function. The transformed E. coli strain expressed the heterologous AnAFP gene under the induction of isopropyl β-D-thiogalactopyranoside, and demonstrated significant enhancement of cold tolerance. The transformed tobacco lines expressed the heterologous AnAFP gene in response to cold stress, and showed a less change of relative electrical conductivity under cold stress, and a less wilting phenotype after 16 h of -3 °C cold stress and thawing for 1h than the untransformed wild-type plants. All these results imply the potential value of the AnAFP gene to be used in genetic modification of commercially important crops for improvement of cold tolerance.