[en] My research program focused on the elucidation of the mechanisms of carotenoid accumulation in maize (Zea mays). I amplified a putative carotenoid ε-hydroxylase, named CYP97C19, from the yellow maize variety B73. Metabolic profiling of the carotenoid pathway in Arabidopsis lut1 mutant (lacking lutein) overexpressing maize CYP97C19 confirmed the accumulation of lutein in transgenic lines at the expense of zeinoxanthin. This allowed me to conclude that maize CY P97C19 is a functional ε-hydroxylase. In a separate experiment, I characterized two transgenic lines overexpressing the Arabidopsis Orange gene (AtOR). Both lines exhibited an increase in carotenoid content without any concomitant upregulation of endogenous carotenogenic gene expression. The highest carotenoid accumulating line was crossed with different transgenic lines with diverse carotenoid profiles. In cases in which the original transgenic parent that was crossed with the AtOr line accumulated low levels of total carotenoids, resulting hybrids exhibited a substantial increase of total carotenoid content without any changes in the qualitative carotenoid composition. No changes at the metabolite and transcript profiles were observed in the hybrids when the carotenoid content in the original parents used to cross with the AtOr line was high. Results from these experiments suggest that one of the functions of the Orange gene in maize endosperm is to generate a metabolic sink for carotenoids. Results from experiments in which carotenoid β-hydroxylase (BCH1 and BCH2) was silenced in genotypes able to accumulate high lutein and high zeaxanthin levels indicated that these genes are determinans of β-carotene and zeaxanthin accumulation. I also investigated the interactions between the carotenoid and starch biosynthetic pathways as they share common precursors. I analyzed total starch content in four transgenic maize lines: one line overexpressing AtOR (L1) and three lines expressing different carotenogenic gene combinations (L2, L3 and L4, expressing Zmpsy1; Zmpsy1; PacrtI; ParacrtW; and Zmpsy1; ParacrtW and Gllycb, respectively). In transgenic lines with a high carotenoid content total starch content was lower by approximately 8%. I established that this effect was not due to downregulation of starch-related biosynthetic genes, which suggests that reduction in starch levels might be due to an alternative mechanism. A transgenic line (HC) overexpressing Zmpsy1 and PacrtI was crossed with different inbred lines belonging to well-known heterotic groups in order to obtain high-yielding hybrids accumulating carotenoids. I assessed the performance of the hybrids (agronomic and ear morphologic traits) in two different environments in one growing season. Results indicated that field performance of high carotenoid maize hybrids was similar or on occasion superior to commercial hybrids commonly grown in the area.

[es] Mi programa de investigación se ha centrado en el estudio de los mecanismos de acumulación de carotenoides en maíz (Zea mays). Inicialmente, cloné de la variedad de maíz B73 un gen candidato para la enzima ε-hidroxilasa de carotenoides (CYP97C19). Basándome en los resultados del perfil metabólico de la ruta de los carotenoides en líneas transgénicas del mutante de Arabidopsislut1 (carente de luteína) que sobre expresaban CYP97C de maíz (la acumulación de luteína en las líneas transgénicas se producía a expensas de una reducción de zeinoxantina), concluí que el gen CYP97C19 de maíz era una ε-hidroxilasa de carotenoides funcional. En un experimento independiente, caractericé dos líneas transgénicas de maíz que sobreexpresaban el gen Orange de Arabidopsis (AtOR). Las dos líneas mostraron un incremento del contenido de carotenoides sin variar la expresión de genes carotenogénicos endógenos. Posteriormente, crucé la línea que acumulaba más carotenoides con líneas transgénicas con perfiles de carotenoides distintos. En los casos en que el parental transgénico acumulaba pocos carotenoides, el híbrido resultante mostró un incremento sustancial del contenido de carotenoides sin cambios aparentes en la composición de éstos. En cambio, ningún efecto se observó en los niveles metabólicos y transcriptómicos de los híbridos cuando el contenido de carotenoides de los parentales era elevado. Los resultados de estos experimentos indican que una de las funciones del gen Orange de Arabidopsis en endospermo de maíz es generar un sumidero metabólico para la acumulación de carotenoides. Paralelamente, realicé un experimento en el que se silenciaron las enzimas β-hidroxilasa de carotenoides, la BCH1 y la BCH2, mediante RNAi en cultivares de maíz que acumulan elevadas cantidades de luteína y zeaxantina. Los resultados me permitieron concluir que estas dos enzimas son clave para la determinación del contenido de β-caroteno y zexantina en maíz. También analicé la interacción entre la ruta metabólica de los carotenoides y la del almidón ya que comparten precursores comunes. El análisis del contenido total de almidón en cuatro líneas transgénicas (L1: sobreexpresión de AtOR; L2, sobreexpresión de Zmpsy1; L3, sobreexpresión de Zmpsy1, PacrtIy ParacrtW; L4, sobreexpresión de Zmpsy1, PacrtI y Gllycb) demostró que se producía una disminución de hasta el 8%. Por lo que deduje que este efecto no se debía a la reducción de la capacidad biosintética de formación de almidón, por lo que propuse que la reducción de los niveles de almidón se debía a un mecanismo alternativo. Finalmente, crucé una línea transgénica (HC) que sobreexpresaba Zmpsy1 y PacrtI con diferentes líneas puras pertenecientes a grupos heteróticos conocidos para obtener híbridos de maíz de alta producción y acumulación de carotenoides. Evalué el desarrollo de los híbridos (caracteres agronómicos y morfológicos) en dos ambientes distintos durante una estación de cultivo. Los resultados indicaron que el comportamiento en campo de los híbridos con alto contenido de carotenoides fue similar y en ocasiones superior a los híbridos comerciales que se cultivan en la zona.