Ácidos clorogênicos (CGAs) e lignina são produtos da via dos fenilpropanóides. Enquanto o primeiro está associado à respostas das plantas a estresses, o segundo é um biopolímero depositado nas paredes secundárias e responsável pela sustentação estrutural da planta e impermeabilização dos vasos do xilema, garantindo o transporte de água. Visto que a estrutura de CGAs é quimicamente semelhante àquela de alguns intermediários da via biossintética de lignina e visto que CGAs podem ser convertidos de volta à hidroxicinamoil- CoAs in vitro, estes compostos tem sido considerados autênticos intermediários para a produção de lignina. No entanto, ainda não está claro se CGAs são de fato remobilizados para a produção de monômeros de lignina ao longo do desenvolvimento ou em resposta a sinais ambientais. A recente descoberta que caffeoyl shikimate esterase (CSE) é uma enzima central para a biossíntese de lignina abre uma nova possibilidade de explorar a potencial interdependência entre os metabolismos de CGAs e lignina. Considerando que i) o substrato de CSE, cafeoil chiquimato (via de lignina), é estruturalmente muito similar ao cafeoil quinato (CGA); ii) que CSE recombinante de Arabidopsis é capaz de utilizar não somente cafeoil chiquimato mas também outros ésteres como substratos in vitro; e iii) que o silenciamento de CSE em álamo resultou no acúmulo de CGAs nas linhagens transgênicas, a hipótese deste trabalho é que CSE também é capaz de utilizar CGAs como substrato e, consequentemente, estaria envolvida no metabolismo de CGAs. Assim, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo funcional de CSE em batata (Solanum tuberosum), uma Solanaceae que acumula altos níveis de CGAs. Buscas por BLASTp seguidas de análises filogenéticas demonstraram que StCSE ocorre como gene único no genoma de batata, similar a outras espécies com genoma diploide. Análises transcriptômicas in silico e por RT-qPCR em diferentes tecidos de batata revelaram uma correlação positiva entre os padrões de expressão de StCSE e StHCT, um gene biossintético de lignina, enquanto uma correlação negativa foi observada para StCSE x StHQT, um gene biossintético de CGAs. StCSE recombinante foi produzida em Escherichia coli e purificada utilizando cromatografia por afinidade para a realização de ensaios enzimáticos in vitro com três substratos: cafeoil chiquimato, cafeoil quinato (um CGA monoéster) e 3,5-dicafeoil quinato (um CGA di-éster). Esses ensaios mostraram que StCSE não somente é capaz de utilizar CGAs como substrato in vitro mas que estes fenólicos são utilizados com maior eficiência do que o próprio cafeoil chiquimato. Esses resultados sugerem que CSE é uma enzima envolvida tanto no metabolismo de lignina quanto no metabolismo de CGAs, potencialmente atuando na mobilização de CGAs para a síntese de monômeros de lignina e/ou outros fenilpropanóides.

Chlorogenic acids (CGAs) and lignins are products of the phenylpropanoid pathway. While the first is associated with plant responses to stress, the second is a biopolymer deposited in the secondary walls and responsible for the structural support of the plant and waterproofing the xylem vessels, ensuring water transport. Since the structure of CGAs is chemically similar to that of some intermediates of the lignin biosynthetic pathway and since CGAs can be converted back to hydroxycinnamoyl-CoAs in vitro, these compounds have been considered authentic intermediates for lignin production. However, it remains unclear whether CGAs are indeed remobilized for the production of lignin monomers throughout development or in response to environmental cues. The recent discovery that caffeoyl shikimate esterase (CSE) is a central enzyme for lignin biosynthesis opens a new possibility to explore the potential interdependence between the metabolisms of CGAs and lignin. Considering that i) the CSE substrate, caffeoyl shikimate (lignin pathway), is structurally very similar to caffeoyl quinate (CGA); ii) that recombinant CSE from Arabidopsis is capable of using not only caffeoyl shikimate but also other esters as substrates in vitro; and iii) that the silencing of CSE in poplar resulted in the accumulation of CGAs in transgenic lines, the hypothesis of this work is that CSE is also capable of using CGAs as a substrate and, consequently, would be involved in the metabolism of CGAs. Therefore, the aim of this work was to perform a functional study of CSE in potato (Solanum tuberosum), a Solanaceous species that accumulates high levels of CGAs. BLASTp searches followed by phylogenetic analyzes revealed that StCSE occurs as a single gene in the potato genome, similar to other species with a diploid genome. In silico and RT-qPCR transcriptomic analyzes using different potato tissues revealed a positive correlation between the expression patterns of StCSE and StHCT, a lignin biosynthetic gene, whereas a negative correlação was observed for StCSE x StHQT, a CGA biosynthetic gene. Recombinant StCSE was produced in Escherichia coli and purified using affinity chromatography to perform in vitro enzymatic assays with three substrates: caffeoyl shikimate, caffeoyl quinate (a CGA monoester) and 3,5-dicaffeoyl quinate (a CGA di-ester). These assays demonstrated that StCSE is not only capable of using CGAs as a substrate in vitro, but that these phenolics are used more efficiently than caffeoyl shikimate. These results suggest that CSE is an enzyme involved in both lignin metabolism and CGA metabolism, potentially in the mobilization of CGAs toward the synthesis of lignin monomers and/or other phenylpropanoids.