Mechanisms Controlling the Selective Iron and Zinc Biofortification of Rice
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Nom/Logotip de la Universitat on s’ha llegit la tesi Mechanisms controlling the selective iron and zinc biofortification of rice Raviraj Banakar http://hdl.handle.net/10803/384320 ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. 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Tampoco se autoriza la presentación de su contenido en una ventana o marco ajeno a TDR (framing). Esta reserva de derechos afecta tanto al contenido de la tesis como a sus resúmenes e índices. WARNING. Access to the contents of this doctoral thesis and its use must respect the rights of the author. It can be used for reference or private study, as well as research and learning activities or materials in the terms established by the 32nd article of the Spanish Consolidated Copyright Act (RDL 1/1996). Express and previous authorization of the author is required for any other uses. In any case, when using its content, full name of the author and title of the thesis must be clearly indicated. Reproduction or other forms of for profit use or public communication from outside TDX service is not allowed. Presentation of its content in a window or frame external to TDX (framing) is not authorized either. These rights affect both the content of the thesis and its abstracts and indexes. UNIVERSITAT DE LLEIDA ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA AGRÀRIA DEPARTAMENT DE PRODUCCIÓ VEGETAL I CIÈNCIA FORESTAL GRUP DE RECERCA DE BIOTECNOLOGIA VEGETAL APLICADA Mechanisms controlling the selective iron and zinc biofortification of rice RAVIRAJ BANAKAR DOCTORAL DISSERTATION Lleida, February 2016 Supervisor: Dr Paul Christou Departament de Producció Vegetal i Ciència Forestal Escola Tècnica i Superior d’Enginyeria Agrària Universitat de Lleida Supervisor: Dr Changfu Zhu Departament de Producció Vegetal i Ciència Forestal Escola Tècnica i Superior d’Enginyeria Agrària Universitat de Lleida UNIVERSITAT DE LLEIDA ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D’ENGINYERIA AGRÀRIA Paul Christou profesor i Changfu Zhu, catedràtica i professor, del Departament de Producció Vegetal i Ciència Forestal, i directors de la tesi realitzada per l senyor Raviraj Banakar, “Mechanisms controlling the selective iron and zinc biofortification of rice”, INFORMEM: Que el treball d’investigació es considera ja finalitzat i que compleix les condicions exigibles a la legislació vigent per optar al grau de Doctor. Per tant, autoritzem la seva presentació perquè pugui ser jutjada pel Tribunal corresponent a la Universitat de Lleida. Lleida, 18 de novembre de 2015 Dr. Paul Christou Dr. Changfu Zhu Dedication To my mother late Sumitra Banakar TABLE OF CONTENTS ACKNOWLEDGEMENTS ................................................................................................. V SUMMARY ....................................................................................................................... VII RESUM ............................................................................................................................... IX RESUMEN .......................................................................................................................... XI INDEX OF FIGURES .................................................................................................... XIII INDEX OF TABLES ......................................................................................................... XV LIST OF ABBREVIATIONS ......................................................................................... XVII Chapter 1 ............................................................................................................................... 1 1 General introduction .................................................................................................... 3 1.1 Global rice consumption and the importance of Fe and Zn in human nutrition ...... 3 1.2 Fe and Zn deficiency in rice consuming countries ....................................................... 3 1.3 Strategies to address Fe and Zn deficiency ................................................................... 4 1.3.1 Dietary diversification ............................................................................................................... 4 1.3.2 Supplementation ........................................................................................................................ 4 1.3.3 Food fortification ....................................................................................................................... 5 1.3.4 Biofortification .......................................................................................................................... 5 1.3.4.1 Agronomic biofortification of rice ................................................................................... 6 1.3.4.2 Breeding Fe and Zn rich rice ............................................................................................ 6 1.3.4.3 Genetic engineering of rice for improved Fe and Zn content ........................................... 7 1.4 Fe and Zn homeostasis in rice ........................................................................................ 8 1.5 Transgenic approaches to improve Fe and Zn accumulation in rice grains ............. 9 1.6 The problem of strictly toxic heavy metal Cd and possibility of decreasing Cd levels in Fe and Zn biofortified rice through genetic engineering ................................................... 13 1.7 References ...................................................................................................................... 15 AIMS AND OBJECTIVES ................................................................................................ 25 Aims ............................................................................................................................................ 27 Objectives ................................................................................................................................... 27 Chapter 2 ............................................................................................................................. 29 2 Combinatorial genetic transformation of rice with genes involved in Fe and Zn homeostasis ......................................................................................................................... 31 2.1 Abstract ......................................................................................................................... 31 2.2 Aims ............................................................................................................................... 32 2.3 Materials and Methods ................................................................................................. 32 2.3.1 Gene cloning and transformation vectors ................................................................................ 32 I 2.3.2 Rice combinatorial transformation .......................................................................................... 33 2.3.3 Expression analysis.................................................................................................................. 36 2.3.4 Determination of mineral levels .............................................................................................. 36 2.3.5 Measurements of Nicotianamine and Deoxy mugenic Acid.................................................... 37 2.3.6 Fe bioavailability ..................................................................................................................... 39 2.3.7 Statistical analysis.................................................................................................................... 39 2.4 Results ............................................................................................................................ 39 2.4.1 Recovery of transgenic plants .................................................................................................