Aprofundando o conhecimento acerca do metabolismo dos fenilpropanóides em gramíneas C4 utilizando Setaria viridis como espécie modelo

• Processo: 19/25587-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2021
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2024
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
• Acordo de Cooperação: Sociedade Max Planck para o Avanço da Ciência
• Pesquisador responsável: Igor Cesarino
• Beneficiário: Igor Cesarino
• Pesquisador Responsável no exterior: Alisdair R. Fernie
• Instituição Parceira no exterior: Max Planck Society, Potsdam, Alemanha
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Biologia de sistemas Biomassa lignocelulósica Lignina Fenilpropanoide Gramíneas Plantas C4 Fotossíntese C4 Setaria viridis Metabolômica Transcriptômica Caracterização genética
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: biologia de sistemas | Caracterização funcional de genes | Fenilpropanóides | Gramíneas C4 | Lignina | Setaria viridis | Biologia de sistemas

Resumo

A biomassa vegetal, composta principalmente por paredes celulares secundárias ricas em polissacarídeos, constitui uma fonte promissora de açúcares fermentáveis para a produção de biocombustíveis e biomateriais. No entanto, a presença do polímero fenólico lignina dificulta a hidrólise enzimática desses polissacarídeos em açúcares monoméricos nas biorrefinarias. Portanto, desvendar os mecanismos moleculares envolvidos no metabolismo dos fenilpropanóides e, consequentemente, no metabolismo da lignina é essencial para explorar o potencial econômico da biomassa lignocelulósica. No contexto da bioeconomia, as gramíneas C4 emergem como matérias-primas lignocelulósicas proeminentes devido à alta produção de biomassa conferida pela fotossíntese C4. No entanto, nossa compreensão sobre muitos aspectos do metabolismo de lignina, como regulação, biossíntese e polimerização, permanece fragmentada, principalmente quando comparada às espécies eudicotiledôneas. Além disso, várias características específicas de gramíneas no que tange ao metabolismo fenólico não podem ser extrapoladas a partir de dados obtidos com plantas-modelo eudicotiledôneas. Neste projeto, objetivamos ampliar nosso conhecimento acerda do metabolismo fenólico e de lignina em gramíneas C4, aplicando uma abordagem de biologia de sistemas e utilizando Setaria viridis como espécie modelo. Primeiro, uma caracterização profunda de diferentes tecidos de S. viridis utilizando metabolômica (empregando técnicas baseadas em espectrometria de massa) e transcriptômica (empregando RNAseq) será realizada para gerar dados moleculares para construir um eFP browser (pictogramas eletrônicos fluorescentes) de Setaria viridis. Essa ferramenta permite a visualização de dados moleculares (por exemplo, padrões de expressão gênica ou acúmulo de metabólitos) em diferentes tecidos vegetais em uma interface intuitiva, o que pode ser muito útil para a comunidade científica em análises iniciais de inferência de funções gênicas. Em um segundo objetivo, genes candidatos que são co-expressos com os genes biossintéticos da lignina em bancos de dados transcriptômicos em larga escala de gramíneas (gerados anteriormente no escopo de um projeto Jovem Pesquisador Fapesp, Processo n ° 2015 / 02527-1) serão funcionalmente caracterizados em S. viridis. Esses genes já foram selecionados e sua caracterização inicial foi realizada. A expressão desses genes-alvo será alterada in planta (silenciamento ou super-expressão) e as linhagens transgênicas resultantes serão caracterizadas para i) parâmetros de biomassa, ii) perfil de metabólitos, iii) deposição de lignina, iv) expressão global de genes; e v) rendimento de sacarificação. Portanto, a modificação da expressão de tais genes será usada como estratégia para elucidar novos aspectos do metabolismo dos fenilpropanoides/lignina em gramíneas C4 e validar novas estratégias biotecnológicas para melhorar o processamento da biomassa vegetal na biorrefinaria. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CESARINO, IGOR; EUDES, AYMERICK; URBANOWICZ, BREEANNA; XIE, MENG. Editorial: Phenylpropanoid Systems Biology and Biotechnology. FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, v. 13, p. 4-pg., 2022-03-03. (19/25587-0)

SIMOES, MARCELLA SIQUEIRA; CARVALHO, GABRIEL GARON; FERREIRA, SAVIO SIQUEIRA; CESARINO, IGOR. Toward the identification of class III peroxidases potentially involved in lignification in the model C4 grass Setaria viridis. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PLANT PHYSIOLOGY, v. 35, n. 2, p. 21-pg., 2023-05-03. (19/25587-0, 16/06917-1)

SOMSSICH, MARC; CESARINO, IGOR. Parasite-resistant ketchup! Lignin-based resistance to parasitic plants in tomato. Plant Physiology, v. 189, n. 1, p. 3-pg., 2022-02-21. (19/25587-0)

DE LIMA, LEYDSON GABRIEL ALVES; FERREIRA, SAVIO SIQUEIRA; SIMOES, MARCELLA SIQUEIRA; CUNHA, LUCAS XAVIER; FERNIE, ALISDAIR R.; CESARINO, IGOR. Comprehensive expression analyses of the ABCG subfamily reveal SvABCG17 as a potential transporter of lignin monomers in the model C4 grass Setaria viridis. Journal of Plant Physiology, v. 280, p. 14-pg., 2022-12-14. (19/25587-0, 19/14604-1, 16/06917-1)