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

Processo: 19/25587-0
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de fevereiro de 2021 - 31 de janeiro de 2024
Área do conhecimento:Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
Convênio/Acordo: Sociedade Max Planck para o Avanço da Ciência
Pesquisador responsável:Igor Cesarino
Beneficiário:Igor Cesarino
Pesq. responsável no exterior: Alisdair R. Fernie
Instituição 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 

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)

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