Modificando o metabolismo fenólico: da descoberta de funções gênicas às biofábricas verdes

• Processo: 21/06142-8
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Apoio a Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2027
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
• Pesquisador responsável: Igor Cesarino
• Beneficiário: Igor Cesarino
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Aymerick Eudes ; Carla Cristina Polo ; José Carlos del Río Andrade ; Wagner Rodrigo de Souza
• Vinculado ao auxílio: 15/02527-1 - Desenvolvimento de sistemas-modelo em sorgo e uso da biologia de sistemas na elucidação dos mecanismos moleculares do metabolismo fenólico e de lignina em gramíneas, AP.BIOEN.JP
• Auxílio(s) vinculado(s): 24/01685-1 - Identificação e validação de módulos de regulação pós-transcricional envolvidos no metabolismo de lignina em gramíneas, AP.R
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/20437-9 - Transformação genética da gramínea-modelo Setaria viridis, BP.TT; 24/10125-0 - Caracterização funcional da subfamília ALDEHYDE DEHYDROGENASE2B (ALDH2B) na gramínea-modelo Setaria viridis (L.) P.Beauv.: implicações no metabolismo fenólico, BP.DR; 24/07176-1 - Caracterização Funcional de Enzimas Flavona Sintase Envolvidas na Síntese de Tricina na Gramínea Modelo Setaria viridis (L.) p.Beauv, BP.DD; + mais bolsas vinculadas 24/08175-9 - Cana-de-açúcar como biofábricas verdes: engenharia metabólica de compostos aromáticos de alto valor, BP.PD; 23/12698-4 - Transformação genética da gramínea-modelo Setaria viridis, BP.TT; 22/09003-1 - Uma visão sistêmica do metabolismo fenólico e de lignina na gramínea modelo Setaria viridis, BP.DD; 22/12496-0 - Caracterização funcional de SvUGTs potencialmente envolvidas na glicosilação de tricina em Setaria viridis, BP.DR - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Bioeconomia Engenharia metabólica Fenilpropanoide Lignina Bioenergia Gramíneas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioeconomia | Engenharia metabólica | Fenilpropanóides | Gramíneas C4 | Lignina | Bioenergia

Resumo

Biomassa lignocelulósica constitue uma alternativa sustentável à complexa cadeia produtiva de petróleo, uma vez que pode ser processada em açúcares simples e compostos aromáticos que posteriormente são convertidos em biocombustíveis e bioprodutos. Neste contexto, a via do chiquimato/fenilpropanóides é um importante alvo biotecnológico, por ser fonte não apenas do polímero aromático lignina (considerado um grande gargalo para o processamento da biomassa nas biorefinarias) como também de metabólitos elegíveis como bio-substitutos de compostos aromáticos obtidos de fontes fósseis. Esse projeto pretende contribuir com pesquisa básica (novos conhecimentos) e aplicada (novos produtos) envolvendo a via do chiquimato/fenilpropanóides em gramíneas C4. O primeiro objetivo é realizar a caracterização funcional de cinco genes potencialmente envolvidos no metabolismo de lignina utilizando a gramínea C4 modelo Setaria viridis. Esses genes candidatos foram previamente selecionados durante o projeto JP1 Fapesp (2015/02527-1), em que análises transcriptômicas em larga escala seguidas de análises de co-expressão foram aplicadas em ferramentas-modelo desenvolvidas para facilitar o estudo do metabolism de lignina em gramíneas C4. Os genes foram escolhidos de forma a cobrir aspectos diversos do metabolismo de lignina, incluindo regulação transcricional, biossíntese, transporte de monolignóis e glicosilação de monolignóis. O segundo objetivo é impulsionar o status de cultura multipropósito da cana-de-açúcar por meio da bioengenharia da via do chiquimato/fenilpropanóides. Três estratégias são propostas, baseadas em metabólitos-alvo que representam compostos de alto valor comercial e cuja engenharia metabólica potencialmente afetará a deposição de lignina (e consequentemente facilitará o processamento da biomassa). Para ambas as partes do projeto, a expressão dos genes-alvo será modificada e as linhagens transgênicas resultantes serão caracterizadas com uma abordagem de fenotipagem ampla, incluindo análises anatômicas/estruturais, análises bioquímicas, transcriptômica em larga escala, determinação de perfis fenólicos e ensaios de sacarificação. Este projeto tem o potencial de não somente gerar conhecimento básico acerca do metabolismo de lignina em gramíneas C4 mas também, de gerar novas estratégias biotecnológicas de manipulação da via do chiquimato/fenilpropanóides para aplicações industriais. (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)

OLIVEIRA, DYONI M.; CESARINO, IGOR. Genome editing of wood for sustainable pulping. TRENDS IN PLANT SCIENCE, v. 29, n. 2, p. 3-pg., 2024-02-07. (21/06142-8)

RATES, ARTHUR DE BARROS; CESARINO, IGOR. Pour some sugar on me: The diverse functions of phenylpropanoid glycosylation. Journal of Plant Physiology, v. 291, p. 19-pg., 2023-11-25. (22/12496-0, 21/06142-8)

OLIVEIRA, DYONI M.; CESARINO, IGOR. Finding my way: The role of dirigent proteins in lignin assembly. MOLECULAR PLANT, v. 17, n. 2, p. 3-pg., 2024-02-05. (21/06142-8)

DE SOUZA, WAGNER RODRIGO; MITCHELL, ROWAN A. C.; CESARINO, IGOR. The plant cell wall: advances and current perspectives. FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, v. 14, p. 3-pg., 2023-06-22. (19/04878-7, 21/06142-8)

DA CUNHA, LUCAS XAVIER; DE LIMA, LEYDSON GABRIEL ALVES; CESARINO, IGOR. Identification of lignin-related WRKY transcription factors in the grass Setaria viridis. THEORETICAL AND EXPERIMENTAL PLANT PHYSIOLOGY, v. 37, n. 1, p. 16-pg., 2024-12-20. (21/06142-8, 22/09003-1)