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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

Processo: 15/02527-1
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Apoio a Jovens Pesquisadores
Vigência: 01 de julho de 2015 - 30 de novembro de 2019
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
Pesq. associados:Renato Vicentini dos Santos
Bolsa(s) vinculada(s):16/06917-1 - Análise do transcriptoma e construção de redes de co-expressão em sistemas modelo para identificação de genes envolvidos na deposição de parede celular secundária e no metabolismo de lignina em gramíneas, BP.PD
16/07502-0 - Estabelecimento de um sistema de um único entrenó em processo de alongamento como modelo para estudos de deposição de parede celular secundária em sorgo [Sorghum bicolor (l.) Moench], BP.IC
15/18361-5 - Estabelecimento de um sistema de indução de diferenciação de elementos traqueais em células em suspensão de Sorghum bicolor l, BP.MS
Assunto(s):Biotecnologia  Bioenergia  Parede celular vegetal  Fenilpropanoide  Gramíneas  Lignina  Biomassa  Biocombustíveis 

Resumo

A pesquisa acerca do metabolismo de lignina se tornou um importante foco no campo da bioenergia após diversos estudos mostrarem que este biopolímero é o principal fator que dificulta o processamento efetivo da biomassa vegetal em biocombustíveis e outros produtos, fato conhecido como recalcitrância da biomassa. Apesar dos avanços recentes, a maior parte do nosso conhecimento sobre a formação da parede celular e do metabolismo de lignina em plantas é derivada de estudos com plantas-modelo dicotiledôneas. Entretanto, os mecanismos moleculares que controlam os mais diversos aspectos do metabolismo de lignina em gramíneas, como biossíntese, regulação transcricional e polimerização permanecem pouco conhecidos, apesar da enorme importância econômica deste grupo de plantas. Portanto, existe uma significativa demanda por estudos sistemáticos que ajudem a desvendar características específicas do metabolismo de lignina e de deposição de parede celular secundária em gramíneas. Este projeto propõe o desenvolvimento de sistemas-modelo em sorgo e sua utilização em uma estratégia de biologia de sistemas focada em transcriptômica e metabolômica para correlacionar mudanças na composição da parede celular secundária com variações de expressão gênica, de modo a permitir a identificação de genes envolvidos nos mais diversos aspectos da deposição de parede celular secundária em gramíneas, com especial foco no metabolismo fenólico e de lignina. Os sistemas a serem desenvolvidos são: i) sistema de um único entrenó em processo de alongamento, e ii) sistema de células em suspensão em que a deposição de lignina e/ou diferenciação de elementos traqueais podem ser induzidas. Estes sistemas serão caracterizados quanto à deposição de lignina e perfis fenólicos e posteriormente utilizados em análise de expressão gênica em larga escala por RNAseq. Finalmente, os dados gerados pelo RNAseq serão utilizados para gerar redes de co-expressão e um banco de dados de genes co-expressos, de forma a identificar genes candidatos a desempenhar um função na formação de parede celular secundária e deposição de lignina em sorgo. O conhecimento gerado será importante para o desenvolvimento de futuras estratégias biotecnológicas racionais para diminuição da recalcitrância da biomassa vegetal em culturas de bioenergia, como a cana-de-açúcar. (AU)

Publicações científicas (9)
(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)
OZPARPUCU, MERVE; GIERLINGER, NOTBURGA; CESARINO, IGOR; BURGERT, INGO; BOERJAN, WOUT; RUGGEBERG, MARKUS. Significant influence of lignin on axial elastic modulus of poplar wood at low microfibril angles under wet conditions. Journal of Experimental Botany, v. 70, n. 15, p. 4039-4047, AUG 1 2019. Citações Web of Science: 0.
CESARINO, IGOR. Structural features and regulation of lignin deposited upon biotic and abiotic stresses. CURRENT OPINION IN BIOTECHNOLOGY, v. 56, p. 209-214, APR 2019. Citações Web of Science: 1.
SORIANO SALEME, MARINA DE LYRA; CESARINO, IGOR; VARGAS, LIVIA; KIM, HOON; VANHOLME, RUBEN; GOEMINNE, GEERT; VAN ACKER, REBECCA; DE ASSIS FONSECA, FERNANDO CAMPOS; PALLIDIS, ANDREAS; VOOREND, WANNES; NICOMEDES JUNIOR, JOSE; PADMAKSHAN, DHARSHANA; VAN DOORSSELAERE, JAN; RALPH, JOHN; BOERJAN, WOUT. Silencing CAFFEOYL SHIKIMATE ESTERASE Affects Lignification and Improves Saccharification in Poplar. Plant Physiology, v. 175, n. 3, p. 1040-1057, NOV 2017. Citações Web of Science: 16.
OZPARPUCU, MERVE; RUGGEBERG, MARKUS; GIERLINGER, NOTBURGA; CESARINO, IGOR; VANHOLME, RUBEN; BOERJAN, WOUT; BURGERT, INGO. Unravelling the impact of lignin on cell wall mechanics: a comprehensive study on young poplar trees downregulated for CINNAMYL ALCOHOL DEHYDROGENASE (CAD). Plant Journal, v. 91, n. 3, p. 480-490, AUG 2017. Citações Web of Science: 14.
ELOY, NUBIA B.; VOOREND, WANNES; LAN, WU; SALEME, MARINA DE LYRA SORIANO; CESARINO, IGOR; VANHOLME, RUBEN; SMITH, REBECCA A.; GOEMINNE, GEERT; PALLIDIS, ANDREAS; MORREEL, KRIS; NICOMEDES, JR., JOSE; RALPH, JOHN; BOERJAN, WOUT. Silencing CHALCONE SYNTHASE in Maize Impedes the Incorporation of Tricin into Lignin and Increases Lignin Content. Plant Physiology, v. 173, n. 2, p. 998-1016, FEB 2017. Citações Web of Science: 21.
STEENACKERS, WARD; KLIMA, PETR; QUARESHY, MUSSA; CESARINO, IGOR; KUMPF, ROBERT P.; CORNEILLIE, SANDER; ARAUJO, PEDRO; VIAENE, TOM; GOEMINNE, GEERT; NOWACK, MORITZ K.; LJUNG, KARIN; FRIML, JIRI; BLAKESLEE, JOSHUA J.; NOVAK, ONDREJ; ZAZIMALOVA, EVA; NAPIER, RICHARD; BOERJAN, WOUT; VANHOLME, BARTEL. cis-Cinnamic Acid Is a Novel, Natural Auxin Efflux Inhibitor That Promotes Lateral Root Formation. Plant Physiology, v. 173, n. 1, p. 552-565, JAN 2017. Citações Web of Science: 15.
CESARINO, IGOR; SIMOES, MARCELLA SIQUEIRA; BRITO, MICHAEL DOS SANTOS; FANELLI, AMANDA; SILVA, TATIANE DA FRANCA; ROMANEL, ELISSON. Building the wall: recent advances in understanding lignin metabolism in grasses. ACTA PHYSIOLOGIAE PLANTARUM, v. 38, n. 11 NOV 2016. Citações Web of Science: 10.
STEENACKERS, WARD; CESARINO, IGOR; KLIMA, PETR; QUARESHY, MUSSA; VANHOLME, RUBEN; CORNEILLIE, SANDER; KUMPF, ROBERT PETER; VAN DE WOUWER, DORIEN; LJUNG, KARIN; GOEMINNE, GEERT; NOVAK, ONDREJ; ZAZIMALOVA, EVA; NAPIER, RICHARD; BOERJAN, WOUT; VANHOLME, BARTEL. The Allelochemical MDCA Inhibits Lignification and Affects Auxin Homeostasis. Plant Physiology, v. 172, n. 2, p. 874-888, OCT 2016. Citações Web of Science: 8.
FIGUEIREDO, RAQUEL; CESARINO, IGOR; MAZZAFERA, PAULO. Suberin as an Extra Barrier to Grass Digestibility: a Closer Look to Sugarcane Forage. TROPICAL PLANT BIOLOGY, v. 9, n. 2, p. 96-108, JUN 2016. Citações Web of Science: 1.

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