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
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de julho de 2015
• Data de Término da vigência: 30 de abril de 2021
• 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: Renato Vicentini dos Santos
• Auxílio(s) vinculado(s): 21/06142-8 - Modificando o metabolismo fenólico: da descoberta de funções gênicas às biofábricas verdes, AP.BIOEN.JP2
• Bolsa(s) vinculada(s): 19/14604-1 - O ABC da lignificação: busca por transportadores ABC potencialmente envolvidos na deposição de lignina em Setaria viridis (L.) P.Beauv, BP.IC; 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
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: bioenergia | biotecnologia | Fenilpropanóides | gramineas | Lignina | parede celular secundária | Bioenergia

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

(18)

(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)

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STEENACKERS, WARD; CESARINO, IGOR; KLIMA, PETR; QUARESHY, MUSSA; VANHOLME, RUBEN; CORNEILLIE, SANDER; KUMPF, ROBERT PETER; VAN DE WOUWER, DORIEN; LJUNG, KARIN; GOEMINNE, GEERT; et al. The Allelochemical MDCA Inhibits Lignification and Affects Auxin Homeostasis. Plant Physiology, v. 172, n. 2, p. 874-888, OCT 2016. (15/02527-1)

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FIGUEIREDO, RAQUEL; PORTILLA LLERENA, JUAN PABLO; KIYOTA, EDUARDO; FERREIRA, SAVIO SIQUEIRA; CARDELI, BARBARA ROCHA; RIBEIRO DE SOUZA, SARAH CAROLINE; BRITO, MICHAEL DOS SANTOS; SODEK, LADASLAV; CESARINO, IGOR; MAZZAFERA, PAULO. The sugarcane ShMYB78 transcription factor activates suberin biosynthesis inNicotiana benthamiana. Plant Molecular Biology, v. 104, n. 4-5, AUG 2020. (15/02527-1, 15/05437-3)

CESARINO, IGOR; DELLO IOIO, RAFFAELE; KIRSCHNER, GWENDOLYN K.; OGDEN, MICHAEL S.; PICARD, KELSEY L.; RAST-SOMSSICH, I, MADLEN; SOMSSICH, MARC. Plant science's next top models. ANNALS OF BOTANY, v. 126, n. 1, p. 1-23, JUN 29 2020. (16/50189-0, 15/02527-1)