Contribuição de genes, genomas e elementos de transposição na interação entre plantas e micro-organismos: estudo de caso em cana-de-açúcar

• Processo: 16/17545-8
• Linha de fomento: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Vigência: 01 de outubro de 2017 - 30 de setembro de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Pesquisador responsável: Marie-Anne van Sluys
• Beneficiário: Marie-Anne van Sluys
• Instituição-sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores principais: Claudia Barros Monteiro Vitorello ; Luis Eduardo Aranha Camargo ; Silvana Aparecida Creste Dias de Souza
• Pesq. associados: Fabricio Martins Lopes ; Silvana Aparecida Creste Dias de Souza
• Auxílios(s) vinculado(s): 18/16543-7 - EMU concedido no projeto 2016/17545-8: microscópio de fluorescência, AP.EMU; 18/10746-3 - EMU concedido no projeto 2016/17545-8: PCR em tempo real-quantstudio flex-7, AP.EMU
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/06109-3 - Análise e comparação de múltiplas redes metabólicas da cana-de-açúcar para desvendar os mecanismos do sistema imunológico da cana-de-açúcar, BP.PD; 21/13293-2 - Ômicas aplicadas a estudos da interação planta-microrganismo, BP.PD; 20/11630-9 - Detecção e quantificação de long non-coding RNA e elementos de transposição em experimento piloto da interação cana e Xanthomonas albilineans, BP.TT; + mais bolsas vinculadas 19/08239-9 - Investigando os aspectos biológicos de THI1 em plantas, BP.DD; 19/05424-0 - Biologia comparada de quatro isolados de Xanthomonas albilineans em condições in vitro, BP.IC; 18/24646-0 - Análise comparativa de genomas de quatro isolados de Xanthomonas albilineans e prospecção de genes alvo para estudo de associação a fenótipos conhecidos, BP.DD; 18/23646-7 - Plataforma GEMAC de alvos, anotação e integração de resultados, BP.TT; 18/21693-8 - Detecção e quantificação de doenças sistêmicas em plantas de cana-de-açúcar produzidas a partir de micromeristema, BP.TT; 18/10351-9 - Desenvolvimento de sistema TaqMan para quantificação de Leifsonia xyli subsp. xyli, Xanthomonas albilineans e Gluconacetobacter diazotrophicus em cana-de-açúcar, BP.TT; 18/07615-4 - Comunicação celular inicial entre cana de açúcar e patógenos: foco em espécies reativas de oxigênio ., BP.PD; 18/04555-0 - Padrão de expressão de genes candidatos a RGAs durante a infecção com vários patógenos, BP.PD; 18/02156-1 - Arabidopsis thaliana como planta modelo para o estudo da interação planta-patógeno entre Sporisorium scitamineum e cana de açúcar, BP.MS; 17/23113-6 - Explorar o mecanismo molecular de comunicação entre o fungo biotrófico Sporisorium scitamineum e o seu hospedeiro cana de açúcar: a utilização de Arabidopsis como modelo de estudo, BE.PQ; 17/21880-0 - Desvendando a interação das bactérias Xanthomonas albilineans e Gluconacetobacter diazotrophicus com o microbioma endofítico de cana-de-açúcar, BP.PD - menos bolsas vinculadas
• Assunto(s): Genomas Genes Cana-de-açúcar Micro-organismos Leifsonia xyli Xanthomonas Sporisorium scitamineum Gluconacetobacter xylinus Bioenergia

Resumo

A interação planta-microorganismos representa um dos processos de fundamental relevância para o funcionamento de ecossistemas naturais, bem como agrícolas. A compreensão de seus componentes e dos processos que controlam essa interação biológica tem potencial de melhorar a produtividade das culturas e monitorar a qualidade ambiental. Este projeto pretende contribuir na elucidação deste sistema complexo através da utilização de ferramentas moleculares e de bioinformática dos genomas para descobrir os principais genes que controlam e / ou medeiam a interação de cana de açúcar com três patógenos (Leifsonia xyli subsp xyli;. Xanthomonas albilineans; Sporisorium scitamineum) e uma bactéria fixadora de nitrogênio (Gluconacetobacter) considerada promotora de crescimento para a cana. Esses organismos têm uma interação biotrófica/hemibiotrófica com cana de açúcar e os aspectos moleculares sob estas condições são geralmente menos compreendidas. O nosso objetivo é comparar e contrastar respostas moleculares através das interações individuais tanto de cana de açúcar quanto dos microrganismos envolvidos. Especificamente, (i) analisaremos padrões de expressão de um conjunto de genes previamente identificados análogos a genes de resistência (RGA), espécies reativas de oxigênio (ROS), metabolismo de carboidratos, síntese de hormônios e seu controle, elementos de transposição, e uma família de genes relacionados com a edição de genes em organelas e conhecido por ter membros que estão envolvidos na regulação das defesas de plantas via Na-siRNA (pentatricopeptide) bem como de genes envolvidos em respostas metabólicas específicas dos microrganismos; (ii) avaliar e comparar entre espécies de microrganismos os padrões de expressão de genes microbianos com um foco particular em moléculas secretadas entre os quais esperamos encontrar moléculas efetoras; (iii) avaliar e comparar as mudanças nos padrões de expressão durante duas infecções mistas, e (iv) avaliar e comparar as mudanças no microbioma do hospedeiro, como resultado da interação com os micróbios mencionados. Como um produto de extensão, esperamos fornecer informações moleculares sobre a biologia da cana ao interagir com vários micróbios almejando o desenvolvimento de um kit de diagnóstico para monitorar canaviais e construir um banco de dados "phytobiome" de cana que seja abrangente e que poderia ser usado em estudos comparativos com outras Poaceae. (AU)

Publicações científicas

(10)

(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)

PETERS, L. P.; TEIXEIRA-SILVA, N. S.; BINI, A. P.; SILVA, M. M. L.; MORAES, N.; CRESTANA, G. S.; CRESTE, S.; AZEVEDO, R. A.; CARVALHO, G.; MONTEIRO-VITORELLO, C. B.. Differential responses of genes and enzymes associated with ROS protective responses in the sugarcane smut fungus. FUNGAL BIOLOGY, v. 124, n. 12, p. 1039-1051, DEC 2020. (17/13268-2, 13/15014-7, 16/17545-8, 18/07615-4, 16/16376-8)

RODY, HUGO V. S.; BOMBARDELLI, RENATO G. H.; CRESTE, SILVANA; CAMARGO, LUIS E. A.; VAN SLUYS, MARIE-ANNE; MONTEIRO-VITORELLO, CLAUDIA B.. Genome survey of resistance gene analogs in sugarcane: genomic features and differential expression of the innate immune system from a smut-resistant genotype. BMC Genomics, v. 20, n. 1, NOV 6 2019. (18/04555-0, 16/17545-8)

FARIA, RAPHAEL S. C. A.; CIA, MARIANA C.; MONTEIRO-VITORELLO, CLAUDIA B.; AZEVEDO, RICARDO A.; CAMARGO, LUIS EDUARDO A.. Characterization of genes responsive to osmotic and oxidative stresses of the sugarcane bacterial pathogen Leifsonia xyli subsp. xyli. Brazilian Journal of Microbiology, v. 51, n. 1, NOV 2019. (15/18681-0, 16/17545-8)

SOUSA-BAENA, MARIANE S.; HERNANDES-LOPES, JOSE; VAN SLUYS, MARIE-ANNE. Reaching the top through a tortuous path: helical growth in climbing plants. Current Opinion in Plant Biology, v. 59, n. SI, FEB 2021. (16/17545-8, 18/07114-5)

BENEVENUTO, JULIANA; TEIXEIRA-SILVA, NATALIA S.; KURAMAE, EIKO E.; CROLL, DANIEL; MONTEIRO-VITORELLO, CLAUDIA B.. Comparative Genomics of Smut Pathogens: Insights From Orphans and Positively Selected Genes Into Host Specialization. FRONTIERS IN MICROBIOLOGY, v. 9, APR 6 2018. (14/21802-0, 17/13268-2, 16/03768-5, 16/17545-8, 16/16376-8)

CRESTANA, GUSTAVO SCHIAVONE; TANIGUTI, LUCAS MITSUO; DOS SANTOS, CLESIVAN PEREIRA; BENEVENUTO, JULIANA; CERESINI, PAULO CEZAR; CARVALHO, GISELLE; KITAJIMA, JOAO PAULO; MONTEIRO-VITORELLO, CLAUDIA BARROS. Complete Chromosome-Scale Genome Sequence Resource for Sporisorium panici-leucophaei, the Causal Agent of Sourgrass Smut Disease. MOLECULAR PLANT-MICROBE INTERACTIONS, v. 34, n. 4, p. 448-452, APR 2021. (18/24028-5, 17/13268-2, 16/17545-8)

TEIXEIRA-SILVA, NATALIA SOUSA; CARVALHO SCHAKER, PATRICIA DAYANE; SILVA RODY, HUGO VIANNA; MAIA, THIAGO; GARNER, CHRISTOPHER M.; GASSMANN, WALTER; MONTEIRO-VITORELLO, CLAUDIA BARROS. Leaping into the Unknown World of Sporisorium scitamineum Candidate Effectors. JOURNAL OF FUNGI, v. 6, n. 4, DEC 2020. (16/04429-0, 17/13268-2, 13/25599-2, 18/04555-0, 17/25477-5, 16/17545-8, 16/16376-8)

PARTIDA, VANIA GABRIELA SEDANO; DIAS, HENRIQUE MOURA; CORCINO, DIANA SUSANA MARTINEZ; VAN SLUYS, MARIE-ANNE. Sucrose-phosphate phosphatase from sugarcane reveals an ancestral tandem duplication. BMC PLANT BIOLOGY, v. 21, n. 1, JAN 7 2021. (16/17545-8, 18/10746-3)

SOUZA, GLAUCIA MENDES; VAN SLUYS, MARIE-ANNE; LEMBKE, CAROLINA GIMILIANI; LEE, HAYAN; MARGARIDO, GABRIEL RODRIGUES ALVES; HOTTA, CARLOS TAKESHI; GAIARSA, JONAS WEISSMANN; DINIZ, AUGUSTO LIMA; OLIVEIRA, MAURO DE MEDEIROS; FERREIRA, SAVIO DE SIQUEIRA; et al. Assembly of the 373k gene space of the polyploid sugarcane genome reveals reservoirs of functional diversity in the world's leading biomass crop. GIGASCIENCE, v. 8, n. 12, DEC 2019. (11/50761-2, 17/02270-6, 15/15346-5, 16/06917-1, 14/50921-8, 08/52074-0, 17/02842-0, 13/18322-4, 13/23048-9, 15/22993-7, 13/07467-1, 08/52146-0, 16/17545-8, 12/51062-3)

RODY, HUGO V. S.; CAMARGO, LUIS E. A.; CRESTE, SILVANA; VAN SLUYS, MARIE-ANNE; RIESEBERG, LOREN H.; MONTEIRO-VITORELLO, CLAUDIA B.. Arabidopsis-Based Dual-Layered Biological Network Analysis Elucidates Fully Modulated Pathways Related to Sugarcane Resistance on Biotrophic Pathogen Infection. FRONTIERS IN PLANT SCIENCE, v. 12, AUG 19 2021. (18/04555-0, 19/13530-4, 16/17545-8)