Revelando a nano-arquitetura da parede celular vegetal utilizando imagem por difração coerente em 3D

• Processo: 20/13748-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de janeiro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2024
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica - Morfologia Vegetal
• Pesquisador responsável: Florian Edouard Pierre Meneau
• Beneficiário: Francine Faia Fernandes
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 14/25964-5 - Dos monômeros às nanopartículas: investigação in situ da formação de nanopartículas de ouro em tempo real por técnicas síncrotron e de microscopia, AP.JP
• Assunto(s): Imagem tridimensional Parede celular vegetal Biomassa Gramíneas Criogenia Radiação síncrotron
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Criogenia | Imagem por difração de raio X coerente | Radiação Síncrotron | Imagem tridimensional

Resumo

A parede de células vegetais são estruturas plásticas com função fisiológica de proteção contra patógenos e meio ambiente. A parede celular é uma matriz rica em lignina, polímero aromático o qual representa o principal gargalo para a conversão eficiente de polissacarídeos em açúcares fermentáveis para a produção de biocombustíveis e bioprodutos. A Engenharia Genética é uma grande promessa para gerar plantas com níveis reduzidos em lignina ou com sua estrutura alterada de modo a diminuir a recalcitrância da biomassa para degradação e melhorando assim as taxas de hidrólise. Por outro lado, a redução do teor de lignina endógena acarretar efeitos negativos no crescimento e desenvolvimento das plantas, tornando a exploração comercial dessas plantas manipuladas um desafio. A pesquisa do metabolismo da lignina é um campo fértil a ser explorado em termos de compreensão da estrutura da parede celular, que tem sido, até o momento, pouco explorado. Fomos pioneiros em imagens tridimensionais de difração de raio X coerente aplicadas à Ciência de plantas utilizando a técnica de pticografia (ptychography). Mostramos como a estrutura hierárquica do tecido vegetal pode ser visualizada e explorada desde escalas nanométricas até poucas dezenas de micrometros. Portanto, neste projeto ropomos explorar a nanoestrutura da parede celular de plantas selvagens e mutantes/transgênicas de sorgo e S. viridis. Os experimentos de imagem utilizando raio X coerente serão conduzidos na linha de luz Cateretê, nas instalações da fonte síncrotron de 4ª geração Sirius (Campinas, SP) equipada com ambiente para operação em condições criogênicas e dedicada a espécimes sensíveis à radiação. O ambiente criogênico oferecerá recursos sem precedentes para realizar nano-imagens de células e tecidos moles usando a imagem por difração de raio X coerente (CXDI). Para atingir este objetivo, dois aspectos técnicos principais serão abordados durante este projeto, compreendendo, primeiro, a proposição de um novo fluxo de trabalho de preparação de amostras em condições criogênicas para preparar microfragmentos de tecidos e evitar danos pela radiação e, segundo, o fluxo de trabalho de análise para grandes conjuntos de dados das imagens volumétricas, usando HPCs, para garantir que os dados serão extraídos com precisão e adquiridos em um tempo razoável. Finalmente, seremos capazes de quantificar e caracterizar as dissimilaridades morfológicas nas plantas deficientes em lignina e compará-las com as plantas selvagens para melhor compreender os processos fisiológicos visando uma engenharia racional da biomassa de gramíneas para aplicações industriais. (AU)