Identificação de módulos de genes co-expressos com novos fatores de transcrição envolvidos na biossíntese de hemicelulose em gramíneas C4

• Processo: 21/11057-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de outubro de 2022
• Situação: Interrompido
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Vegetal
• Pesquisador responsável: Diego Mauricio Riano Pachon
• Beneficiário: Renato Augusto Corrêa dos Santos
• Instituição Sede: Centro de Energia Nuclear na Agricultura (CENA). Universidade de São Paulo (USP). Piracicaba , SP, Brasil
• Empresa Sede: Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP)
• Vinculado ao auxílio: 20/15230-5 - Centro de Pesquisa e Inovação de Gases de Efeito Estufa - RCG2I, AP.PCPE
• Bolsa(s) vinculada(s): 23/11133-3 - Integração de metataxonômica e dados de transcriptômica do hospedeiro em milho, BE.EP.PD
• Assunto(s): Gramíneas Setaria viridis Hemicelulose Biossíntese Cana-de-açúcar Biocombustíveis Fatores de transcrição Parede celular vegetal
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biocombustíveis | evolução de gramíneas | fatores de transcrição | Parede Celular Vegetal | redes de co-expressão | Setaria viridis | Regulação da transcrição em gramíneas

Resumo

Biocombustíveis contribuem para um futuro mais sustentável, em especial porque reduzem a emissão de gases do efeito estufa e substituem combustíveis fósseis. Neste contexto, as gramíneas são particularmente relevantes porque sua biomassa lignocelulósica é abundante na natureza e pode ser usada para a produção de biocombustíveis que não competem com a indústria de alimentos. As gramíneas C4 são particularmente relevantes, já que apresentam uma eficiência aumentada na conversão de carbono em biomassa através da fotossíntese, comparadas com plantas C3. Entre estas plantas, a cana-de-açúcar é uma importante cultura no Brasil que fixa carbono e usa água de forma eficiente, e para a qual o bagaço pode ser usado para a produção de etanol de segunda geração. No entanto, a produção de biocombustíveis a partir de material lignocelulósico é prejudicada pela alta recalcitrância da biomassa, incluindo a deposição de lignina hidrofóbica e ligações cruzadas em componentes do arabinoxilano, em particular ácidos hidroxicinâmicos, como o ácido ferúlico e o ácido p-coumárico, na parede celular secundária destas plantas. O entendimento dos elementos em redes de regulação que estão envolvidos na biossíntese e na formação das ligações cruzadas em arabinoxilano poderiam auxiliar na geração de plantas mais digestíveis e, portanto, facilitando os processos de produção de biocombustíveis. Nossos grupos de pesquisa já têm estudos sobre algumas famílias gênicas (BAHDs: acetiltransferases e XATs: arabinosiltransferases de xilano) com papel na digestibilidade da parede celular de plantas como cana-de-açúcar e Setaria viridis, um modelo de plantas C4. Nosso plano envolve a exploração de bancos de dados públicos com dados ômicos para a descoberta de genes envolvidos na sacarificação de biomassa. A disponibilidade crescente de experimentos de RNA-Seq permitirá que tenhamos maior compreensão destes aspectos biológicos. Usando dados de transcriptômica, métodos de biologia de sistemas podem ser usados para predizer redes de coexpressão. Alta correlação de expressão em diferentes genes (chamados de módulos) indicam possíveis relações biológicas, como de regulação. Fatores de transcrição (FTs) compreendem elementos de regulação importantes que podem ser facilmente identificados usando domínios conservados. Grupos de genes coexpressos indicarão possíveis relações de regulação (FTs e alvos). Os pares de possíveis FTs - alvos podem ser facilmente testados em laboratório, usando experimentos de ensaios de sistema mono-híbrido em levedura. Este projeto tem como objetivos: (i) reconstruir redes de coexpressão usando dados de experimentos com RNA-Seq de espécies de gramíneas C4 obtidas de bancos de dados públicos; (ii) identificar módulos conservados de genes coexpressos que contenham FTs, incluindo genes já conhecidos em gramíneas C4 e que estejam envolvidos na digestibilidade da biomassa; e (iii) validar experimentalmente três interações FT-DNA (sistema mono-híbrido em levedura) baseado em genes de Setaria viridis. Esperamos obter novos genes candidatos com papel na regulação em gramíneas que poderão ser posteriormente usados em biotecnologia de plantas para melhorar a digestibilidade de plantas cultivadas como cana-de-açúcar. (AU)