Anatomia da cana-de-açúcar submetida à inibição da síntese de fenilpropanóides

• Processo: 09/01453-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2009
• Data de Término da vigência: 31 de dezembro de 2009
• Área de conhecimento: Ciências Biológicas - Botânica - Fisiologia Vegetal
• Pesquisador responsável: Marcos Silveira Buckeridge
• Beneficiário: Débora Chaves Coelho Leite
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Anatomia vegetal Parede celular vegetal Cana-de-açúcar Fenilpropanoide Açúcares
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: anatomia | cana-de-açúcar | fenilpropanoide | Anatomia Vegetal

Resumo

A partir da década de 1970, a produção de etanol se tornou muito importante no Brasil. Isto porque o governo instaurou o Programa Nacional do Álcool (Pró-Álcool), o qual incentivava a substituição do combustível de automóveis (gasolina) por etanol, devido à alta do preço do petróleo. Este evento aumentou a importância da cana-de-açúcar como uma fonte de biocombustíveis e impulsionou o seu cultivo (Furtado e Scandiffio, 2006). A substituição do petróleo por etanol é uma importante alternativa que contribui para reduzir a emissão de CO2 - o principal gás liberado através de ações antrópicas e um dos principais causadores das mudanças climáticas globais (Freund, 2005). O etanol brasileiro é obtido através da fermentação alcoólica da sacarose da cana e a sua queima apenas devolve à atmosfera o carbono que foi previamente capturado pela fotossíntese. Embora algum petróleo seja empregado se toda a cadeia produtiva for considerada (adubação colheita, transporte, etc.), o saldo é positivo. Entretanto, uma maior substituição de petróleo por etanol deverá exigir aumento da sua produção. Com o grande investimento em pesquisa em etanol, foram desenvolvidas no Brasil diversas variedades de cana-de-açúcar com maior conteúdo de açúcar, aumentando a eficiência na produção de etanol. Somado a isto, as usinas têm se tornado cada vez mais eficientes. Por outro lado, admite-se que a capacidade de armazenamento de sacarose na cana possa ter chegado a um limite natural (Buckeridge, 2007), uma vez que o seu armazenamento requer grandes quantidades de água. O armazenamento de açúcares em forma de polímeros de parede celular pode ser uma alternativa para o aumento da concentração de açúcares na cana, pois as características da síntese e montagem dos polissacarídeos na parede celular o tornam muito mais eficiente, sem interferir drasticamente em seu metabolismo (Buckeridge et al., 2000). Estes polímeros podem ser degradados, convertidos em açúcares fermentáveis e, então, transformados em etanol. Um processo ainda mais eficiente e barato seria a degradação da parede celular na própria planta através da ativação de genes que produzem a enzima ideal no local e momento certo (auto-hidrólise). Para tanto tem sido proposta a indução de celulases e outras glicosidases capazes de digerir hemiceluloses e pectinas nas próprias plantas. O intuito seria induzir a expressão destas enzimas em formas ou compartimentos que previnam sua atividade até a colheita, e então ativá-las, reduzindo assim os custos com a adição destas enzimas durante o processamento industrial. No estudo de Dai e colaboradores (2000) a atividade da celulase de Acidothermus cellulolyticus pôde ser observada em extratos brutos e em colmos de arroz, após um pré-tratamento ácido. Porém, esta não degradou a celulose in muro. É provável que a presença de hidroxicinamatos e lignina conjugados a hemiceluloses interfira no acesso desta enzima à celulose. Uma alternativa seria a redução da síntese de lignina, facilitando o acesso de enzimas hidrolíticas ao domínio celulose-hemicelulose. A hipótese discutida neste trabalho é a de que os compostos fenólicos esterificados aos glucuronoarabinoxilanos da parede celular dificultam o ataque enzimático de hidrolases aos carboidratos polimerizados na parede. A inibição de suas sínteses após a fase de crescimento reduziria o grau de interconexão entre as microfibrilas, disponibilizando-as para hidrólise e transporte (Buckeridge et al., 2004; dos Santos et al. 2008). Para tanto, pretende-se inibir a via dos fenilpropanóides por meio de inibidores químicos das enzimas C4H e 4CL. Espera-se que a parede celular tenha reduzida quantidade de ácido ferúlico e lignina, com a inibição desta via. Os efeitos dessa redução serão observados através de microscopia, além de outros efeitos sobre os órgãos da cana-de-açúcar, comparando-se qualitativa e quantitativamente a anatomia celular das plantas obtidas nos tratamentos. (AU)