Lignina em espécies de Saccharum spp

Autor(es)

Juan Pablo Portilla Llerena

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Data de defesa: 2016
• Orientador: Paulo Mazzafera

Resumo

Cana de açúcar é uma das plantas mais eficientes em coletar e converter a luz solar em energia química, apresentando alta capacidade de acumular biomassa. Recentemente, com o advento do desenvolvimento do etanol de segunda geração (E2G), ou etanol lignocelulósico, o bagaço tem recebido atenção como matéria prima para a produção desse biocombustível. O seu uso, porém, apresenta grandes desafios, principalmente porque a biomassa de cana é lignificada (~23%), situação que limita o processo de sacarificação. Portanto, o estudo dos fatores que governam a recalcitrância da parede celular em plantas que apresentam características de bioenergia é de relevante importância para o desenvolvimento de variedades híbridas de cana em programas de bioenergia, de tal forma que a produção de E2G possa ser maximizada. O objetivo desta pesquisa foi estudar a biossíntese de lignina em Saccharum spontaneum, Saccharum officinarum, Saccharum robustum e Saccharum barberi, através da identificação de genes da via biossintética da lignina e da análise dos componentes da parede celular em internódios novos (segundo + terceiro) e maduros (oitavo). Neste estudo, o conteúdo de carboidratos estruturais e não estruturais foi contrastante entre as espécies, uma vez que S. officinarum e S. barberi tiveram maior de acúmulo de açúcares solúveis totais, enquanto S. spontaneum e S. robustum apresentaram maior deposição de polissacarídeos estruturais. S. spontaneum apresentou um acúmulo notável de amido com relação às outras espécies de Saccharum. S. spontaneum e S. robustum apresentaram o maior conteúdo de glicose, enquanto xilose foi maior em S. officinarum e S. barberi. A determinação do conteúdo de lignina, em adição a testes histoquímicos com corantes específicos para lignina, confirmaram a maior deposição deste polímero nos internódios maduros das quatro espécies estudadas, sendo o processo de lignificação mais acentuado em S. spontaneum e S. robustum. A razão S/G e a porcentagem de sacarificação em internódios maduros foram menores em S. spontaneum e S. robustum do que em S. officinarum e S. barberi, e não apresentaram correlação, ou seja, a maior presença de unidades S não se refletiu em maior taxa de sacarificação. A análise do perfil de oligômeros por UPLC/MS foi possível identificar 11 estruturas, entre aldeídos, monômeros, dímeros e trímeros. Independentemente da idade do internódio, S. spontaneum e S. robustum possuem a maior diversidade e frequência de oligômeros quando comparadas com S. officinarum e S. barberi. A análise por espectroscopia 2D HSQC NMR evidenciou que S. barberi e S. officinarum possuem maior porcentagem de p-hidroxicinamatos (p-coumarato e ferulato) e grupos acetil substituintes (posição C-3 e total). Um total de 13 unigenes foram identificados nas espécies de Saccharum, os quais foram: 1 COMT, 1 HCT, 1 F5H, 2 4CLs, 3 CAD,1 C3H, 1 C4H, 2 CCoAOMT e 1 CCR. A análise das árvores filogenéticas revelam que as sequências das enzimas da rota biosintética da lignina das espécies de Saccharum se agruparam preferencialmente, com o seus ortologos de Sorghum bicolor e Zea mays e cana de açúcar (parentes mais próximos do gênero Saccharum na tribo Andropogoneae) em clados sempre suportados por alto valores de bootstrap. Os genes identificados apresentaram alta homologia entre si e com híbridos comerciais (Bottcher et al., 2013). Desta forma, os resultados mostram que existe conservação entre os genes entre espécies e híbridos, mas que de alguma forma sua regulação influência o conteúdo e o tipo de lignina. Não foram feitas análises de expressão neste estudo, mas independente disso, os resultados mostram a importância de se estudar os fatores de transcrição no controle da biossíntese e de lignina, o que poderia explicar as variações encontradas no conteúdo e composição desse polímero da parede celular (AU)

• Processo FAPESP: 14/25994-1 - Lignina em espécies de Saccharum spp.
• Beneficiário: Juan Pablo Portilla Llerena
• Linha de fomento: Bolsas no Brasil - Mestrado