Identificação e caracterização de uma região genômica de cana-de-açúcar utilizando um QTL para Brix em sorgo : Identification and characterization of a genomic region from sugarcane using a QTL for Brix in sorghum

Autor(es)

Luís Paulo dos Santos

• Tipo de documento: Dissertação de Mestrado
• Instituição: Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Instituto de Biologia
• Data de defesa: 2019-05-21

Membros da banca

Mirian Perez Maluf; Américo José Carvalho Viana

• Orientador: Anete Pereira de Souza

Resumo

A busca por novas variedades de cana-de-açúcar que apresentem características agronômicas desejáveis e alto teor de açúcar tem instigado pesquisadores do mundo todo. Devido ao grande prestígio da cultura no cenário mundial, fato atribuído aos seus principais derivados de importância econômica: açúcar e etanol. Os cultivares modernos de cana-de-açúcar são híbridos interespecíficos entre "Saccharum officinarum" e "Saccharum spontaneum", resultando em um genoma de alta complexidade genética, aneuploide e com alto nível de ploidia. A sintenia cana-sorgo é uma ferramenta que possibilita recuperar informações genômicas de cana-de-açúcar, utilizando o sorgo que é um ancestral com genoma mais simples, sequenciado e anotado. Diante disso, o objetivo do trabalho foi estudar uma região genômica de cana-de-açúcar com possível influência para a característica Brix utilizando um QTL mapeado em sorgo. Primeiramente, escolheu-se um QTL para Brix mapeado no cromossomo 02 em sorgo (SBI-02) e todos os genes presente nessa região foram recuperados. A função metabólica dos genes presentes nesse QTL foi analisada para verificar possíveis relações com genes envolvidos diretamente ou indiretamente na produção de açúcar. Comparando os genes de sorgo dessa região com transcritos de cana-de-açúcar, foi possível desenhar 20 pares de primers específicos para cana-de-açúcar. A biblioteca de BACs da variedade IACSP93-3046 foi utilizada para recuperar a região correspondente no genoma de cana-de-açúcar. Foi possível realizar o screening em 101.376 clones da biblioteca de BACs e obter 37 clones em cana-de-açúcar. Desse total, 22 clones BACs foram sequenciados e anotados. Os BACs foram comparados à região de sorgo, à BACs da variedade R570 e ao genoma de S. spontaneum. Um transcriptoma de quatro órgãos (raiz, folha, internódio 3 e internódio 8), mais meristema foi utilizado para observar a expressão dos genes. Cinco genes da região alvo foram identificados em vias metabólicas, entre elas a via do metabolismo do amido e sacarose que pode estar relacionada com a síntese de açúcar. Apesar da alta sintenia observada entre cana-de-açúcar e sorgo para essa região, ocorreram duas quebras de colinearidade, devido a inversões dos genes. Há sete genes de sorgo que não foram encontrados na região genômica das variedades de cana-de-açúcar IACSP93-3046 e R570. Diferenças estruturais foram observadas, como a presença de genes duplicados apenas em sorgo ou em cana-de-açúcar ou mesmo entre variedades de cana-de-açúcar. As relações observadas entre os genes presentes em vias metabólicas, expressão tecido específicas e genes com funções conhecidas resultaram em quatro genes candidatos a síntese e acúmulo de açúcar: os genes ortólogos a uma alfa amilase, uma anidrase carbônica, uma proteína não caracterizada e uma DNAJ. Estes resultados são fundamentais para a compreensão de uma região genômica complexa em cana-de-açúcar, provavelmente relacionada à síntese de açúcar (AU)