Análise global das mudanças na expressão gênica em cana-de-açúcar (Saccharum spp) em resposta às condições de seca e reidratação

Autor(es)

Danielle Izilda Rodrigues da Silva

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: Piracicaba.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALA/BC)
• Data de defesa: 2017-12-15

Membros da banca

Glaucia Mendes Souza; Luis Eduardo Aranha Camargo; Erich Grotewold; Andrew Peter Michel

• Orientador: Glaucia Mendes Souza

Resumo

A exaustão dos combustíveis fósseis juntamente com os efeitos não desejáveis de seu uso, tonaram a cana-de-açúcar uma cultura atrativa para o mercado de biocombustíveis, aumentando a sua importância econômica e ambiental. A posição do Brasil como o principal produtor de cana-de-açúcar e a necessidade de expandir a área plantada para regiões com condições menos favoráveis, tornam o estudo da seca, um dos principais estresses abióticos que afetam a produtividade da cultura, essencial para o futuro do Brasil como o principal exportador dessa comoditie. Este trabalho tem o objetivo de fornecer uma análise global das respostas da cana-de-açúcar à seca, tanto em nível fisiológico quanto molecular. Para isso, foram seguidas quatro estratégias. Primeiro foi realizada uma análise da fisiologia e do transcriptoma (microarranjo) de plantas de cana-de-açúcar cultivadas em casa de vegetação e estressadas por três períodos diferentes (4 dias de estresse, 6 dias de estresse e reidratação). Os tecidos analisados foram folha e raiz. Segundo, com o objetivo de identificar diferentes genes e novos padrões de expressão, foi realizada a análise de RNA-Seq em tecidos de folha e raiz utilizando a condição mais discrepante identificada pelo microarray; terceiro, foi feita a análise de um experimento de progressão da seca por meio da fisiologia e qRT-PCR usando genes candidatos selecionados. A quarta estratégia foi a construção de redes de co-expressão objetivando detectar módulos de genes relacionados à resposta a seca. As análises de fisiologia mostraram que as plantas estavam sob estresse moderado a severo com diminuição de até 97% na fotossíntese. Os dados de microarray levaram à identificação de 7.867 SAS únicos com diferença de razão de expressão maior que 2 ou menor que 0,5, e 575 SAS únicos diferencialmente expressos. A análise das sequencias identificadas permitiu a observação de que em folhas, depois de 4 dias de estresse, há basicamente a transdução dos sinais obtidos a partir do ambiente, enquanto depois de 6 dias e após a reidratação há uma resposta mais funcional da planta, com a última conduzindo o metabolismo de volta à homeostase. No caso das raízes foi observado uma resposta similar, porém, as raízes demoram mais tempo para voltar à condição inicial, de forma diversos genes continuam reprimidos mesmo após a reidratação. Há ainda rotas metabólicas, como o Biosíntese de Fenilpropanoides, que apresentam perfis opostos nos tecidos analisados, sendo ativada em um e reprimida no outro. Além disso, enquanto em folhas há uma restrição na fotossíntese, em raízes parece existir uma restrição no crescimento. A análise de novo do RNA-Seq mostrou 28.240 \"features\" diferencialmente expressos em folhas e 7.435 em raízes, enquanto a utilização do genoma de referência (dados não publicados) identificou 38.317 genes diferencialmente expressos em folha e 7.649 em raiz, sendo que a análise das rotas do KEGG indicam que o ABA tem um papel principal nas respostas à seca em ambos os tecidos, no entanto em folhas existe uma interação entre fitohormônios. O experimento de progressão da seca confirma os resultados obtidos a partir do microarranjo e mostram que quando o estresse é severo, a expressão gênica começa à diminuir, sugerindo que a planta pode estar entrando em senescência. As análises de coexpressão permitiram a determinação de três módulos correlacionados com parâmetros de fisiologia alterados durante o estresse hídrico, e conduziram à identificação de alguns genes centrais que podem ser importantes para as respostas da cana à seca. Além disso, foi possível identificar genes que tanto pela análise de co-expressão quanto pelo qRT-PCR apresentam padrões similar de expressão. Juntos, esses resultados forneceram uma visão global das alterações que ocorrem na cana-de-açúcar em resposta ao estresse hídrico e ajudaram a obter conhecimento para seleção de genes candidatos adequados para o melhoramento genético de plantas. (AU)

• Processo FAPESP: 13/13659-0 - Identificação de redes de genes e genoma ativo de cana-de-açúcar associados à seca
• Beneficiário: Danielle Izilda Rodrigues da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado