Estudo dos perfis transcricionais em resposta ao estresse biótico e abiótico em cana-de-açúcar

Autor(es)

Fabiana Bombonato Mingossi

• 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: 2013-10-08

Membros da banca

Marcio de Castro Silva Filho; Antonio Vargas de Oliveira Figueira; Octávio Luiz Franco; Renato Vicentini dos Santos; Claudia Barros Monteiro Vitorello

• Orientador: Marcio de Castro Silva Filho

Resumo

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 de alta biomassa que acumula grandes quantidades de sacarose e é utilizada para produção de etanol, um combustível de baixa emissão de carbono. Restrições bióticas e abióticas afetam significativamente a produtividade das culturas, pois elas podem prejudicar severamente o crescimento e desempenho da planta. Compreender as bases moleculares para essa perda de produtividade ajudará na investigação das estratégias de mitigação. Para estudar estes dois tipos de estresses, plantas jovens de cana-de-açúcar foram submetidas à herbivoria e à privação de água. Uma investigação foi realizada para estudar as mudanças transcricionais em cana-de-açúcar sujeita ao ataque da Diatraea saccharalis, usando macroarranjo para monitorar a seleção de transcritos, contendo sequências de ESTs de serina proteases e inibidores de serina proteases de cana-de-açúcar do banco de dados SUCEST. Análises do macroarranjo revelaram sequências diferencialmente expressas em resposta à herbivoria. PCR em tempo real confirmou que 10 ESTs homólogos à inibidores de protease (4 homólogos aos inibidores do tipo Bowman-Birk de arroz e milho (BBI), 5 homólogos à inibidores de proteinase de milho (MPI) e 1 homólogo ao inibidor de subtilisina) e 3 ESTs homólogos à serina proteases das famílias S1, S10 e S14 foram positivamente regulados pela herbivoria. Embora a função dos inibidores de protease na defesa está bem estabelecida, o envolvimento de proteases de planta na resposta à herbivoria ainda precisa ser elucidado. Neste trabalho nós mostramos que uma protease da família S14 foi induzida em resposta ao ataque da lagarta e ao ferimento mecânico em cana-de-açúcar. Curiosamente, sequências homólogas de arroz e Arabidopsis também responderam aos mesmos tratamentos, sugerindo um papel conservado desta protease S14 na defesa contra herbívoros. Uma importante aplicação destes resultados é a identificação de genes para utilização em estratégias biotecnológicas para melhorar a resistência da cana-de-açúcar a insetos. Outra investigação foi realizada para estudar os parâmetros fisiológicos e perfis transcricionais de genes responsivos ao estresse hídrico em plantas jovens de cana-de-açúcar. Resultados deste trabalho indicaram que a interrupção da irrigação resultou em efeitos fisiológicos mensuráveis e análises de expressão de genes selecionados de resposta ao estresse revelaram expressão diferencial significativa entre os grupos irrigado e não irrigado. Resultados do RNA-Seq revelaram atividade transcricional de 24.142 transcritos de folhas de cana-de-açúcar submetidas à seca. Análises de expressão gênica em resposta à seca revelaram 68 (resposta precoce) e 2.390 (resposta tardia) transcritos diferencialmente expressos no 3º e 7º dia de tratamento, respectivamente. O decréscimo em vários parâmetros fisiológicos foi observado depois de seis dias de privação de água. Reduções na taxa de fotossíntese, condutância estomática e transpiração foliar ocorreram antes que fossem observadas alterações físicas visíveis, mas estas foram precedidas por mudanças significativas na expressão de genes com papel na fotossíntese. RNA-Seq identificou novos transcritos com papéis na defesa precoce e tardia à seca e a validação por PCR em tempo real confirmou os resultados obtidos pelo RNA-Seq. Isto irá incentivar mais pesquisas sobre a eficiência do uso da água em cana-de-açúcar, levando a identificação de variedades com maior tolerância às condições ambientais adversas. (AU)

• Processo FAPESP: 09/15920-2 - Estudos funcionais de inibidores de proteases e serino proteases de plantas envolvidas na resposta a herbivoria
• Beneficiário: Fabiana Bombonato Mingossi
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado