Amino Acid and Carbohydrate Metabolism Are Coordinated to Maintain Energetic Balance during Drought in Sugarcane

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Diniz, Augusto Lima ^[1] ; Rodrigues da Silva, Danielle Izilda ^{[2, 1, 3]} ; Lembke, Carolina Gimiliani ^[1] ; Lamas Costa, Maximiller Dal-Bianco ^{[1, 4]} ; ten-Caten, Felipe ^[1] ; Li, Forrest ^[5] ; Vilela, Romel Duarte ^[6] ; Menossi, Marcelo ^[7] ; Ware, Doreen ^{[5, 8]} ; Endres, Lauricio ^[6] ; Souza, Glaucia Mendes ^[1]

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Sao Paulo, Inst Quim, Dept Bioquim, BR-05508000 Sao Paulo - Brazil

^[2] Univ Sao Paulo, Escola Super Agr Luiz de Queiroz, BR-13418900 Piracicaba, SP - Brazil

^[3] Ohio State Univ, Ctr Appl Plant Sci CAPS, Columbus, OH 43210 - USA

^[4] Univ Fed Vicosa, Dept Bioquim & Biol Mol, BR-36570900 Vicosa, MG - Brazil

^[5] Cold Spring Harbor Lab, Cold Spring Harbor, NY 11724 - USA

^[6] Univ Fed Alagoas, Ctr Ciencias Agr, BR-57100000 Rio Largo, AL - Brazil

^[7] Univ Estadual Campinas, Inst Biol, BR-13083862 Campinas, SP - Brazil

^[8] USDA ARS, NAA, Robert W Holley Ctr Agr & Hlth, Ithaca, NY 14853 - USA

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES; v. 21, n. 23 DEC 2020.
• Citações Web of Science: 0

Resumo

The ability to expand crop plantations without irrigation is a major goal to increase agriculture sustainability. To achieve this end, we need to understand the mechanisms that govern plant growth responses under drought conditions. In this study, we combined physiological, transcriptomic, and genomic data to provide a comprehensive picture of drought and recovery responses in the leaves and roots of sugarcane. Transcriptomic profiling using oligoarrays and RNA-seq identified 2898 (out of 21,902) and 46,062 (out of 373,869) transcripts as differentially expressed, respectively. Co-expression analysis revealed modules enriched in photosynthesis, small molecule metabolism, alpha-amino acid metabolism, trehalose biosynthesis, serine family amino acid metabolism, and carbohydrate transport. Together, our findings reveal that carbohydrate metabolism is coordinated with the degradation of amino acids to provide carbon skeletons to the tricarboxylic acid cycle. This coordination may help to maintain energetic balance during drought stress adaptation, facilitating recovery after the stress is alleviated. Our results shed light on candidate regulatory elements and pave the way to biotechnology strategies towards the development of drought-tolerant sugarcane plants. (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
• Processo FAPESP: 15/01764-0 - Análise global das mudanças no transcriptoma da cana-de-açúcar em resposta à seca
• Beneficiário: Danielle Izilda Rodrigues da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Processo FAPESP: 17/02270-6 - Avaliação do transcriptoma de progênies contrastantes para o acúmulo de biomassa e identificação de redes de regulação
• Beneficiário: Augusto Lima Diniz
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/02842-0 - Desenvolvimento de ferramentas de bioinformática para a plataforma SUCEST-FUN
• Beneficiário: Felipe ten Caten
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Programa Capacitação - Treinamento Técnico
• Processo FAPESP: 14/50921-8 - Redes regulatórias e sinalização associadas à cana energia
• Beneficiário: Glaucia Mendes Souza
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Temático
• Processo FAPESP: 19/15852-9 - Perfil transcricional e redes de co-expressão em cana-de-açúcar
• Beneficiário: Augusto Lima Diniz
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado