Differentiation of Tracheary Elements in Sugarcane Suspension Cells Involves Changes in Secondary Wall Deposition and Extensive Transcriptional Reprogramming

Autor(es)

Simoes, Marcella Siqueira ^[1] ; Ferreira, Savio Siqueira ^{[1, 2, 3]} ; Grandis, Adriana ^[1] ; Rencoret, Jorge ^[4] ; Persson, Staffan ^{[5, 6, 7, 8]} ; Floh, Eny Iochevet Segal ^[1] ; Ferraz, Andre ^[9] ; del Rio, Jose C. ^[4] ; Buckeridge, Marcos Silveira ^{[1, 10]} ; Cesarino, Igor ^{[1, 10]}

Afiliação do(s) autor(es)

^[1] Univ Sao Paulo, Inst Biociencias, Dept Bot, Sao Paulo - Brazil

^[2] Univ North Texas, Dept Biol Sci, Denton, TX 76203 - USA

^[3] Univ North Texas, BioDiscovery Inst, Denton, TX 76203 - USA

^[4] CSIC, Inst Recursos Nat & Agrobiol Sevilla, Seville - Spain

^[5] Univ Copenhagen, Dept Plant & Environm Sci, Frederiksberg - Denmark

^[6] Univ Melbourne, Sch BioSci, Melbourne, Vic - Australia

^[7] Univ Copenhagen, Copenhagen Plant Sci Ctr, Frederiksberg - Denmark

^[8] Shanghai Jiao Tong Univ, Sch Life Sci & Biotechnol, Joint Int Res Lab Metab & Dev Sci, State Key Lab Hybrid Rice, Shanghai - Peoples R China

^[9] Univ Sao Paulo, Escola Engn Lorena, Dept Biotecnol, Lorena - Brazil

^[10] InovaUSP, Synthet & Syst Biol Ctr, Sao Paulo - Brazil

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: FRONTIERS IN PLANT SCIENCE; v. 11, DEC 18 2020.
• Citações Web of Science: 1

Resumo

Plant lignocellulosic biomass, mostly composed of polysaccharide-rich secondary cell walls (SCWs), provides fermentable sugars that may be used to produce biofuels and biomaterials. However, the complex chemical composition and physical structure of SCWs hinder efficient processing of plant biomass. Understanding the molecular mechanisms underlying SCW deposition is, thus, essential to optimize bioenergy feedstocks. Here, we establish a xylogenic culture as a model system to study SCW deposition in sugarcane; the first of its kind in a C4 grass species. We used auxin and brassinolide to differentiate sugarcane suspension cells into tracheary elements, which showed metaxylem-like reticulate or pitted SCW patterning. The differentiation led to increased lignin levels, mainly caused by S-lignin units, and a rise in p-coumarate, leading to increased p-coumarate:ferulate ratios. RNAseq analysis revealed massive transcriptional reprogramming during differentiation, with upregulation of genes associated with cell wall biogenesis and phenylpropanoid metabolism and downregulation of genes related to cell division and primary metabolism. To better understand the differentiation process, we constructed regulatory networks of transcription factors and SCW-related genes based on co-expression analyses. Accordingly, we found multiple regulatory modules that may underpin SCW deposition in sugarcane. Our results provide important insights and resources to identify biotechnological strategies for sugarcane biomass optimization. (AU)

• Processo FAPESP: 14/50884-5 - INCT 2014: Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia do Bioetanol
• Beneficiário: Marcos Silveira Buckeridge
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 16/50189-0 - Can we control how plants produce their biomass?
• Beneficiário: Igor Cesarino
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 15/02527-1 - Desenvolvimento de sistemas-modelo em sorgo e uso da biologia de sistemas na elucidação dos mecanismos moleculares do metabolismo fenólico e de lignina em gramíneas
• Beneficiário: Igor Cesarino
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa BIOEN - Jovens Pesquisadores
• Processo FAPESP: 19/13936-0 - O papel do xiloglucano na determinação da arquitetura da parede celular de cana de açúcar
• Beneficiário: Adriana Grandis
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 15/18361-5 - Estabelecimento de um sistema de indução de diferenciação de elementos traqueais em células em suspensão de Sorghum bicolor L.
• Beneficiário: Marcella Siqueira Simões
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 16/06917-1 - Análise do transcriptoma e construção de redes de co-expressão em sistemas modelo para identificação de genes envolvidos na deposição de parede celular secundária e no metabolismo de lignina em gramíneas
• Beneficiário: Sávio de Siqueira Ferreira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 16/17541-2 - Do estresse ao embrião: mecanismos moleculares e fisiológicos associados à embriogênese somática
• Beneficiário: Eny Iochevet Segal Floh
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular