Desenvolvimento de variedade de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) geneticamente modificada para controle pós-transcricional da enzima polifenol oxidase (PPO)

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: Garcia, Bruno de Oliveira
• Orientador(a): Paiva, Luciano Vilela
• Banca de defesa: Kobayashi, Adilson Kenji, Fragoso, Rodrigo da Rocha, Livramento, Kalynka Gabriella do
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Lavras
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós- Graduação em Biotecnologia Vegetal
• Departamento: Instituto de Ciências Naturais
• País: brasil
• Palavras-chave em Português: Escurecimento enzimático; Polifenol oxidase; Perfil metabólico; RNAi; Transformação genética; Browning; Polyphenol oxidase; Metabolic profile; Genetic transformation
• Área do conhecimento CNPq: Biologia
• Link de acesso: https://repositorio.ufla.br/handle/1/59124

A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima para a produção de açúcar e cerca de 80% do açúcar produzido no mundo é proveniente dessa cultura agrícola. O escurecimento enzimático pós-processamento do caldo de cana causado pela Polifenol Oxidase (PPO) pode prejudicar a produção de açúcar, exigindo mais etapas de clarificação para produzir o açúcar branco. A ação enzimática da PPO causa a perda de componentes benéficos à saúde, como os compostos fenólicos. Esses compostos agregam propriedades nutricionais desejáveis a alguns tipos de açúcar, como o demerara e o mascavo. O escurecimento enzimático pela PPO, pode ser superado por meio do melhoramento genético, criando novas variedades transgênicas por meio de técnicas como o RNAi, que controla a transcrição dos genes PPO. Este estudo avaliou o perfil metabólico de PPO e a atividade enzimática de quatro variedades de cana-de- açúcar: RB92579, RB07818, RB951541 e SP791011. Em três seções do colmo (terço superior, terço médio e terço inferior) foi avaliado o perfil metabólico de cada variedade, com a enzima em sua forma ativada e na presença de um inibidor enzimático para detectar quais compostos foram consumidos. A variedade RB92579 apresentou suco com escurecimento superior a 70% quando comparado as demais variedades, e diferiu das demais variedades qualitativa e quantitativamente em sua composição, apresentando maior concentração de compostos fenólicos, substratos de PPO. As variedades RB07818, RB951541 e SP791011 não apresentaram diferenças significativas em seu perfil metabólico. A atividade enzimática variou de acordo com o perfil metabólico e tecido analisado, sendo possível avaliar em todas as variedades que o terço superior apresentou maior atividade enzimática PPO. RB07818, RB951541 e SP791011 possuem suco mais leve e menor concentração de compostos que são substratos do PPO, também o escurecimento não está majoritariamente ligado à ação enzimática desta enzima. Uma vez caracterizada a atividade enzimática de todas as variedades, foi realizada uma busca no genoma da variedade SP80-3280 por candidatos ao gene PPO. Vinte e seis candidatos foram detectados, e aquele com maior expressão foi selecionado como alvo para controle transcricional baseado na técnica de RNAi. Duas variedades foram transformadas: i) SP80-3280 devido ao seu genoma sequenciado e protocolo de transformação bem estabelecido, e ii) RB92579 que apresenta alta atividade de PPO. Vinte e nove eventos transformados foram obtidos para a variedade SP80-3280, enquanto as plantas transformadas RB92579 não se regeneraram satisfatoriamente, apresentando desenvolvimento lento e estagnado da parte aérea e ausência de raízes. Este fenômeno pode ser atribuído à expressão do controle PPO, uma vez que os controles de transformação se desenvolveram morfologicamente como esperado; no entanto, análises adicionais precisam ser realizadas para verificação. Os eventos obtidos para a variedade SP80-3280 mostraram resistência ao agente seletor glufosinato de amônio e possível controle pós-transcricional dos genes PPO. Este estudo possibilitou compreender a ação da PPO em diferentes variedades de cana-de-açúcar, além de avançar no desenvolvimento de técnicas de biotecnologia vegetal, como o RNAi, para o controle do escurecimento enzimático, o que pode reduzir os custos de produção e preservar a qualidade nutricional do açúcar.