Vias de percepção e sinalização de açúcares durante o crescimento e desenvolvimento da cana-de-açúcar ( Saccharum spp). - Oliveira, Lauana Pereira de (2022)
O bioetanol derivado da cana-de-açúcar ( Saccharum spp. ) é uma fonte de energia sustentável que contribui para a mitigação das emissões de carbono. Entender como a cana-de-açúcar coordena o equilíbrio entre assimilação, alocação e uso de carbono (C) é crucial para aumentar a produção da cultura sem aumentar as áreas plantadas. Uma rede de sinalização complexa capaz de detectar os níveis de C e energia e integrá-los ao crescimento e desenvolvimento das plantas inclui os seguintes componentes: hexokinase (HXK), trehalose-6- phosphate (T6P), the target of rapamycin complex 1 (TORC1), e sucrose-nonfermenting related protein kinase 1 (SnRK1). Todas essas vias de sinalização regulam e são reguladas por açúcares e orquestram o fluxo de C. No entanto, ainda não está claro como isso ocorre, especialmente para a cana-de-açúcar, cujo genoma é poliplóide e altamente complexo. Assim, o objetivo principal desta tese foi identificar os genes dos sensores de açúcares mencionados acima em cana-de-açúcar (variedade SP80-3280). Para isso, sequências das proteínas de HXK, TORC1, SnRK1 e T6P foram identificadas e caracterizadas in silico em cana-de-açúcar, para as quais apenas conjuntos genômicos incompletos estão disponíveis. Resumidamente, sequências de genes ortólogos de espécies modelo e sete bancos de genoma e transcriptoma de cana-de-açúcar foram utilizados para inferência filogenética e identificação de domínios funcionais de proteínas. Além disso, plantas de cana-de-açúcar cultivadas no campo ao longo do ciclo de desenvolvimento (01, 03, 06 e 12 meses) foram utilizadas para análises de aminoácidos e poliaminas, uma vez que as vias de sinalização que controlam o metabolismo do C também possuem um cross-talk com essas vias. Paralelamente, a atividade de HXK foi quantificada. Muitas sequências putativas de comprimento total de todas as vias foram recuperadas e analisadas em relação a todos os domínios conservadores de cada alvo. Especificamente para TORC1, este trabalho é pioneiro na recuperação de sequências de todas as proteínas membros do complexo (TOR, RAPTOR e LST8). Com relação a via da 12 [ C a tT6P, foram descobertas diferenças essenciais nas sequências catalíticas (forma o metabólito T6P) e reguladoras das TPSs da cana-de-açúcar, como algumas mutações de resíduos implicadas na perda da atividade enzimática. O primeiro mês de desenvolvimento da cana-de-açúcar foi marcado pela maior atividade de HXK nos colmos e maior abundância de aminoácidos totais neste tecido. Para as poliaminas totais, há maior abundância na folha em comparação com os colmos. A putrescina foi a poliamina mais abundante na folha no mês 01, possivelmente atuando como promotor de crescimento. Embora o mecanismo completo de sensores e sinalização de açúcar na cana-de-açúcar não tenha sido totalmente elucidado, as sequências recuperadas e os novos dados obtidos no experimento de campo serviram para construir um painel contendo todos genes selecionados. Com essa análise, será possível obter informações básicas (como valor de expressão) tanto para elucidar o mecanismo de ação dos alvos quanto para aplicações biotecnológicas, como melhorar o acúmulo de sacarose ou melhorar o desempenho da planta frente aos estresses ambientais aos quais está exposta.