Identificação e caracterização de fatores de transcrição que regulam a biossíntese de lignina em "Saccharum" spp : Identification and characterization of transcription factors that regulate lignin biosynthesis in Saccharum spp

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Portilla Llerena, Juan Pablo, 1985-
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/2204
Resumo: Orientador: Paulo Mazzafera
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spelling Identificação e caracterização de fatores de transcrição que regulam a biossíntese de lignina em "Saccharum" spp : Identification and characterization of transcription factors that regulate lignin biosynthesis in Saccharum sppIdentification and characterization of transcription factors that regulate lignin biosynthesis in Saccharum sppSaccharumLigninaSacarificaçãoFatores de transcriçãoParede celularSaccharumLigninSaccharificationTranscription factorsCell wallOrientador: Paulo MazzaferaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: O bagaço de cana-de-açúcar é uma matéria prima promissória para a produção de etanol de segunda geração, porém o seu uso, apresenta desafios desde que a biomassa desta cultura é lignificada (~23%), limitando o processo de sacarificação. Um dos principais enfoques para superar a recalcitrância é a modificação biotecnológica dos reguladores (Fatores de Transcrição; TFs) da deposição de lignina, dirigido a alterar o conteúdo ou a composição da lignina. A regulação transcricional da deposição de lignina, tem sido amplamente mais estudada em Arabidopsis do que em monocotiledôneas e muito pouco ou nada se sabe em cana-de-açúcar. O presente trabalho teve como objetivo identificar e caracterizar de fatores de transcrição que regulem enzimas da biossíntese da lignina em Saccharum spp. visando a alteração da deposição de lignina. O isolamento dos promotores de genes representativos da rota biosintética da lignina (CAD8, F5H e COMT) nas espécies de "Saccharum", permitiu identificar TFs repressores e ativadores. Informações originadas a partir de uma análise de componente principal (PCA), correlação de Pearson e de redes baseianas confrontando dados de expressão de genes de biossíntese de lignina, razão S/G, conteúdo de lignina, frente ao perfil transcricional dos TFs de ambos parentais, confirmadas com ensaios de transativacão de protoplastos, evidenciou em destaque que os TFs ShMYB85 e ShMYB58/63 poderiam possuir a potencial função como ativadores específicos da deposição de lignina nas espécies de Saccharum. Para corroborar estas preliminares evidencias foram desenvolvidos transgênicos com silenciamento para estes TFs (Shmyb85 e Shmyb58/63) em Saccharum spp. cultivar híbrido SP-3280. A caracterização, reforçada por análises 2D-RMN, revelou que Shmyb85 e Shmyb58/63 tiveram similaridades e diferenças em alterações relacionadas ao conteúdo e composição de lignina, testes histoquímicos, perfil de expressão de genes da biossíntese de lignina, e teor de compostos fenólicos. A sacarificação foi ais eficiente em plantas Shmyb85. Foi observado que em Shmyb85 e Shmyb58/63 houve alterações em mais de um polissacarídeo da parede celular (SCW), sendo ShMYB85 um ativador mais amplo que ShMYB58/63, desde que o primeiro controla especificadamente o teor de pectinas. Nossos dados enfatizam as oportunidades e desafios de usar estes TFs MYBs para redesenhar a parede celular com a finalidade de se produzir bioenergia. O conhecimento gerado aqui é important para impulsionar as práticas tradicionais de melhoramento em cana-de-açúcar e abordagens biotecnológicas para o aproveitamento de biomassa lignocelulósica no desenvolvimento do etanol de segunda geraçãoAbstract: Sugarcane bagasse is a promising raw material for the production of second-generation ethanol. Still, its use presents challenges since the biomass of this crop is lignified (~23%), limiting the saccharification process. One of the main approaches to overcome recalcitrance is the biotechnological modification of the regulators (Transcription Factors; TFs) of lignin deposition, aimed at altering the content or composition of lignin. The transcriptional regulation of lignin deposition has been more studied in Arabidopsis than in monocots, and very little or nothing is known in sugarcane. The present work aimed to identify and characterize transcription factors that regulate lignin biosynthesis enzymes in "Saccharum" spp. The isolation of promoters of genes of the lignin biosynthetic pathway (CAD8, F5H, and COMT) in Saccharum species allowed the identification of repressor and activator TFs. Information originated from a principal component analysis (PCA), Pearson correlation and based networks comparing expression of genes of the lignin biosynthesis, S/G ratio, lignin content, against the transcriptional profile of the TFs of both parents, indicated ShMYB85 and ShMYB58/63 as potential regulators of lignin biosynthesis in sugarcane. Such indication was supported with protoplast transactivation assays. To have functional evidence of the role of these TFs, transgenics plants silenced for these TFs were produced using Saccharum spp. cultivar SP-3280 hybrid. The characterization, reinforced by 2D-NMR analysis, revealed that Shmyb85 and Shmyb58/63 had similarities and differences in changes related to lignin content and composition, histochemical tests, gene expresión, and phenolic compounds content. Saccharification was more efficient in Shmyb85. It was observed that in Shmyb85 and Shmyb58/63 there were alterations in more than one cell wall polysaccharide (SCW), with ShMYB85 being a broader activator than ShMYB58/63, since the first precisely controls the pectin content. Our data emphasize the opportunities and challenges of using these TFs MYBs to redesign the cell wall for bioenergy purposes. The knowledge generated here is important to boost traditional sugarcane breeding practices and approaches technologies for using lignocellulosic biomass in the development of second-generation ethanolDoutoradoBiologia VegetalDoutor em Biologia VegetalFAPESP2018/25058-5CAPES001[s.n.]Mazzafera, Paulo, 1961-Vicentini, RenatoCesarino, IgorRossi, Maria MagdalenaRomanel, Elisson Antonio da CostaUniversidade Estadual de Campinas. Instituto de BiologiaPrograma de Pós-Graduação em Biologia VegetalUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPortilla Llerena, Juan Pablo, 1985-20212021-10-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (225 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/2204PORTILLA LLERENA, Juan Pablo. Identificação e caracterização de fatores de transcrição que regulam a biossíntese de lignina em "Saccharum" spp: Identification and characterization of transcription factors that regulate lignin biosynthesis in Saccharum spp. 2021. 1 recurso online (225 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/2204. 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