Caracterização fisiológica e perfil de expressão gênica de cultivares de cana-de-açúcar (Saccharum spp) contrastantes para o deficit hídrico

• Autor(a) principal: Oliveira, João Felipe Nebó Carlos de
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Texto Completo: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-02042013-112102/
• topic: Balanço hídrico; Cana-de-açúcar; Drought; Expressão gênica; Fisiologia vegetal; Gene expression; Plant physiology; Seca; Sugarcane; Water balance

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma das culturas mais importantes para a economia brasileira, fonte de matéria-prima para produção de açúcar e álcool. O setor sucroalcoleiro tem expandido rapidamente devido à alta demanda por biocombustíveis. Para atender tal demanda e garantir a produção de açúcar, a área cultivada deverá ser expandida utilizando áreas de cerrado e pastagens degradadas no Sudeste e Centro-Oeste, caracterizadas por invernos secos com períodos de deficiência hídrica acentuada. Cultivares com tolerância a seca e alto potencial produtivo nessas regiões são desejadas para esta expansão, e a elucidação das bases moleculares e fisiológicas da tolerância é indispensável para o desenvolvimento de tais cultivares. Para investigar mecanismos fisiológicos e moleculares envolvidos na tolerância à seca metodologias baseadas em ensaios de campo e casa de vegetação foram avaliadas, com foco na fenotipagem e perfil de expressão gênica. O uso de polietilenoglicol (PEG) como agente estressor na solução de plantas hidropônicas foi avaliado para simulação da seca, bem como a avaliação do vazamento de eletrólitos após exposição ao Paraquat (methyl-viologen). Dois genótipos previamente selecionados com base no comportamento contrastante para resposta a seca foram utilizados para testar a hipótese dos mecanismos por trás da tolerância em cana, onde \'IACPSP 94-2094\' foi selecionado como tolerante e \'IACSP 97-7065\' como sensível à seca. Diferenças genotípicas no potencial hídrico foliar e trocas gasosas ficaram evidentes após 72h em plantas hidropônicas expostas ao tratamento contendo 15% PEG, e aliadas à melhor resposta oxidativa apresentada pelo tolerante após o tratamento de discos foliares com Paraquat sugeriram o potencial dessas metodologias para serem utilizadas como screening inicial de genótipos para tolerância a seca. Dez genótipos incluindo os dois contrastantes selecionados foram avaliados para resposta a seca em condições de campo na Usina Jalles Machado (Goianésia, GO), local com alta tendência de ocorrência de deficti hídrico. \'IACSP 94-2094\' mostrou características superiores de tolerância (fechamento estomático precoce, manutenção do potencial hídrico foliar e melhor ajuste fotoquímico), ausentes em \'IACSP 97-7065\'. Análises de microarranjos, RNAseq e RT-qPCR foram realizadas utilizando-se os genótipos contrastantes, buscando identificar genes responsivos a seca e importante para tolerância. De um total de 14.522 genes no chip de microarranjos , 91 (~0.63%) foram diferencialmente expressos entre os ensaios irrigado e sequeiro, enquanto que 576 (~4%) apresentaram expressão diferencial durante deficit severo, incluindo muitos genes tradicionalmente associados com a resposta à seca. Amostras dos mesmos genótipos cultivados em casa de vegetação com ou sem irrigação foram utilizadas para análises de RNAseq. De um banco de dados contendo 43.141 genes, 2.300 (5.3%) foram diferencialmente expressos, incluindo genes novos e não caracterizados que possam ter papel importante na resposta à seca e estabelecimento da tolerância. A maioria dos genes identificados pelos microarranjos também foram detectados por RNAseq, havendo alta correlação entre as abordagens (0.78 e 0.84 para os genótipos tolerante e sensível, respectivamente). Após validações por RT-qPCR, genes relacionados à resposta a seca estão sendo utilizados para estudos de genômica funcional, objetivando desenvolver novas cultivares tolerantes a seca, seja através do melhoramento convencional ou das técnicas moleculares.