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Type: TESE DIGITAL
Title: Metabolismo de lignina em quatro genótipos de cana-de-açúcar cultivados em campo
Title Alternative: Lignin metabolism in four sugarcane genotypes grown in field conditions
Author: Souza, Letícia Marrone de, 1989-
Advisor: Mazzafera, Paulo, 1961-
Abstract: Resumo: A cana-de-açúcar é a principal fonte de sacarose para a produção do bioetanol de primeira geração e mais recentemente uma importante fonte de biomassa lignocelulósica para a geração do etanol de segunda geração, obtido a partir da celulose depositada na parede celular vegetal. A lignina, um complexo heteropolímero aromático presente na parede secundária das células vegetais, é o principal fator que confere recalcitrância ao material lignocelulósico e o maior obstáculo encontrado pelas biorrefinarias para a produção viável do etanol de segunda geração. Este biopolímero é formado pela polimerização oxidativa combinatória de principalmente três monômeros de álcool p-hidroxicinamílicos: álcool p-coumarílico, álcool coniferílico e álcool sinapílico. Ao serem incorporados ao polímero de lignina passam a ser chamados, p-hidroxifenil (H), guaiacil (G) e siringil (S), respectivamente, os quais são ligados por diferentes tipos de ligações covalentes. Sabendo que características como o conteúdo de lignina, sua composição e os tipos de ligações existentes entre suas unidades S, G e H são fatores que afetam a recalcitrância da parede celular, este trabalho teve como objetivo obter conhecimento a respeito da composição e biossíntese de lignina em quatro genótipos de cana-de-açúcar cultivados em condições de campo em duas localidades do Estado de São Paulo. Os genótipos foram previamente caracterizados quanto ao teor de lignina e foram contrastantes para essa característica, sendo IACSP04-028 e IACSP04-053, com menor teor (± 4%), e IACSP04-691 e IACSP04-015, com maior teor (± 8%). As regiões do córtex e medula do colmo da cana-de-açúcar, em dois estádios do desenvolvimento vegetativo puderam ser diferenciadas pelo conteúdo de lignina, da mesma forma que a composição da lignina (razão S/G) mostrou diferença entre os tecidos. O perfil dos oligômeros identificou doze compostos fenólicos dentre aldeídos, dímeros e trímeros e evidenciou o efeito de localidade entre os genótipos. Os padrões de expressão relativa de dezenove genes codificadores das enzimas da via de biossíntese de lignina foram obtidos, indicando elevado grau de complexidade na correlação entre os dados moleculares e bioquímicos referentes à lignina. Os resultados aqui apresentados trazem conhecimentos complementares importantes quanto à biossíntese de lignina em cana-de-açúcar, os quais podem contribuir para futuras manipulações de genes envolvidos em processos da biossíntese desse polímero como forma de otimizar a produção de etanol lignicelulósico, tendo a biomassa da cana-de-açúcar como matéria prima

Abstract: Sugarcane is the leading source of sucrose for first generation bioethanol production and more recently an important source of lignocellulosic biomass for second-generation ethanol production, obtained from cellulose deposited in plant cell walls. Lignin, a complex aromatic heteropolymer present in the secondary wall of plant cells, is the main factor conferring recalcitrance in lignocellulosic material and a major obstacle encountered by biorefineries for the viable production of second-generation ethanol. This biopolymer is formed by oxidative combinatorial coupling of mainly three p-hydroxycinnamyl alcohol monomers: p-coumaryl, coniferyl and sinapyl alcohols. When incorporated into the lignin polymer, these monomers are called p-hydroxyphenyl (H), guaiacyl (G) and syringyl (S) units, respectively, and are connected by different types of covalent bonds. With the knowledge about content and composition of lignin, and the types of linkages between S, G, and H units that affect the recalcitrance of the cell wall, this study aimed at gaining knowledge regarding lignin composition and biosynthesis in four sugarcane genotypes grown under field conditions in two localities in the State of São Paulo. The genotypes were previously analyzed for lignin content and were contrasting for this characteristic: IACSP04-028 and IACSP04-053 with lower lignin content (± 4%) and IACSP04-691 and IACSP04-015, with higher lignin content (± 8 %). The cortex and medulla regions of the sugarcane stem, at two growth stages, could be distinguished by lignin content in the same way that the composition of lignin (S/G ratio) showed significant differences among these tissues. Oligomer profiling identified twelve phenolic compounds among aldehydes, dimers and trimers showing locality effect between genotypes. The relative expression patterns of nineteen genes encoding enzymes from the lignin biosynthetic pathway indicated a high degree of complexity when correlated with molecular and biochemical data. The results presented here provide an important additional knowledge about lignin biosynthesis in sugarcane, which can contribute to further study and manipulation of genes involved in the biosynthesis process of this polymer in order to optimize the production of lignocellulosic ethanol using sugarcane biomass as raw material
Subject: Cana-de-açúcar
Lignina
Bioetanol
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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