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Type: DISSERTAÇÃO
Degree Level: Mestrado
Title: Sinalização por carboidratos em cana-de-açucar e divergencia evolutiva
Title Alternative: Sugar signaling in sugarcane and evolution diversification
Author: Branco, Diana Santos, 1983-
Advisor: Vincentz, Michel Georges Albert, 1958-
Abstract: Resumo:Além de fonte primária de carbono e energia para os principais tipos celulares, os açúcares produzidos pela fotossíntese adquiriram importantes funções ao longo da evolução das plantas, no controle do crescimento e desenvolvimento, do metabolismo e na resistência a estresses abióticos (osmótico, energético) e bióticos (potógenos). Os açúcares atuam como sinalizadores ativando cascatas de transdução e, desta forma, promovendo mudanças na programação da expressão gênica. Com o objetivo de entendermos como a sinalização por açúcares diversificou-se em angiospermas, iniciamos uma análise comparativa dos perfis de expressão gênica em resposta aos açúcares sacarose e glicose em plântulas da monocotiledônea Saccharum spp e da eudicotiledônea Arabidopsis thaliana. Para tanto, duas abordagens foram utilizadas. O primeiro aspecto do trabalho estabeleceu relações entre elementos de resposta rápida (resposta primária) a açúcar e acúmulo de sacarose em genótipos de cana contrastantes para teor de sacarose. Outra abordagem, mais abrangente, procurou identificar genes diferencialmente expressos em resposta à sacarose. Na primeira parte do trabalho, a análises por qRT-PCR revelaram uma clara relação entre genes envolvidos em acúmulo de sacarose em cana-de-açúcar e sinalização primária por carboidratos. A partir de 34 SAS (Sugarcane Assembled Sequence) testados envolvidos em acúmulo de sacarose em cana, 24 deles também foram responsivos à glicose e/ou sacarose, sendo que 9 deles responderam em um mesmo sentido em genótipos de cana-de-açúcar que acumulam maior quantidade de sacarose (alto Brix). Dos 24 SAS responsivos à sacarose e/ou glicose, apenas 6 deles apresentaram genes ortólogos em Arabidopsis thaliana cuja regulação por estes açúcares ocorreu de maneira similar. Dentre eles, temos o fator de transcrição IAA16, que se mostrou reprimido por sacarose e glicose, constituindo um possível gene de interação entre sinalização por açúcares e auxina. Duas SNFs quinases parálogas de cana-de-açúcar tem como ortólogo um único gene de Arabidopsis thaliana. Os três genes foram reprimidos por sacarose e glicose, sendo outra parte conservada, na via de sinalização a açúcares entre as duas espécies. Outro gene de particular interesse corresponde a uma deidrina, reprimida por sacarose e glicose em cana, assim como seu ortólogo em Arabidopsis e genótipos alto Brix, sugerindo importante papel deste gene em processos relacionados a sinalização/acúmulo de sacarose. Na segunda parte do trabalho, utilizando-se a técnica de microarranjos de cDNA a partir do chip SUCAST, encontramos 55 genes diferencialmente expressos em resposta à sacarose. Destes, apenas 3 apresentaram genes ortólogos de Arabidopsis regulados por açúcar num mesmo sentido que em cana, correspondentes a duas proteínas quinases e a um gene pseudo-response-regulator. Este estudo preliminar identificou genes conservados da sinalização por açúcares em angiospermas que representam possíveis nós importantes das redes de controle relacionadas a carboidratos. O estabelecimento de um possível envolvimento de alguns destes genes no controle da capacidade de acumular mais sacarose no colmo da cana, abriu novas perspectivas na análise molecular desta importante característica. Estudos mais abrangentes são necessários para melhorar os conhecimentos sobre o grau de diversificação da sinalização por açúcares em angiospermas e os valores adaptativos associados.

Abstract: Besides act as carbon primary source in the major types of cells, sugars produced by photosynthesis acquired important functions in the course of plant's evolution like controlling growth, development, and metabolism and acting in resistance to abiotic and biotic stresses like osmotic, energetic and response to pathogens. Sugars can be signals that active signal transduction pathways to change genes expression programs. In order to access the diversification of sugar pathway signaling in angiosperms we conduct comparative analysis of the gene expression in response to sucrose and glucose in seedlings of the monocot Saccharum sp. and the eudicot Arabidopsis thaliana. We also aimed to access the possible correlation between genes related to sucrose storage in sugar-cane and genes related to primary sugar responses. Another aim was to identify deferentially expressed genes in sucrose response. A clearly relation between genes related to sucrose storage in sugar-cane and quickly primary response to sugars was obtained by qRT-PCR analysis. We tested 34 SAS (Sugar Assembled Sequence) related to sucrose storage in sugar-cane and we found that 24 of them were responsive to glucose and/or sucrose. Nine genes showed the same expression pattern (induction or repression) in response to sugar as seen in high Brix genotypes. Six, of this 24 genes, have Arabidopsis orthologues regulated in the same direction (induced or repressed). One is an IAA16 transcription factor that is repressed by both, glucose and sucrose, and may play a role in an integrative pathway of sugar and auxin responses. We also find two SNFs kinases (paralogues) related to a single Arabidopsis ortholog showing the repression response. Another interesting gene is a dehydrin that was repressed in response to sucrose and glucose in sugar-cane and Arabidopsis (its ortholog) and in the high Brix sugar-cane genotypes. It suggests an important role for this dehydrin in processes related to sucrose signaling and storage. In the second part of this work, the sugar-cane cDNA microarray chip, called SUCAST, allow us to identify 55 deferentially expressed in response to sucrose. Only three of these genes have orthologues regulated in same way in sugar-cane and Arabidopsis. These genes correspond to two protein-kinase and a pseudo-response regulator. This preliminary approach leads us to identify conserved genes in sugar signaling among angiosperms that possibly represents important nodes in the regulatory networks in response to sugars. Establishing the involvement of some of these genes in the ability of sucrose storage in sugar-cane's culm will lead us to new perspectives in the molecular basis of this characteristic. More specific works are also needed to improve the knowledge about the real degree of evolutive diversification in sugar signaling among angiosperms and associated genetic fitness.
Subject: Cana-de-açúcar
Angiosperma
Filogenia
Language: Português
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2008
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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