Orientador: Paulo Mazzafera

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia

Resumo: A lignina é um heteropolímero complexo depositado principalmente na parede celular secundária de tipos celulares especializados, conferindo força mecânica e rigidez para as plantas se manterem eretas e também proporcionando hidrofobicidade para que células condutoras transportem água e...

Resumo: A lignina é um heteropolímero complexo depositado principalmente na parede celular secundária de tipos celulares especializados, conferindo força mecânica e rigidez para as plantas se manterem eretas e também proporcionando hidrofobicidade para que células condutoras transportem água e nutrientes por longas distâncias. Embora a lignina seja essencial para o desenvolvimento da planta, este polímero é o principal componente da parede celular responsável pela recalcitrância da biomassa vegetal, sendo que sua presença afeta negativamente o uso do material lignocelulósico para a produção de biocombustíveis e biomateriais. Diversas evidências suportam um papel para peroxidases e laccases no processo de polimerização da lignina. No entanto, identificar genes/isoformas relacionados(as) com o processo de polimerização de lignina e caracterizar seu mecanismo de ação estão entre as tarefas mais desafiadoras acerca do metabolismo deste polímero fenólico. Neste trabalho, uma abordagem técnica abrangente foi aplicada com o objetivo de se identificar potenciais candidatos envolvidos na oxidação dos monômeros de lignina. No capítulo I, atividade enzimática e o perfil proteômico de peroxidases de classe III foram analisados durante o desenvolvimento do colmo de cana-de-açúcar. No capítulo II, células em suspensão foram usadas como valiosa ferramenta para isolar e caracterizar peroxidases de classe III potencialmente envolvidas na polimerização de lignina. Finalmente, no capítulo III, a combinação de análises de co-expressão, expressão tecido/tipo celular específica e complementação de um mutante de Arabidopsis thaliana permitiu a caracterização de uma laccase fortemente relacionada com a polimerização de lignina em cana-de-açúcar. Acreditamos que estes foram os primeiros trabalhos a caracterizar peroxidases e laccases em cana-de-açúcar, além de terem contribuído para aumentar o conhecimento acerca do metabolismo de lignina nesta importante cultura dedicada à bioenergia

Abstract: Lignin is a complex heteropolymer deposited in the secondarily thickened walls of specialized plant cells to provide strength and rigidity for plants to stand upright and hydrophobicity to conducting cells for long-distance water transport. Although lignin is essential for plant growth and...

Abstract: Lignin is a complex heteropolymer deposited in the secondarily thickened walls of specialized plant cells to provide strength and rigidity for plants to stand upright and hydrophobicity to conducting cells for long-distance water transport. Although lignin is essential for plant growth and development, this phenolic polymer is the major plant cell wall component responsible for biomass recalcitrance and its presence negatively affects the use of ligriocellulose as a source for biofuels and bio-based materiais. Several evidences support the role of peroxidases and laccases in lignin polymerization. However, the identification and characterization of peroxidases/laccases involved in lignin polymerization is still a major bottleneck. Here, we carried out a comprehensive approach to identify candidate genes related to the combinatorial coupling of lignin monomers. ln chapter I, we analyzed the enzymatic activity and proteomic profile of class III peroxidases during sugarcane stem development. ln chapter II, suspension cell culture was used as a tool for the characterization of class III peroxidases potentially involved in lignin polymerization. Finally, in chapter III, we provide evidence for the role of a laccase gene in lignin biosynthesis in sugarcane, by using a combination of co-expression analysis, tissue-specific expression analysis and genetic complementation of an Arabidopsis thaliana mutant. To our knowledge, these are the first reports on the characterization of peroxidases and laccases in sugarcane, which might ultimately improve our understanding of the lignin metabolism in this important bioenergy crop