Resumo: Bioetanol é uma proeminente fonte de energia renovável e sustentável e representa uma alternativa consistente à utilização de combustíveis fósseis. O desenvolvimento do bioetanol de segunda geração, uma nova tecnologia para a produção desse biocombustível a partir da parede celular vegetal, demanda a utilização de culturas melhoradas para a produção de biomassa. A cana energia é um híbrido entre espécies de Saccharum selecionado durante o programa de melhoramento para apresentar alta produção de biomassa e maior conteúdo de fibras do que de sacarose em sua composição. Para explorar os recursos genômicos e o processo de formação da parede celular nos híbridos de alta biomassa, foram elaborados nesse trabalho i) um draft do genoma de S. spontaneum e ii) uma caracterização de um internódio de cana energia em alongamento. O draft do genoma de S. spontaneum contém a maioria dos genes completos da espécie, assim como dados de expressão gênica em diferentes tecidos. O genoma consitui uma base de dados pioneira e importante para ancoragem de dados de transcritoma e para o acesso às sequências de genes (éxons e introns) e regiões reguladoras (promotores) de Saccharum. Nesse estudo foram identificadas sequências promotoras de genes com expressão tecido-específico e ubíqua com potencial de aplicação imediata para biotecnologia de Saccharum. A caracterização de um internódio em alongamento de cana energia demonstrou que este constitui um ótimo modelo para o estudo do controle transcricional da formação da parede celular, em especial da lignificação dos feixes vasculares. Foi observado que o internódio em alongamento pode representar o desenvolvimento dos quatro primeiros internódios imaturos de cana. Além disso, análises comparativas do internódio em alongamento de cana energia com internódios dos parentais, S. spontaneum e cana-de-açúcar, indicaram que o internódio em alongamento pode ajudar a explicar as diferenças entre os híbridos selecionados para produção de açúcar ou biomassa. Assim, nesta tese, foi produzido um atlas genômico e transcritômico de S. spontaneum e seu híbrido de cana energia, que servirá de base para entender o processo de formação da parede celular de Saccharum Ver menos

Abstract: Bioethanol is a prominent renewable and green energy source and presents a consistent alternative to the use of fossil fuels. Development of the second generation bioethanol, a new technology to produce this biofuel from plant cell wall, demands the utilization of improved crops with focus on biomass production. Energy cane is a hybrid between Saccharum species selected in breeding programs to present high biomass production and higher content of fiber than sucrose in its composition. To explore the genomics resources and the process of cell wall formation in high biomass hybrids, in this work it was elaborated i) a draft genome of S. spontaneum and ii) the characterization of an elongating energy cane internode. S. spontaneum draft genome contains most of the complete genes of the species, as well as genic expression data of different tissues. The genome comprises a pioneer and important Saccharum database for transcriptomic data assembly and for access of Saccharum sequences of genes (exons and introns) and regulatory regions (promoters). In this study were identified promoter sequences of genes presenting tissue-specific and ubiquitous expression with potential of immediate application in Saccharum biotechnology. Characterization of an energy cane elongating internode demonstrates that it constitutes an excellent model for study of transcriptional control of cell wall formation, especially of vascular bundle lignification. It was observed that the elongating internode could represent the development of the first four immature internodes. Comparative analysis elongating internode of energy cane with internodes from parental genotypes, S. spontaneum and sugarcane, indicated that the elongating internode could explain the differences between hybrids selected for sugar or biomass production. In this project, it was produced a genomic and transcriptomic atlas of S. spontaneum and its high biomass hybrid that will be useful to understand the formation of cell wall in Saccharum Ver menos