Interações entre o relógio biológico e a sinalização do estado energético em plantas do complexo Saccharum

Autor: Felipe Marcelo Almeida de Jesus
Přispěvatelé: Carlos Takeshi Hotta, Igor Cesarino, Michel Georges Albert Vincentz, Flavia Vischi Winck
Rok vydání: 2022
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
DOI: 10.11606/d.46.2021.tde-28042022-142343
Popis: A cana-de-açúcar e a cana energia são plantas intercruzáveis que compõe o complexo Saccharum. Estas plantas são fonte de biomassa para produção de açúcar, biocombustíveis, eletricidade, entre outros, e utilizam a energia assimilada pela fotossíntese de forma contrastante, ainda que ambas resultem em alta produtividade. O relógio biológico é um mecanismo molecular que gera informações sobre a hora do dia em conjunto com estímulos ambientais, adaptando respostas fisiológicas em prol de otimizar o desenvolvimento dos organismos em um ambiente cíclico, processo que regula cerca de 64% dos genes de cana-deaçúcar no campo. Em organismos sésseis como as plantas, o recorrente processo de produção de energia apenas durante o período luminoso, gera ritmos de metabólitos que influenciam na atividade de enzimas quinases que assim funcionam como sensores do estado energético, em vias conservadas nos eucariotos. Porém, pouco se sabe a respeito de como estes sinais são percebidos a nível transcricional, principalmente em plantas cultiváveis. Para elucidar como estas vias atuam em conjunto em plantas do complexo Saccharum, medimos o nível de transcrição de componentes do relógio biológico, de subunidades que compõe o complexo TOR, e da subunidade catalítica de SnRK1, KIN10. Medimos o desempenho do relógio biológico das variedades através da quantificação de amido em quatro pontos temporais, para obter uma dinâmica de produção e consumo, processo que é regulado pelo relógio biológico e tem genes com perfil de expressão rítmicos em cana de-açúcar. Curiosamente, uma das quatro variedades onde identificamos provável perfil rítmico de consumo de amido é a S.officinarum SP80-3280, cana-de-açúcar utilizada anteriormente para estudos de relógio biológico. Os nove acessos foram divididos em dois grupos com base em sua partição de carbono contrastante. HF (high fiber) com mais fibras e perfilho e grupo HS (high sucrose), com maior armazenamento de açúcares e amido que HF, em todos os horários de coleta, e com baixa produção de fibras. Estes grupos não diferem em expressão dos componentes de relógio biológico, no entanto, HS tem maior transcrição de uma subunidade do complexo TOR, em apenas um dos horários analisados (ZT12). Em conjunto, a expressão dos componentes do relógio biológico divide os acessos entre os que possuem altos níveis de transcrição de ScLHY, no ZT03, e os que possuem maior transcrição dos genes PRR59, 73 e 95, no ZT12, grupos com contrastante partição de carbono. A transcrição dos sensores energéticos se correlaciona no começo da noite em acessos de HS e Krakatau e, no começo da manhã, em acessos de HF e IN84-105, sem agrupar as variedades por espécie ou destino de carbono. Este trabalho sugere que há diferentes níveis de correlação entre a transcrição dos genes mensurados e as contrastantes partições de carbono das plantas do complexo Saccharum. Sugarcane and Energycane are intercrossable plants that make up the Saccharum complex. These plants are a source of biomass, sugar, biofuels, electricity among others, and even though they use the energy assimilated by photosynthesis in a contrasting way, both results in high productivity. The biological clock is a molecular mechanism that generates information about the time of day in conjunction with environmental stimuli, adapting physiological responses to optimize the development of organisms in a cyclic environment, a process that regulates about 64% of sugarcane genes in field-grown plants. In organisms such as plants, the recurrent process of energy production that happens only during the luminous period generates rhythmicity that may influence the activity of kinase enzymes, thus giving an energy sensor property for then. However, little is known about how these signs are perceived at the transcriptional level, especially in crops and monocots. To elucidate how these pathways act together in plants of the Saccharum complex, we measured the transcription level of the daytime loop of the biological clock, subunits that make up the TOR complex, and the catalytic subunit of SnRK1, KIN10. We measured starch content in four time points, to obtain a dynamic of production and consumption, a process that is regulated by the biological clock and has genes with a rhythmic expression profile in sugarcane. Interestingly, one of the four varieties where we could identify a probable rhythmic profile of starch consumption is a sugarcane SP80-3280 (S. officinarum), that have been used for biological clock studies. The nine genotypes were divided into two groups based on their contrasting carbon partition. HF (high fiber) with more fiber and tiller and group HS (high sucrose), with higher sugar and starch storage than HF, but with lower fiber production. These groups do not differ in expression of biological clock components; however, HS has a higher transcription of a subunit of the TOR complex, in only one of the analyzed times (ZT12). Together, the expression of components of the biological clock divides the genotypes between those with higher levels of ScLHY in ZT03 and those with more transcripts of PRR59, 73 and 95 genes in ZT12, groups that also have contrasting carbon partition. The transcription of TOR complex correlates in the early evening in HS and KRAKATAU, but in the morning, in HF and IN84-105, with no clear correlation with the C destination preferences. This work suggests that there are different levels of correlation between the transcription of biological clock and energy sensors component genes and the contrasting carbon partitions of plants from the Saccharum complex.
Databáze: OpenAIRE
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