Sucrose content, lignocelulose accumulation, cell wall anatomy characterization and in vitro digestibility of sugarcane internodes depicted in relation to maturation stage and Saccharum genotypes

Autor: Daniel Collucci
Přispěvatelé: André Luis Ferraz, Michel Brienzo, Igor Cesarino, Adriane Maria Ferreira Milagres
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2019
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
Universidade de São Paulo (USP)
instacron:USP
Popis: Os híbridos de cana-de-açúcar adquiriram várias características através do melhoramento de plantas, incluindo a produção de sacarose e lignocelulose. Recentemente, indústrias baseadas em biomassa projetadas para produzir produtos químicos de alto valor agregado e biocombustíveis a partir da biomassa encorajaram novos esforços de melhoramento para desenvolver plantas com alto rendimento de sacarose e baixa recalcitrância de lignocelulose. O presente estudo utilizou 4 híbridos experimentais de cana-de-açúcar para avaliar a dinâmica de acúmulo de sacarose e lignocelulose, a composição química de lignocelulose e a digestibilidade enzimática durante a maturação dos entrenós. Durante os estágios de maturação dos entrenós, o teor de sacarose aumentou, enquanto a fração lignocelulósica apresentou um aumento na lignina e uma redução no conteúdo de glucanas. A digestibilidade enzimática e o teor de lignina da fração lignocelulósica apresentaram um padrão inversamente relacionado, sendo que o primeiro entrenó foi duas vezes mais digerível em comparação aos entrenós maduros, indicando que a digestibilidade diminui significativamente com a maturação dos entrenós e a lignificação dos tecidos. Os híbridos H89 e H58 combinaram características fenotípicas desejáveis (alto rendimento de sacarose e baixa recalcitrância de lignocelulose) a exploração combinada de açúcar, produtos químicos de alto valor agregado e biocombustíveis, que não foram detectados em H140 e H321. O conjunto de dados gerado foi analisado por análise de componentes principais (PCA). A análise de PCA permitiu corroborar quantitativamente a discriminação de amostras e mostrar que os autovetores do teor de lignina e de digestibilidade apresentaram sentidos inversos, bem como os autovetores do teor de glucana e de digestibilidade apresentaram o mesmo sentido. A avalaliação global dos dados permitiu inferir que marcadores moleculares específicos discriminando as características químicas e de digestibilidade da cana de açúcar podem contribuir para o desenvolvimento de novos híbridos que combinem elevados rendimentos de sacarose e baixa recalcitrância de lignocelulose. Sugarcane hybrids acquired several characteristics through plant breeding, including high sucrose and lignocellulose production. Recently, biomass-based industries designed to produce high-value chemicals and biofuels from whole plant biomass encouraged new breeding efforts to develop plants with high sucrose yield and low lignocellulose recalcitrance. The present study utilized four experimental sugarcane hybrids to evaluate the dynamics of sucrose and lignocellulose accumulation, lignocellulose composition, and enzymatic digestibility during internode development. During the internode maturation stages, the sucrose content increased while the lignocellulose fraction displayed an increase in lignin and a reduction in glucans contents. Enzymatic digestibility and lignin content of the lignocellulose fraction displayed an inversely related pattern, and the first internode was twice more digestible compared with mature internodes, indicating that digestibility decreases significantly with internode maturation and tissue lignification. Hybrids H89 and H58 combined desirable phenotype characteristics (high sucrose yield and low lignocellulose recalcitrance) essential for the combined exploitation of sugar, high-value chemicals and biofuels, that were not detected in H140 and H321. All sugarcane properties were evaluated by principal component analysis (PCA). PCA of the current data corroborate with previous observations in a quantitative maner showing that eigenvectors of lignin content and digestibility displayed an inverse direction whereas eigenvectors of glucan content and digestibility had the same direction. The overal data evaluation may help with the development of proper molecular markers that could discriminate sugar cane hybrids with desired characteristics, which could help to further design breeding steps to produce sugarcane modern hybrids combining high sucrose yields and low lignocellulose recalcitrance.
Databáze: OpenAIRE
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