Transcriptomics of the monolignol biosynthesis pathway along sugarcane internodes development (Saccharum spp.)

As gramíneas são o mais importante grupo de plantas para em todo o mundo. Inúmeras são usadas para a alimentação dos animais, além de serem utilizadas para a produção de biocombustíveis, contribuindo para a redução do consumo de combustíveis fósseis e consequentemente da poluição ambiental. A biomassa vegetal é constituída basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. Estudos na área de bioquímica e genética tem demonstrado a lignina como um dos principais compostos responsáveis pela recalcitrância da biomassa, sendo a resistência à digestão enzimática uma importante limitação do processo de produção de bioetanol. A lignina é um polímero vegetal resultantes da polimerização desidrogenativa de três monômeros de fenilpropanóides primários, os álcoois p-coumarilico (H), coniferilico (G) e sinapilico (S). A via metabólica dos fenilpropanóides envolve a participação de 11 enzimas, nas gramíneas, tais como PAL, C4H, 4CL, C3H, F5H, CCoAOMT, CSE, COMT, HCT, CCR e CAD. Até o momento, 28 genes de cana-de-açúcar foram identificados no SUCEST e explorados para identificar os possíveis bona fide. No entanto, com a disponibilização de bancos transcriptômicos (RNASeq) e ferramentas avançadas de bioinformática, o nosso grupo de pesquisa expandiu para 37 genes após o processo de identificação, anotação e classificação pelas análises filogenéticas. Diante disso, a presente proposta teve por objetivo realizar a análise de expressão destes transcritos anotados em uma variedade de cana-de-açúcar com a composição química da parede celular caracterizada. Para identificar quais genes estão envolvidos nesta via, o presente trabalho propôs correlacionar o perfil de expressão com os quatro estágios de desenvolvimento do entrenó, separando córtex e medula, os quais estão associados aos estágios de lignificação em maior e menor grau, respectivamente. Dentre as análises realizadas, 34 transcritos tiveram os primers padronizados , 26 foram expressos no colmo nas condições testadas, sendo 7 genes adicionais aos previamente descritos na literatura. Baseado nas análises de expressão gênica, PAL1.1/1.2, COMT1, CAD2/5/8, 4CL2, F5H1, CCoAMOT1.2/2.1 e CCR1 foram apontados como possíveis candidatos principais na via de biossíntese da lignina.Sugarcane (Saccharum spp.) is a grass of great importance for the sustainable technological and agroindustrial development of Brazil. The cell wall of the grasses is basically composed of cellulose, hemicellulose, lignin and hydroxycinnamic acids. The study of the chemical composition of the cell wall of different sugarcane hybrids revealed that low lignin content, in particular for H89 (~ 16.8%), contribute to the low recalcitrance of the biomass. These studies obtained greater information when the regions of rind and pith of H89 were dissected, which present, respectively, 21.7% and 13.9% of total lignin. Lignin is a plant polymer resulting from the dehydrogenative polymerization of three primary phenylpropanoic monomers, the p-coumaril (H), coniferyl (G) and synapylic (S) alcohols. The metabolic pathway of the phenylpropanoids involves the participation of several enzymes, totalizing in the grasses 11 sets, such as PAL, C4H, 4CL, C3H, F5H, CCoAOMT, CSE, COMT, HCT, CCR and CAD. So far, 28 unigenes of sugarcane have been identified in SUCEST and explored to identify the possible bona fide. Recently, based on bioinformatics, phylogenetic and transcriptomic (RNA-Seq) analyzes of sugarcane and related grasses, our research group identified 37 transcripts possibly involved in monolignol biosynthesis. In the presence of detailed descriptions of the composition of lignin in H89 and of the large number of genes identified, the presente proposal aimed to perform the analysis of the expression of these transcripts annotated in H89. In order to amplify and reinforce which genes are involved in the monolignol pathway, the present work proposed to correlate the expression profile with four stages of the development of the enternode, exploring the regions of rind and pith. Among the analyzes performed, 34 genes were identified, 26 genes were expressed, being 7 additional genes to those previously described in the literature. In this context, PAL1.1 / 1.2, COMT1, CAD2 / 5/8, 4CL2, F5H1, CCoAMOT1.2 / 2.1 and CCR1 were identified as potential candidates in the lignin biosynthesis pathway