Regulação transcricional dos genes da biossíntese e sinalização de etileno em cana-de-açúcar

Orientador: Marcelo Menossi TeixeiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de BiologiaResumo: O etileno é um fitormônio gasoso envolvido no controle de diversas fases do desenvolvimento vegetal e nas respostas a estresses bióticos e abióticos. No cultivo de cana-de-açúcar, a aplicação de precursores do etileno acelera o processo de maturação e inibe o florescimento. Nas células vegetais, as enzimas ACS (ACC Sintase) e ACO (ACC Oxidase) catalisam a produção etileno, que é percebido por um grupo de receptores desencadeando a cascata de sinalização que culmina na ativação e repressão de fatores de transcrição. Os genes da via de biossíntese e sinalização de etileno bem como sua regulação transcricional ainda são pouco conhecidos. O principal objetivo deste trabalho foi caracterizar reguladores transcricionais do gene ScACS2, que codifica uma ACS de cana-de-açúcar. Três fatores de transcrição bHLH (Basic Helix-loop-Helix) da subfamília FBH (FLOWERING BHLH) foram isolados pela sua habilidade de se ligar ao promotor do gene ScACS2. Esses fatores são mais expressos nos entrenós em maturação onde ativam a transcrição da ScACS2 na forma de homo e heterodímeros. Estudos funcionais em Arabidopsis demonstraram que os FBHs controlam a biossíntese de etileno regulando a transcrição da ACS, sugerindo que esse mecanismo provavelmente é conservado em outras espécies. Também tivemos como objetivo identificar os genes-chave envolvidos na biossíntese e sinalização de etileno e avaliar seus perfis de expressão em cana-de-açúcar. Outros membros da via de biossíntese e sinalização, homólogos de ACS, ACO, ETR, CTR1, EIN2 e EIN3, foram identificados e descoberto que são diferencialmente regulados em diferentes órgãos da planta e em resposta ao déficit hídricoAbstract: Ethylene is a gaseous plant hormone involved in many phases of development and in responses to biotic and abiotic stresses. In sugarcane fields, the application of ethylene precursors accelerates the ripening process and inhibits flowering. In plant cells, the ACS (ACC synthase) and ACO (ACC oxidase) enzymes catalyze the ethylene production, which is perceived by a group of receptors triggering a signaling cascade and resulting in the activation and repression of transcription factors. The sugarcane genes encoding ethylene biosynthesis and signaling proteins and their transcriptional regulation are barely known. The major aim of this work was to characterize the transcriptional regulators of the ScACS2 gene, encoding an ACS from sugarcane. Three bHLH (Basic Helix-loop-Helix) transcription factors from the FBH (FLOWERING BHLH) subfamily were isolated by their ability to bind in the promoter of ScACS2 gene. These factors are more expressed in maturing internodes where they activate ScACS2 expression as homo- and heterodimers. Functional studies in Arabidopsis demonstrated that FBHs control ethylene biosynthesis regulating ACS transcription, suggesting that this mechanism is conserved across plant species. We also aimed to identify the key genes involved in ethylene biosynthesis and evaluate their regulation in sugarcane. We identified several other members of ethylene biosynthesis and signaling pathways, homologs of Arabidopsis ACS, ACO, ETR, CTR1, EIN2 and EIN3. We found that they are differentially regulated in different plant organs and in response to droughtDoutoradoGenetica Vegetal e MelhoramentoDoutor em Genetica e Biologia Molecular2014/15172-4FAPES