Characterization of the proteome of mature and immature internodes from sugarcane during maturation phase of development

Grandes esforços dos programas de melhoramento genético da cana-de-açúcar são dedicados ao desenvolvimento de novas variedades com maior rendimento e conteúdo de sacarose. As etapas do metabolismo da sacarose têm sido foco de pesquisas há muito tempo, porém apenas recentemente têm-se buscado compreender os processos de transporte e acúmulo da sacarose no colmo da cana-de-açúcar. O objetivo deste trabalho é a caracterização do proteoma de entrenós maduros (entrenó 9) e imaturos (entrenó 5) de dois genótipos de cana-de-açúcar (Co 740 e SP 80-3280), ambos com 12 meses de idade, visando à identificação de proteínas relacionadas aos processos de transporte e acúmulo de sacarose. A altura, diâmetro do colmo, área foliar, umidade dos entrenós, trocas gasosas, potencial hídrico da planta e índice de maturação foram obtidos no momento da coleta do material vegetal. A quantificação dos açúcares glicose, frutose e sacarose foi realizada por cromatografia líquida e não mostrou a existência de diferenças no acúmulo desses carboidratos entre as duas variedades. Porém observamos diferenças entre os entrenós maduros e imaturos, indicando que o entrenó considerado imaturo encontra-se em estádio de pleno acúmulo de sacarose. O perfil de expressão proteica, gerado por 2D-PAGE, mostrou 87 e 85 proteínas diferencialmente expressas nos entrenós 5 e 9, respectivamente. Nos entrenós imaturos 12 proteínas foram identificadas como preferencialmente expressas em cada variedade e nos entrenós maduros 11 e 16 proteínas foram identificadas como preferencialmente expressas em Co 740 e SP 80-3280, respectivamente. As proteínas totais dos dois entrenós das duas variedades foram separadas e identificadas via UPLC acoplado a espectrômetro de massas LC-MS/MS com auxílio da base de dados do SUCEST. A caracterização do proteoma dos entrenós foi complementada pela avaliação da localização celular, função molecular e processo biológico a que pertencem todas as proteínas identificadas. Ao todo, foram identificadas 1.493 proteínas localizadas em 19 componentes celulares, com 20 funções metabólicas diferentes, atuantes em 24 processos biológicos e integrantes de 84 vias metabólicas. Deste total, 71 foram classificadas como participantes do metabolismo de carboidratos e encontram-se distribuídas em 21 vias metabólicas, segundo a base de dados KEGG.Great efforts have been put into sugarcane breeding programs in order to develop new varieties with increased sucrose yield and content. The steps of sucrose metabolism have been focus of research for a long time, but only recently have researchers sought to understand the processes of transport and accumulation of sucrose in sugarcane stem. The objective of this study is characterize the proteome of mature (internode 9) and immature (internode 5) internodes in two genotypes of sugarcane (Co 740 and SP 80-3280), both 12 months old, focusing on the identification of proteins related to the processes of transport and accumulation of sucrose. The height, stem diameter, leaf area, internode moisture, gas exchange, plant water potential and maturation index were all recorded at the time the plant material was collected. The quantification of sugars glucose, fructose and sucrose was performed by liquid chromatography and showed no difference in carbohydrates accumulation between the two varieties. Nevertheless, we observed differences between the mature and immature internodes, indicating that the internode considered immature was actively accumulating sucrose. The protein profile, produced by 2D-PAGE, showed 87 and 85 differentially expressed proteins in internodes 5 and 9, respectively. In immature internodes 12 proteins were identified as being preferentially expressed in each of the varieties and in the mature internodes 11 and 16 proteins were identified as preferentially expressed in Co 740 and SP 80- 3280, respectively. Total proteins of the two internodes of two varieties were separated and identified by UPLC coupled to a mass spectrometer LC-MS/MS using the SUCEST database. The characterization of the internodes proteome was further complemented by evaluating cellular localization, function and molecular biological processes to which all identified proteins belong. Altogether, 1,493 proteins were identified, located in 19 cellular components, with 20 different metabolic functions, operating in 24 biological processes and involving 84 metabolic pathways. Of this total, 71 have been classified as being involved in carbohydrate metabolism and are distributed in 21 metabolic pathways, according to the KEGG database