Transcriptomic and proteomic analysis of sugarcane culm relationaded to sucrose metabolism

A cana-de-açúcar é uma importante cultura na economia brasileira, tanto pela produção de açúcar como pela produção de biocombustíveis, contabilizando mais de US$ 20 bilhões por ano, colocando o Brasil como o país produtor mais importante deste mercado. Por outro lado, a cana-de-açúcar atingiu o limite na produção de sacarose, um efeito da exploração da estreita base de genes utilizados nos cruzamentos dos programas de melhoramento convencional. O objetivo do trabalho foi avaliar a dinâmica da acumulação de sacarose nos colmos da cana-de-açúcar, através da investigação da expressão gênica nos parênquimas de estocagem dos colmos das plantas de cana-deaçúcar durante o desenvolvimento, utilizando técnicas de transcritômica e proteômica. A variedade SP80-3280 foi cultivada em condições de casa de vegetação e os internós de 4-a-9 foram coletados aos 4, 7 e 10 meses de idade. Com o intuito de aumentar o conteúdo de sacarose, as plantas de 10 meses de idade foram submetidas a um período de estresse hídrico antes da coleta. Para todos os internós foram avaliados o conteúdo de açúcares solúveis e os internós 5 e 9 foram usados para análises do transcritoma e proteoma. Os perfis de expressão dos genes envolvidos no ciclo da sacarose para 4, 7 e 10 meses de idade foram estudados utilizando-se qPCR. A técnica da proteômica de 2D-PAGE foi utilizada para a comparação do perfil de expressão das proteínas entre os internós maduros, nas idades de 7 e 10 meses, e os spots selecionados foram identificados por LC-ESI-Q-TOF-MS/MS. O total de açúcares solúveis no parênquima de estocagem aumentou cerca de 2,5 vezes quando comparamos os internós maduros do colmo das plantas de 7 e 10 meses de idade. Este aumento pode ser explicado pela mudança da expressão dos genes envolvidos no metabolismo da sacarose. Sinais endógenos e exógenos à planta são responsáveis por dispararem o mecanismo de síntese da sacarose, o qual é frequentemente regulado pelas enzimas. Nós identificamos 81 proteínas de 7 e 10 meses, as quais incluem proteínas diferencialmente expressas e preferencialmente expressas. Os dados gerados pelo perfil de expressão gênica e análise do proteoma foram comparados no sentido de entender o mecanismo molecular envolvido no processo de acúmulo de sacarose.Sugarcane is a important crop in the Brazilian economy for both, sugar and green biofuel production, accounting for more than US$ 20 billions/year, placing Brazil as the most important country in this trade. On the other hand sugarcane has reached a limit in sucrose production, an effect of the narrow gene pool used in current commercial breeding programs. Our objective was to assess the dynamics of sucrose accumulation in sugarcane stalks, by investigating the gene expression in the storage parenchyma of sugarcane plants during development, using transcriptomic and proteomic approches. Sugarcane variety (SP80-3280) was cultivated under greenhouse conditions and internodes 4-to-9 were harvested at 4, 7 and 10 months. In order to increase the sugar content, 10 month old plants were subjected to a period of water stress before sampling. All internodes were analyzed to evaluate the soluble sugars content, the internodes 5 and 9 were used in transcriptomic, and 9 was used in proteomic analyses. Expression profiles of genes involved in sucrose cycling from the 4, 7 and 10 month old plants were studied using qRT-PCR. Proteomic approaches (2D-PAGE) were done by comparing protein expression profiles between mature internode in 7 and 10 month, and the selected spots were identified by LC-ESI-Q-TOF-MS/MS. Total soluble sugars in the storage parenchyma increased around 2,5-fold when 7 and 10 month old internodes were compared. This rise could be explained by a change in the expression of genes involved in sucrose metabolism. Endogenous and exogenous signals trigger the mechanism of sucrose synthesis which is often regulated by enzymes and signaling sugars. We identified 81 proteins from the 7 and 10 month old which included differentially expressed and exclusive spots. The data from the gene expression and proteome analyses are compared in order to understand the molecular mechanisms involved in sucrose storage