Transcriptomics associated with water deficit and development of chromatin immunoprecipitation in sugarcane to study transcriptional regulatory networks

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 usada por séculos como a principal fonte de açúcar e mais recentemente para obtenção de etanol. Devido a sua grande importância no cenário econômico mundial, estudos em cana-de-açúcar são cada vez mais importantes no sentido de prover informações que possam levar ao aumento de produtividade para suprir tanto a demanda interna quanto externa. No entanto, a quantidade de dados moleculares e biotecnológicos disponíveis está muito aquém do necessário, e investimentos na obtenção de novos conhecimentos serão necessários se quisermos evoluir neste campo, assim como manter o nosso país como líder na produção de etanol. Neste trabalho, conduzimos experimentos em campo para comparar variedades contrastantes para a tolerância ao déficit hídrico e realizamos diagnósticos fisiológicos e moleculares para diferenciar as variedades. O estresse hídrico levou à diminuição do crescimento e desenvolvimento de todas as três variedades analisadas. A variedade RB855536 foi identificada como a menos produtiva das três, visto que em condições de déficit hídrico ela diminui mais seu crescimento, sofre mais efeitos do estresse oxidativo, acumula mais osmólitos e tem o ciclo de Calvin menos ativo. A variedade RB867515 teve um melhor desempenho, não acumulou osmólitos, não teve aumento na concentração de prolina, teve sinais menores de estresse oxidativo e um melhor funcionamento do ciclo de Calvin. Além disto, nós observamos a indução de transcritos na via de resposta do ABA e proteínas relacionadas com a fotossíntese, transporte de água e dobramento protéico. A variedade RB92579 teve um padrão similar ao encontrado para a RB867515, mas teve uma maior fotossíntese, um menor estresse oxidativo e uma menor perda de pigmentos. Nossos dados avançaram na identificação de genes envolvidos na resposta ao déficit hídrico em cana-de-açúcar assim como permitiram distinguir as variedades utilizadas no estudo. A partir de uma prospecção inicial de dados de transcriptoma previamente obtidos pelo grupo, foram selecionados fatores de transcrição associados a características agronômicas de interesse. Produzimos anticorpos para 5 TFs de cana-de-açúcar e padronizamos a metodologia de ChIP-Seq utilizando a plataforma de sequenciamento Roche 454. Uma análise dos dados de ChIP-Seq usando anticorpos para a RNA Polimerase II nos permitiu detectar contaminações com DNA humano, provavelmente pela utilização de gDNA como controle das reamplificações, assim como a detecção de mapeamento de muitas regiões repetitivas, o que pode ser normal, podendo indicar locais de ligação da Polimerase II ou então background. O mapeamento de praticamente todos os dados de sorgo em cana evidenciou a similaridade entre estes organismos, mas a maior quantidade de mapeamento em cana evidencia uma maior complexidade de seu genoma. Os resultados foram importantes por permitir o estabelecimento de uma metodologia de mapeamento de regiões regulatórias no genoma da cana-de-açúcar e significa um importante passo no estabelecimento de redes regulatórias associadas a características agronômicas de interesseSugarcane is a C4 grass used for centuries as the main source of sugar and more recently for ethanol production. We have seen an increasing interest in recent years to understand sugarcane to improve yield and supply the increasing world demand. However, the amount of molecular data available is far from ideal, and investments in acquiring new knowledge will be necessary to progress in this field if we want to maintain our country as a pioneer in ethanol production. In this work, we conducted field experiments to compare varieties contrasting to drought tolerance and performed physiological and molecular analysis. The stress condition led to reduced growth and development of all three varieties. The variety RB855536 was identified as the least productive, suffered more effects of oxidative stress, has accumulated more osmolytes and has the Calvin cycle less active. The variety RB867515 had a better performance, did not accumulate osmolytes, had no increase in the concentration of proline, had minor signs of oxidative stress and a better functioning of the Calvin cycle. In addition, we observed an induction of transcripts in the ABA response pathway and proteins related to photosynthesis, water transport and protein folding. The variety RB92579 had a pattern similar to that found in RB867515, but presented increased photosynthesis, lower oxidative stress and a lower loss of pigment. We succeded in identifying genes involved in the response to water stress in sugarcane as well as in distinguishing the varieties used in the study. We selected transcription factors associated with agronomical traits from the transcriptome data previously obtained by the group. We produced antibodies for 5 sugarcane TFs and standardized the methodology of ChIP-Seq using the 454 sequencing platform. Data analysis of ChIP-Seq using RNA Pol II antibody allowed us to detect contamination with the human genome, probably due to the use of gDNA in the reamplification control, as well as to map the detection repetitive regions, which may be binding sites of Pol II or background. The data reveals that sorghum and the sugarcane genome are similar despite the complexity of sugarcane. The results were important since they allow the beggining of studies to map regulatory regions in the sugarcane genome, as well as the uncovery of regulatory networks associated with agronomic traits of interes