Análise genética da modulação do metabolismo de espécies reativas de oxigênio na interação cana-energia - Sporisorium scitamineum

Energy cane is a crop developed for bioenergy production and shows a high economic potential for the country. Considering the energy cane increasing relevance, studies on the factors that may impact crop production are particularly important. Among loss production causes, the biotrophic fungus Sporisorium scitamineum causal agent of smut disease, is a concern in the development of new resistant varieties given the yield decrease caused by the disease. Therefore, several studies have been developed to improve the understanding of host defense mechanisms to improve genetic breeding programs and disease control. In this study, a genetic analysis was performed for host defense aspects related to reactive oxygen species (ROS) metabolism of susceptible (Vertix1) and resistant (Vertix2) energy cane genotypes in interaction with S. scitamineum. This dissertation is submitted in the format of 3 chapters, beginning with a review in chapter 1. In chapter 2, analyses from the two genotypes transcriptome were performed to further understand the genetic modulation involved in ROS metabolism at 48 hours post-inoculation with S. scitamineum. Differentially expressed genes (DEGs), related to ROS metabolism, were observed in common in both genotypes due the fungal presence, however showed contrasting expression patterns. Specific DEGs were also functionally analyzed for resistant and susceptible varieties against smut inoculation. In the third chapter, the results obtained through gene expression analysis of genes related to the antioxidant system, triggered by the oxidative stress response in the interaction at 48 hpi and 72 hpi, showed significant differences for TRX gene (in susceptible genotype) and SOD gene (in resistant genotype) only for analyses at 48 hpi. We observed in energy cane varieties a different pattern than already studied for conventional sugarcane in S. scitamineum interaction, involving these same ROS modulation genes. This knowledge is relevant for the new research development related to genetic breeding strategies for energy cane genotypes regarding smut disease resistance.A cana-energia é uma cultura desenvolvida para produção de bioenergia que apresenta grande potencial econômico para o país, diante de sua crescente importância destaca-se estudos sobre aspectos que podem afetar a produção da cultura. Dentre estes aspectos, a doença do carvão causada pelo fungo biotrófico Sporisorium scitamineum é uma preocupação no desenvolvimento de novas variedades devido à redução de produtividade ocasionada com a doença. Desta forma, diversos estudos vêm sendo desenvolvidos para melhor entender os mecanismos de defesa do hospedeiro, a fim aprimorar programas de melhoramento genético e controle da doença. Neste trabalho foi realizada uma análise genética sobre os aspectos de defesa do hospedeiro relacionados com o metabolismo de espécies reativas de oxigênio (ROS) de variedades de cana-energia suscetível (Vertix1) e resistente (Vertix2) na interação com S. scitamineum. Esta dissertação está apresentada na forma de 3 capítulos, começando com uma revisão no capítulo 1. No capítulo 2, análises a partir do transcriptoma das duas variedades foram realizadas com o objetivo de melhor compreender a modulação genética envolvida no metabolismo de ROS 48 horas após inoculação (hai) com S. scitamineum. Foram observados genes diferencialmente expressos (DEGs), relacionados ao metabolismo de ROS, em comum nas duas variedades devido à presença do fungo, porém com padrões de expressão contrastantes. Também foram analisados funcionalmente DEGs específicos para variedades resistentes e suscetíveis. No terceiro capítulo, os resultados obtidos através da análise de expressão gênica dos genes relacionadas ao sistema antioxidante, desencadeado pela resposta de estresse oxidativo na interação em 48 hai e 72 hai, mostraram diferenças significativas apenas para análises em 48 hai, em que a atividade de SOD (superóxido dismutase) foi reprimida na variedade Vertix 2 e de TRX (Thiredoxina) reprimida na variedade Vertix1. Considerando, nestas variedades de cana-energia, um padrão diferente do já estudado para variedades de cana-de-açúcar convencional na interação com S. scitamineum, envolvendo estes mesmos genes de modulação de ROS. Estas informações são relevantes para o desenvolvimento de novas pesquisas relacionadas a estratégias para o melhoramento genético de cana-energia quanto à doença do carvão