In silico prospecting and analysis of the gene expression profile of the SQUAMOSA Promoter-Binding Protein-Like (SPL) family in the Saccharum genus

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma gramínea típica de climas tropicais e subtropicais e que possui variadas aplicações biotecnológicas, abrangendo as indústrias de biorrefinarias, biocombustíveis e alimentícias. Visando o aumento da produtividade da planta, é interessante que haja o acúmulo máximo de biomassa sem que haja a necessidade de aumento da área cultivada. A etapa de florescimento da cana-de-açúcar é um fenômeno biológico de alta importância, sendo indesejada em cultivos comerciais devido à perda de produtividade. O atraso do florescimento e prolongação do período vegetativo podem ocasionar maior acúmulo de biomassa por planta. Baseado nos estudos de genômica funcional de distintas espécies vegetais, sabe-se que os genes SPL, uma família de fatores transcricionais com o domínio SBP-box, estão envolvidos no controle de biomassa vegetal, sendo alguns membros de sua família alvos de miR156. Nas fases iniciais de desenvolvimento vegetal, têm-se uma alta expressão de miRNA156, ocasionando uma supressão dos seus genes alvo e reprimindo o florescimento. À medida que a planta cresce, têm-se um decréscimo gradual de expressão do miRNA156 e um consequente aumento da expressão dos genes SPL. Do ponto de vista econômico e agroindustrial, é interessante que haja esse controle de mudança de fase de desenvolvimento. Com a utilização de bancos genômicos e transcriptômicos e ferramentas de bioinformática em larga escala, como BLAST, HMMER, PFAM, MUSCLE e análises filogenéticas, foram identificados, anotados e classificados 18 genes SPLs presentes no gênero Saccharum (ex. cana-de-açúcar). Dentre esses genes, 11 genes apresentam o sítio de ligação alvo do miRNA156, responsável pela regulação entre as fases vegetativas e reprodutivas. A análise da expressão de bibliotecas transcriptômicas em distintas gramíneas, bem como em S. spontaneum e cana-de-açúcar híbridas nas variedades SP83-2847 e IACSP96-7569, usando as bibliotecas sobre ciclo circadiano, secções foliares e distintas fases do desenvolvimento vegetal, permitiu identificar ScSPLs possivelmente relacionados com a produção de biomassa vegetal, como ScSPL3, ScSPL4/11, ScSPL6, ScSPL9, ScSPL13, ScSPL14, ScSPL15 e ScSPL17. Também foram identificados lncRNAs de cana-de-açúcar possivelmente envolvidos na rede regulatória de florescimento envolvendo os ScSPLs, ilustrando possibilidades de novos estudos na área.Sugarcane (Saccharum spp.) is a grass native to tropical and subtropical climates, with various biotechnological applications in biorefinery, biofuels and food industries. The goal is to increase plant productivity while maximizing biomass accumulation without the need for expanding cultivated areas. However, the flowering stage of sugarcane is a biological phenomenon of significant importance, as it negatively impacts commercial crops, leading to reduced productivity. To improve biomass accumulation per plant, delaying flowering and extending the vegetative period is essential. Functional genomic studies of different plant species have revealed the involvement of SPL genes, a family of transcription factors with SBP-box domains, in plant biomass control, with some family members being targets of miR156. During the initial stages of plant development, there is a high expression of miRNA156, which suppresses its target genes and represses flowering. As the plant matures, miRNA156 expression gradually decreases, leading to increased expression of SPL genes. This regulatory mechanism in the development phase is economically and agro-industrially advantageous. Using genomic and transcriptomic banks and large-scale bioinformatics tools, such as BLAST, HMMER, PFAM, MUSCLE and phylogenetic analyses, 18 SPL genes present in the genus Saccharum were identified, annotated and classified. Among these genes, 11 genes presented the miRNA156 target binding site, responsible for regulation between vegetative and reproductive phases. The expression analysis of transcriptomic libraries in different grasses, as well as in S. spontaneum and hybrid sugarcane in the varieties SP83-2847 and IACSP96-7569, using the libraries on circadian cycle, leaf sections and different plant development stages, allowed to identify ScSPLs possibly related to plant biomass production, such as ScSPL3, ScSPL4/11, ScSPL6, ScSPL9, ScSPL13, ScSPL14, ScSPL15 and ScSPL17. Sugarcane lncRNAs possibly involved in the flowering regulatory network involving ScSPLs were also identified, illustrating possibilities for further studies in the area