Uma alternativa para aumentar a produção de bioetanol por área de cana plantada no Brasil seria utilizar os resíduos de sua biomassa para conversão em etanol. O conhecimento de como processos de degradação da parede celular se dão em plantas usadas para a produção de bioenergia e a compreensão de como eles funcionam pode ser de grande utilidade para esta tecnologia. Na investigação da anatomia de cana encontramos evidências da formação de um aerênquima lisígeno na raiz de cana, espaços gasosos no córtex da raiz decorrentes da morte celular e degradação da parede. Assim, decidiu-se aprofundar os estudos neste sistema através de técnicas de bioquímica de parede celular, microscopia de luz e transmissão e imunolocalização. A formação do aerênquima nas raízes de cana-de-açúcar tem início com a morte celular programada e a degradação de β-glucano e pectinas, principalmente daquelas associadas às lamelas médias, resultando na separação das células. As hemiceluloses arabinoxilano e xiloglucano mostram apenas modificações em suas estruturas finas, mas permanecendo nas paredes. Além disto, foram observados em microscopia de transmissão alguns pontos onde houve a degradação completa de parede celular, porém a presença de diversas paredes celulares colapsadas nas lamelas entre o aerênquima e ao seu redor parece ser mais importante para a formação do aerênquima. As modificações dos polissacarídeos estão possivelmente associadas com a alteração de características físicas das paredes, tornando-as mais suscetíveis a dobras e colapsos, gerando os espaços de gás e lamelas resistentes, que sustentam estes espaços. Mais do que a \"degradação da parede celular\", como é tratado em definições de aerênquima, pudemos observar que este fenômeno é resultado de uma sequência de eventos que permitem modificações da parede celular, e não necessariamente a sua completa degradação, resultando na abertura dos espaços gasosos / An alternative to increase bioethanol production per area of sugarcane plantation in Brazil would be to use its biomass residue for conversion into ethanol. The knowledge of how cell wall degradation processes occur in plants used for bioenergy production and understanding how they work can be of great use for this technology. Studying the sugarcane anatomy, we found evidences for the formation of a lysigenous aerenchyma in the roots, gas spaces in the root cortex originated from cell death and cell wall degradation. Thus, we decided to deepen the studies in this system using cell wall biochemistry, light and transmission microscopy and immunolabeling. The aerenchyma formation in sugarcane roots starts with programmed cell death and degradation of β-glucan and pectins, especially those from middle lamellae, resulting in cell separation. The hemicelluloses arabinoxylan and xyloglucan only show modifications in fine structure, but they remain in the cell wall. Besides, complete cell wall degradation was observed in a few spots through transmission electron microscopy, although the collapsing of cell walls seems to be more important for aerenchyma formation. Modifications in the polysaccharides are possibly associated with changes in cell wall physical properties, making them more susceptible to folding and collapsing, generating gas spaces and resistant lamellae that support these spaces. Described as \"cell wall degradation\" in aerenchyma definition in literature, we observed that this phenomenon is the result of a series of events that allow cell wall modifications, and not necessarily its complete degradation, resulting in the formation of gas spaces

Uma alternativa para aumentar a produção de bioetanol por área de cana plantada no Brasil seria utilizar os resíduos de sua biomassa para conversão em etanol. O conhecimento de como processos de degradação da parede celular se dão em plantas usadas para a produção de bioenergia e a compreensão de como eles funcionam pode ser de grande utilidade para esta tecnologia. Na investigação da anatomia de cana encontramos evidências da formação de um aerênquima lisígeno na raiz de cana, espaços gasosos no córtex da raiz decorrentes da morte celular e degradação da parede. Assim, decidiu-se aprofundar os estudos neste sistema através de técnicas de bioquímica de parede celular, microscopia de luz e transmissão e imunolocalização. A formação do aerênquima nas raízes de cana-de-açúcar tem início com a morte celular programada e a degradação de β-glucano e pectinas, principalmente daquelas associadas às lamelas médias, resultando na separação das células. As hemiceluloses arabinoxilano e xiloglucano mostram apenas modificações em suas estruturas finas, mas permanecendo nas paredes. Além disto, foram observados em microscopia de transmissão alguns pontos onde houve a degradação completa de parede celular, porém a presença de diversas paredes celulares colapsadas nas lamelas entre o aerênquima e ao seu redor parece ser mais importante para a formação do aerênquima. As modificações dos polissacarídeos estão possivelmente associadas com a alteração de características físicas das paredes, tornando-as mais suscetíveis a dobras e colapsos, gerando os espaços de gás e lamelas resistentes, que sustentam estes espaços. Mais do que a \"degradação da parede celular\", como é tratado em definições de aerênquima, pudemos observar que este fenômeno é resultado de uma sequência de eventos que permitem modificações da parede celular, e não necessariamente a sua completa degradação, resultando na abertura dos espaços gasosos / An alternative to increase bioethanol production per area of sugarcane plantation in Brazil would be to use its biomass residue for conversion into ethanol. The knowledge of how cell wall degradation processes occur in plants used for bioenergy production and understanding how they work can be of great use for this technology. Studying the sugarcane anatomy, we found evidences for the formation of a lysigenous aerenchyma in the roots, gas spaces in the root cortex originated from cell death and cell wall degradation. Thus, we decided to deepen the studies in this system using cell wall biochemistry, light and transmission microscopy and immunolabeling. The aerenchyma formation in sugarcane roots starts with programmed cell death and degradation of β-glucan and pectins, especially those from middle lamellae, resulting in cell separation. The hemicelluloses arabinoxylan and xyloglucan only show modifications in fine structure, but they remain in the cell wall. Besides, complete cell wall degradation was observed in a few spots through transmission electron microscopy, although the collapsing of cell walls seems to be more important for aerenchyma formation. Modifications in the polysaccharides are possibly associated with changes in cell wall physical properties, making them more susceptible to folding and collapsing, generating gas spaces and resistant lamellae that support these spaces. Described as \"cell wall degradation\" in aerenchyma definition in literature, we observed that this phenomenon is the result of a series of events that allow cell wall modifications, and not necessarily its complete degradation, resulting in the formation of gas spaces

Abstract____________________________________________________________________ 2 ABSTRACT: Zea mays is generally considered to be a plant with inducible lysigenous aerenchyma formation. The degradation of some cortical cells is triggered by environmental conditions, usually in the form of stress (submergence etc.). These cells die in a process that shows signs characteristic for programmed cell death, such as nuclear DNA fragmentation or apoptotic ultrastructural alterations. Aerenchyma formed in primary roots of thirteen examined maize accessions, irrespective of cultivation conditions. The aerenchyma fraction correlated with the root length, not with its age. The dependence of aerenchyma formation on the presence of this phytohormone was proved by using an inhibitor of ethylene synthesis (AOA). It was found out that the aerenchyma formation depended on light conditions and that the lysigenous intercellulars intercellular spaces colocalized with areas with cells with characteristically fragmented nuclear DNA (TUNEL-positive nuclei). In experiments using the TUNEL reaction it was necessary to determine new dilution of the enzymatic mixture for the examined plant material. Only the observation of surface planes of free-hand root sections was considered relevant in both TUNEL-TMR and TUNEL-AP assays. TUNEL-AP...

O aerênquima é um tecido vegetal com grandes lacunas de ar que podem ter função de circulação de gases e/ou sustentação de órgãos, estando presente nas raízes e órgãos aéreos de plantas aquáticas ou sob alagamento, podendo ainda ser formado em decorrência de algum estresse. Ceratopteris richardii é uma planta aquática, de hábito anfíbio que apresenta aerênquima em seus órgãos vegetativos. Dessa forma, esse trabalho buscou analisar a formação de aerênquima nas raízes e pecíolo desta espécie frente a uma situação de restrição hídrica e verificar sua plasticidade fenotípica. Vinte indivíduos de C. richardii foram cultivados e submetidos a um tratamento com diferentes concentrações de PEG 6000. Em todas as amostras analisadas, foi observada a formação de aerênquima. A análise qualitativa mostrou diferença entre os tratamentos, porém, a análise estatística revelou que as diferenças não são significativas para o número amostral empregado. Variações de crescimento do esporófito revelaram que a espécie de estudo modificou algumas características de desenvolvimento em resposta a restrição hídrica. Tais resultados revelam importantes características para esta espécie, que parece aclimatar-se a situação de estresse a qual foi submetida. Com base nisso, sugere-se ampliar estes estudos para elucidar questões relacionadas a formação de aerênquima e o ambiente, seja para esta espécie ou de outro grupo taxonômico. / Aerenchyma is a plant tissue with large air gaps that may have gas circulation function and / or sustain organs. This structure is present in roots and aerial organs of water plants and in plants under flooding it may also be formed during some stress. Ceratopteris richardii is an aquatic plant, with amphibious habit that has aerenchyma in their vegetative organs. Thus, the aim of this study is analyze the aerenchyma formation in roots and stem of this specie under water restriction situation and verify their phenotypic plasticity. Twenty specimen of C. richardii were cultured and subjected to treatment with different concentrations of PEG 6000. In all samples, were observed aerenchyma formation. Qualitative analysis showed differences among treatments, however, the statistical analysis revealed that the differences are not significant for the sample size. Sporophyte growth variations revealed that the specie of study modified some growth characteristics in response to water restriction. These results reveal important characteristics for C. richardii, which seems to acclimatize the stress situation which has submitted. On the base that, it is suggested further studies to become clearer the relation between aerenchyma formation and environment, even to either this species or another taxonomic group.

Abstract Accurate measurement of the hydroperiod in isolated wetlands currently relies upon the installation and frequent monitoring of devices such as piezometers and staff gauges. Observations of biological indicators of the hydroperiod may be able to supplement data collected from these devices and could potentially replace them as a means of accurately determining this hydrologic interval. The study objective was to determine whether adventitious root formation and maturation on buttonbush (Cephalanthus occidentalis) could be used as a viable indicator of the hydroperiod in isolated wetlands. Buttonbush seedlings were flooded in a controlled environment over a three month period in the summer of 2011. During this time, the length and complexity of adventitious roots observed were recorded. When average lengths of primary roots were regressed against time of inundation, a linear regression (r2) of 0.94 was calculated. The structure of these roots was then compared to adventitious roots observed in a natural wetland with a hydroperiod of 12 months. This was undertaken to allow a comparison of the observed lengths and complexity of adventitious roots in the controlled experiment with roots in the natural environment. The regression of both sets of observations yielded an r2 value of 0.99. Consequently, the results of this study found that the length of adventitious roots on buttonbush can help determine the hydroperiods of isolated wetland systems.

O aerênquima é um tecido vegetal com grandes lacunas de ar que podem ter função de circulação de gases e/ou sustentação de órgãos, estando presente nas raízes e órgãos aéreos de plantas aquáticas ou sob alagamento, podendo ainda ser formado em decorrência de algum estresse. Ceratopteris richardii é uma planta aquática, de hábito anfíbio que apresenta aerênquima em seus órgãos vegetativos. Dessa forma, esse trabalho buscou analisar a formação de aerênquima nas raízes e pecíolo desta espécie frente a uma situação de restrição hídrica e verificar sua plasticidade fenotípica. Vinte indivíduos de C. richardii foram cultivados e submetidos a um tratamento com diferentes concentrações de PEG 6000. Em todas as amostras analisadas, foi observada a formação de aerênquima. A análise qualitativa mostrou diferença entre os tratamentos, porém, a análise estatística revelou que as diferenças não são significativas para o número amostral empregado. Variações de crescimento do esporófito revelaram que a espécie de estudo modificou algumas características de desenvolvimento em resposta a restrição hídrica. Tais resultados revelam importantes características para esta espécie, que parece aclimatar-se a situação de estresse a qual foi submetida. Com base nisso, sugere-se ampliar estes estudos para elucidar questões relacionadas a formação de aerênquima e o ambiente, seja para esta espécie ou de outro grupo taxonômico. / Aerenchyma is a plant tissue with large air gaps that may have gas circulation function and / or sustain organs. This structure is present in roots and aerial organs of water plants and in plants under flooding it may also be formed during some stress. Ceratopteris richardii is an aquatic plant, with amphibious habit that has aerenchyma in their vegetative organs. Thus, the aim of this study is analyze the aerenchyma formation in roots and stem of this specie under water restriction situation and verify their phenotypic plasticity. Twenty specimen of C. richardii were cultured and subjected to treatment with different concentrations of PEG 6000. In all samples, were observed aerenchyma formation. Qualitative analysis showed differences among treatments, however, the statistical analysis revealed that the differences are not significant for the sample size. Sporophyte growth variations revealed that the specie of study modified some growth characteristics in response to water restriction. These results reveal important characteristics for C. richardii, which seems to acclimatize the stress situation which has submitted. On the base that, it is suggested further studies to become clearer the relation between aerenchyma formation and environment, even to either this species or another taxonomic group.

O aerênquima é um tecido vegetal com grandes lacunas de ar que podem ter função de circulação de gases e/ou sustentação de órgãos, estando presente nas raízes e órgãos aéreos de plantas aquáticas ou sob alagamento, podendo ainda ser formado em decorrência de algum estresse. Ceratopteris richardii é uma planta aquática, de hábito anfíbio que apresenta aerênquima em seus órgãos vegetativos. Dessa forma, esse trabalho buscou analisar a formação de aerênquima nas raízes e pecíolo desta espécie frente a uma situação de restrição hídrica e verificar sua plasticidade fenotípica. Vinte indivíduos de C. richardii foram cultivados e submetidos a um tratamento com diferentes concentrações de PEG 6000. Em todas as amostras analisadas, foi observada a formação de aerênquima. A análise qualitativa mostrou diferença entre os tratamentos, porém, a análise estatística revelou que as diferenças não são significativas para o número amostral empregado. Variações de crescimento do esporófito revelaram que a espécie de estudo modificou algumas características de desenvolvimento em resposta a restrição hídrica. Tais resultados revelam importantes características para esta espécie, que parece aclimatar-se a situação de estresse a qual foi submetida. Com base nisso, sugere-se ampliar estes estudos para elucidar questões relacionadas a formação de aerênquima e o ambiente, seja para esta espécie ou de outro grupo taxonômico. / Aerenchyma is a plant tissue with large air gaps that may have gas circulation function and / or sustain organs. This structure is present in roots and aerial organs of water plants and in plants under flooding it may also be formed during some stress. Ceratopteris richardii is an aquatic plant, with amphibious habit that has aerenchyma in their vegetative organs. Thus, the aim of this study is analyze the aerenchyma formation in roots and stem of this specie under water restriction situation and verify their phenotypic plasticity. Twenty specimen of C. richardii were cultured and subjected to treatment with different concentrations of PEG 6000. In all samples, were observed aerenchyma formation. Qualitative analysis showed differences among treatments, however, the statistical analysis revealed that the differences are not significant for the sample size. Sporophyte growth variations revealed that the specie of study modified some growth characteristics in response to water restriction. These results reveal important characteristics for C. richardii, which seems to acclimatize the stress situation which has submitted. On the base that, it is suggested further studies to become clearer the relation between aerenchyma formation and environment, even to either this species or another taxonomic group.

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The station is divided into Pond 1 (facultative - 186 m length) and Pond 2 (maturation - 112,90 m in length), in which seven floats were distributed every 40 meters, a float remained in a box with potable water (control); each float three individuals were planted. Seven collections were taken during the six-month period every 28 days. The following measurements were taken: total length and outer diameter; the total cross sectional diameter (area), thickness of the epidermis, cortical thickness (total), thickness aerenchyma/parenchymal, thickness of endoderm, cylinder vascular diameter, diameter of the elements (metaxylem) and number of elements (metaxylem) in both proximal and distal regions. To characterize the anatomical crosssections in the proximal and distal roots were performed. The roots have a uniseriate epidermis; cortex sclerenchymatous ring, fundamental parenchyma, aerenchyma and endoderm; central cylinder unistratified pericycle, xylem and phloem and medullary region composed of parenchyma cells. There were differences in the development of aerenchyma, besides the increase in thickening of the cell walls of the cells sclerenchymatous ring, and endoderm vessel element; as well as the number of layers of the cortex and the number of vessel elements. The statistical analysis showed that there are significant differences in eight of the ten variables. In Pond 1 (facultative) there is a high concentration of organic matter and low rate of dissolved oxygen, which directly affected the development of the roots, and from the 4th collection, the ancient roots senescence and new were formed, however, did not develop the proximal region due to unfavorable conditions. In pond 2 (maturity) there is a low concentration of organic matter and higher rate of dissolved oxygen, which allowed the development of both the distal region and the proximal, however, have not reached the development presented by the roots of control. The roots were affected development in their morphology and anatomy, however, does not have structural modifications. Vetiver grass can contribute in wastewater treatment process if individuals are placed at least 160 meters from the release of raw wastewater, distance at which the concentration of dissolved oxygen shall not interfere in the formation and development of roots. / O capim vetiver (Chrysopogon zizanioides (L.) Roberty) é uma planta de origem asiática utilizada para produção de perfumes (a partir de um óleo extraído de suas raízes), controle de erosão, recuperação de áreas degradadas, artesanato, fitorremediação, alimentação de animais e tratamento de esgoto em regiões onde falta saneamento básico. O presente trabalho avaliou a morfologia e anatomia da raiz de C. zizanioides submetida ao esgoto, com o intuito de, confirmar a hipótese de alterações no seu desenvolvimento devido as diferentes concentrações de oxigênio. O experimento foi realizado na Estação de Tratamento de Esgoto (ETE) Samambaia, localizada no campus II da Universidade Federal de Goiás (UFG). A estação está dividida em lagoa 1 (facultativa - 186 m de comprimento) e lagoa 2 (maturação - 112,90 m de comprimento), nas quais foram distribuídos sete flutuadores a cada 40 metros, um flutuador permaneceu em uma caixa com água potável (controle); em cada flutuador foram plantados três indivíduos. Foram efetuadas sete coletas durante o período de seis meses a cada 28 dias. Foram realizadas as seguintes medidas: comprimento e diâmetro total externo; em secção transversal diâmetro total (área), espessura da epiderme, espessura do córtex (total), espessura do aerênquima/parênquima, espessura da endoderme, diâmetro do cilindro vascular, diâmetro dos elementos (metaxilema) e quantidade de elementos (metaxilema), em ambas as regiões distal e proximal. Para a caracterização anatômica foram realizadas secções transversais na região proximal e distal das raízes. A raiz apresenta epiderme uniestratificada; córtex com anel esclerenquimático, parênquima fundamental, aerênquima e endoderme; cilindro central com periciclo uniestratificado, xilema e floema e uma região medular composta por células parenquimáticas. Ocorreram diferenças no desenvolvimento do aerênquima, além do aumento no espessamento das paredes celulares nas células do anel esclerenquimático, da endoderme e dos elementos de vaso; assim como na quantidade de camadas do córtex e número de elementos de vaso. A análise estatística mostrou que há diferenças significativas em oito das dez variáveis analisadas. Na lagoa 1 (facultativa) há uma alta concentração de matéria orgânica e baixa taxa de oxigênio dissolvido, o que afetou diretamente o desenvolvimento das raízes, sendo que a partir da 4ª coleta, as raízes antigas senesceram e novas se formaram, entretanto, não desenvolveram a região proximal devido às condições desfavoráveis. Na lagoa 2 (maturação) há baixa concentração de matéria orgânica e maior taxa de oxigênio dissolvido, o que permitiu o desenvolvimento tanto da região distal quanto da proximal, entretanto, não atingiram o desenvolvimento apresentado pelas raízes do controle. As raízes tiveram o seu desenvolvimento afetado na morfologia e anatomia, entretanto, não apresentam modificações estruturais. O capim vetiver poderá contribuir no processo de tratamento de esgoto se os indivíduos forem colocados no mínimo a 160 metros do lançamento de esgoto bruto, distância na qual a concentração de oxigênio dissolvido passa a não interferir na formação e desenvolvimento das raízes.

A fim de contornar a problemática imposta pela recalcitrância da parede celular à hidrólise, o processo de produção de etanol a partir de biomassa vegetal requer um passo denominado de pré-tratamento, que consiste em tornar a biomassa mais acessível à ação de glicosil hidrolases que atacam a parede celular. O melhor conhecimento de processos de degradação de parede operados pela própria planta tem o potencial de direcionar as pesquisas em bioernegia, indicando quais os mecanismos mais eficientes para desmontar o complexo de polímeros da parede celular. Cunhado pré-tratamento biológico, este consiste na hidrólise de polissacarídeos estruturais empregando mecanismos e elementos chave de processos de degradação de parede celular que ocorrem na própria planta. Um exemplo de evento com esta característica é a formação de aerênquima lisígeno, que consiste na abertura de espaços de gás em tecidos parenquimáticos. A formação do aerênquima em cana-de-açúcar se dá de forma modular, sendo o processo constituído por seis etapas: 1) percepção do sinal inicial; 2) separação celular: 3) expansão celular; 4) morte celular programada; 5) hidrólise de hemiceluloses e 6) hidrólise de celulose. O presente trabalho teve como principal foco estudar a regulação das duas etapas iniciais, visando obter conhecimentos que possibilitem para tornar a biomassa de cana de açúcar menos resistente à penetração de enzimas. O aerênquima ocorre na raiz de cana-de-açúcar por um processo constitutivo. Sua independência de um indutor externo foi corroborada mediante tratamento com nutrientes e inibidor da percepção por etileno (1-MCP) pela análise dos cinco centímetros mais apicais da raiz. O atraso na formação do aerênquima após tratamento com nutrientes levou à expressão diferencial de genes relacionados à degradação de parede celular, morte celular programada e sinalização por etileno. Por outro lado, o 1-MCP não afetou visivelmente a formação do aerênquima, porém alterou o balanço hormonal na raiz. O padrão transcricional das raízes tratadas com 1-MCP revelou aumento da expressão de genes relacionados à expansão celular e estresse oxidativo. Tais padrões são discutidos à luz da regulação hormonal da formação do aerênquima através do estabelecimento de um balanço hormonal definido entre auxina e etileno. Ambos os experimentos levaram à seleção de quatro genes candidatos: dois fatores de transcrição (ScRAV1 e ScERF1) e duas glicosil hidrolases (ScEPG1 e ScARA1), sequenciados e analisados quanto à diversidade hom(e)óloga, sequências promotoras e estrutura gênica em comparação a S. bicolor. A topologia das reconstruções filogenéticas e a distribuição diferencial de sítios para RAV e ERF nos promotores de ScEPG1 e ScARA1 não parece refletir padrões de expressão distintos, visto que os diferentes hom(e)ólogos demonstraram ser igualmente expressos. Em sistema heterólogo, o fator de transcrição RAV apresentou atividade repressora sobre o promotor de ScEPG1. Tal papel de RAV sugere regulação negativa sobre a degradação da lamela média e sobre o processo de perda de adesão e separação celular. A identificação de reguladores-chave da formação do aerênquima consiste em importante elo entre a sinalização hormonal e a degradação de parede celular, possibilitando a melhor compreensão dos mecanismos de controle da degradação endógena de parede celular. Os dados produzidos possibilitam a aplicação biotecnológica dos genes sequenciados, além de consistirem em significativo avanço no conhecimento sobre a fisiologia do processo estudado e na dinâmica da regulação da expressão gênica acoplada a aspectos filogenéticos das sequências alvo. / In order to circumvent the problems imposed by the cell wall recalcitrance to hydrolysis, the process underlying biofuel production requires a step called pretreatment, aimed at making biomass more accessible to the action of glycosil hydrolases that attack the cell wall. The increased knowledge of wall degradation processes operated by the plant itself has the potential to influence research in the bioernergy field, pointing out the most efficient mechanisms to disassemble the cell wall complex polymeric structure. The term coined biological pretreatment means taking advantage of key elements and mechanisms of cell wall degradation processes occurring in the plant itself in order to disassemble the entangled polysaccharide structure. One example of endogenous cell wall degradation process is the lysigenous aerenchyma formation, which consists in the opening of gas spaces in parenchyma tissue. The aerenchyma formation in sugarcane is thought to be a modular process that occurs in six steps: 1) target cells perception; 2) cell separation; 3) cell expansion; 4) programmed cell death; 5) hemicellulose hydrolysis and 6) cellulose hydrolysis. This work has as the main objective to study the regulation of the two initial steps, aiming at acquiring knowledge that would afford to turn biomass less resistant to enzyme penetration. The aerenchyma develops within the roots of sugarcane as a constitutive process. Its independence from an external inducer was corroborated in this work by subjecting sugarcane plants to treatment with nutrients and one inhibitor of ethylene perception (1-MCP) when the five more apical centimeters of the root were analyzed. After treatment with nutrients, the delayed aerenchyma formation led to differential expression of cell wall degradation-, programmed cell death- and ethylene signalling-related genes. Under visual inspection, 1-MCP did not show effect on aerenchyma development. Instead, it changed the hormone balance mainly in the two most apical root segments. The transcriptional pattern of 1-MCP treated roots revealed increased expression of cell expansion- and oxidative stress-related genes. Such patterns are discussed in the light of the hormone regulation of the aerenchyma development through the establishment of a balance between auxin and ethylene within root segments. Both experiments led to the selection of four two candidate genes, two transcription factors (ScRAV1 and ScERF1) and two glycosil hydrolases (ScEPG1 and ScARA1), that were sequenced and analyzed regarding homEURologous diversity, promoter sequences and gene structure compared to S. bicolor. The topology of the phylogenetic reconstructions and the differential distribution of sites for RAV and ERF within ScEPG1 and ScARA1 promoters did not reflect distinct expression patterns. Different hom(e)ologous of each target gene were equally expressed. In an heterologous system, RAV transcription factor interacted with ScEPG1 promoter, reducing the activity encoded by the reporter gene. This suggests the repressive role of RAV on pectin degradation within the middle lamella, leading to reduced cell adhesion and cell separation, possibly regulated by this glycosyl hydrolase. The identification of key regulators of the aerenchyma formation is an important link between hormone signaling and the wall degradation within the sugarcane roots. It enables a better understanding of control mechanisms underlying wall modifications when performed by the plant itself. Altogether, the data produced in this work allows biotechnological application of sequenced genes. Moreover, the produced data unveil key aspects regarding physiologycal aspects of aerenchyma development and highlights features related to the dynamics of gene expression in sugarcane coupled to the phylogenetic aspects of the four target sequences.

A resistência das paredes celulares vegetais à hidrólise enzimática é um dos grandes gargalos tecnológicos para a obtenção do etanol celulósico. Acredita-se que as modificações nas paredes celulares em processos como a mobilização de reservas, formação de aerênquima, amadurecimento de frutos e senescência, por exemplo, envolvam a ativação de módulos funcionais que culminam em alterações nas paredes celulares. Estes módulos são: 1) recepção de um sinal para início do processo; 2) Morte Celular Programada (PCD); 3) separação celular; 4) expansão celular; 5) hidrólise de hemiceluloses e 6) hidrólise de celulose. No caso da formação de aerênquimas lisígenos o processo que se inicia com a PCD e é seguido pela liberação de glicosil hidrolases que atuam a na degradação e/ou modificação da parede celular, formando espaços de ar no córtex radicular. A formação de aerênquima nas raízes de cana de açúcar é constitutiva e pouco se sabe sobre os mecanismos de modificação que ocorrem na parede celular durante este processo. Este estudo buscou compreender os padrões de variação expressão gênica, proteínas e de atividades enzimáticas associados à formação do aerênquima em raízes de cana de açúcar, com ênfase no papel das hidrolases de parede celular e em algumas proteínas relacionadas à PCD. Foram utilizados 5 segmentos de raízes de 1 cm cada, a partir do ápice radicular. No material coletado observou-se a formação gradual de aerênquima. Foram realizadas análises transcricional, proteômica e atividade enzimática das glicosil hidrolases e outras proteínas que atuam na modificação da parede celular, os quais foram identificados e quantificados ao longo da formação do aerênquima. As glicosil hidrolases pertencentes às famílias Cazy GH1, GH3, GH17, GH18 bem como expansinas, celulose sintase, lacase, calreticulina, calmodulina e proteínas relacionadas a degradação de pectinas, foram encontradas ao longo dos segmentos, principalmente após o segmento 2. De acordo com a atividade transcricional e dados da proteômica, sugere-se que os polissacarídeos seriam atacados por enzimas nos estágios iniciais da formação do aerênquima (seg 2 e 3). O ataque ocorre principalmente sobre as pectinas e o β-glucano. Contudo, os dados apontam para a deposição de xiloglucano, xilanos e celulose (após seg 3), que formam um compósito ao redor dos espaços de ar. Isto sugere que parte dos polissacarídeos das paredes não sejam degradados ao longo do processo, embora enzimas específicas detectadas possam atuar na modificação dos mesmos, como verificado para algumas pectinases e membros de GH17. Além disso, nos pré-tratamentos com água foi possível observar que há maior sacarificação da parede nos seg. 1 e 2. Contudo quando retira-se a maior parte das pectinas e hemiceluloses após pré-tratamento com NaOH, a sacarificação é maior nos segmentos 2, 3 e 4, devido ao maior acesso e a maior quantidade de celulose. As glicosil hidrolases encontradas neste trabalho sugerem que estas atacam a parede de um específico conjunto de células do córtex que dá origem ao aerênquima. Já no fim do processo, quando há lise celular, algumas paredes de células remanescentes são recalcitrante à hidrólise, provavelmente devido a sua arquitetura e composição. Este trabalho traz informações para o desenvolvimento de futuras tecnologias para a produção do etanol do etanol celulósico de cana-de-açúcar / The resistance of plant cell walls to enzymatic hydrolysis is one of the main bottlenecks of the development of technology of production of cellulosic ethanol. It is believed that the modifications in cell walls related to processes of storage mobilization, aerenchyma formation, fruit ripening and senescence, for instance, involve the activation of functional moduli that culminate in alterations of cell walls. These moduli are: 1) signal perception to start the process; 2) Programmed Cell Death (PCD); 3) cell separation; 4) cell expansion; 5) hydrolysis of hemicelluloses and 6) hydrolysis of cellulose. In the case of the formation of lysigenous aerenchyma, the process starts with PCD and is followed by the release of glycosil hydrolases that act on the degradation and/or cell wall modifications, forming air spaces in the cortex of the root. The formation of aerenchyma in the roots of sugarcane is a constitutive phenomenon and little is known about the mechanisms of modification that occur in cell walls during its development. Thus, the present study focused on the visualization of the patterns of variation of gene expression, proteins and enzyme activities associated to the formation of aerenchyma in roots of sugarcane in order to understand the role of the cell wall hydrolases and some proteins related to PCD in cell wall modifications along the process. Five root segments of 1cm each, starting from root apex, were used. A gradual centripetal formation of aerenchyma was recorded in the cortex of developing roots. Analyses of the transcriptional, proteomic and enzyme activity profiles during the process revealed that several enzymes act on cell wall modifications. The glycosil hydrolases belonging to the Cazy families GH1. GH3, GH17, GH18, as well as expansins, cellulose synthase, laccase, calreticulin, calmodulin and other proteins related to pectin degradation have been found along the segments, mainly after segment 2. According to the data on transcriptomics and proteomics, it is suggested that enzymes attack polysaccharides during the initial stages of aerenchyma formation (seg. 2 and 3). The attack of the enzymes occurs mainly on pectins and β-glucan. Conversely, the data point out to the deposition (or maintenance) of xyloglucan, xylan and cellulose (after seg. 3), which form a composite that surrounds the air spaces. This suggests that part of the polysaccharides present in cell walls are not degraded during the process, although specific enzymes have been detected that could act on polysaccharide mobilization, such as the GH17 family. Further, under pretreatment with water, it has been observed that cell wall saccharification was higher at segments 1 and 2. On the other hand, when most of the pectins and hemicelluloses are retrieved by pretreatment with NaOH, saccharification is higher of segments 2, 3 and 4, probably due to the higher access to the wall and also to the higher proportion of cellulose. The profiles related to the glycosil hydrolases found in this work, suggest that these enzymes attack the cell wall. Initially, they are probably kept within a group of cells that will originate the aerenchyma. At the end of the process, when there is cell lysis, the remaining walls of some cells are recalcitrant to hydrolysis probably due to changes in their architecture and composition. Our findings bring promising information that could be used in the future to improve efficiency of hydrolysis for cellulosic ethanol production from sugarcane