Orientador: Prof. Dr. Danilo da Cruz Centeno / Coorientadora: Profª. Drª. Hana Paula Masuda / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, São Bernardo do Campo, 2018. / A busca por fontes renováveis de energia tem aumentado devido à preocupação mundial com o uso excessivo de combustíveis fósseis, destacando-se como alternativa o etanol produzido a partir da cana-de-açúcar. O plantio de cana é intenso no Brasil, por ser uma cultura relativamente bem adaptada às distintas condições locais. No entanto, condições de estresse biótico e abiótico podem reduzir a produtividade e gerar grandes prejuízos, sobretudo em períodos de seca. Nesta perspectiva, o estudo de características agronomicamente desejáveis, como a tolerância ao déficit hídrico, em diferentes variedades é fundamental para a seleção de cultivares apropriadas e o desenvolvimento de cultivares mais produtivas, que elevem a produção de etanol, sem que haja uma expansão demasiada das áreas de cultivo de cana. Neste trabalho, indivíduos de cana-de-açúcar SP80-3280, uma das cultivares mais produzidas no Estado de São Paulo, foram cultivados em condições hídricas distintas e tiveram suas folhas mais jovens (folha +1) analisadas em diferentes aspectos. Os dados fisiológicos foram medidos no Infra-Red GAS Analyzer (IRGA). A quantificação relativa de transcritos foi feita através do método de PCR em tempo real (qPCR), para galactinol sintase (ScgolS), rafinose sintase (ScrafS) e estaquiose sintase (ScstaS), genes-chave na via dos Oligossacarídeos da Série da Rafinose (OSR), envolvida na tolerância à seca. As sequências codificantes de ScgolS, ScrafS e ScstaS, foram obtidas através de análises fenéticas, realizadas com as regiões codificantes de homólogos em milho, sorgo e cana. A quantificação dos metabólitos primários foi realizada através da técnica de cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS). Plantas que permaneceram sob déficit hídrico por 7 dias (DH - 7 dias) apresentaram diminuição em todos os parâmetros ecofisiológicos, e aumento nos níveis de mio-inositol, manitol, glicose, frutose, ácido quínico e ácido chiquímico. Já plantas com 20 dias de déficit hídrico (DH - 20 dias) mostraram diminuição na taxa de crescimento, no número de folhas verdes e na taxa fotossintética, mesmo com aumento nos níveis de condutância estomática e na concentração interna de CO2. Também apresentaram aumento nos níveis de frutose, galactose, ácido quínico e ácido chiquímico, e redução nos níveis de manitol. As plantas Reidratadas sobreviverem à reidratação e voltaram à crescer após o reestabelecimento da água, apresentando aumento na taxa fotossintética, mesmo com redução nos níveis de condutância estomática, na concentração interna de CO2 e na transpiração. Apresentaram também, aumento nos níveis de mio-inositol, manitol, frutose, ácidos orgânicos e ácidos graxos, e na quantidade relativa de transcritos de ScstaS. Em conclusão, plantas que passaram pelo déficit hídrico apresentaram redução da taxa de crescimento, maior quantidade de compostos relacionados ao ajuste osmótico, e não foi observada indução elevada dos genes-chave da via dos OSR. A sensibilidade de SP80-3280 ao déficit hídrico foi reafirmada, mas foi surpreendente a sobrevivência e reestabelecimento após a reidratação. Aparentemente, SP80-3280 induz mecanismos de prevenção ao déficit hídrico, que possibilitam sua sobrevivência, mas não consegue induzir suficientemente mecanismos de tolerância que garantam à planta melhores condições de crescimento diante do estresse. / The search for renewable sources of energy has increased due to the worldwide preoccupation with the excessive use of fossil fuels, highlighting as alternative the ethanol produced from sugarcane. Cane planting is intense in Brazil, because it is a relatively well adapted crop to the different local conditions. However, biotic and abiotic stress can reduce productivity and generate great losses, especially in periods of drought. In this perspective, the study of agronomically desirable characteristics, such as tolerance to water deficit, in different varieties is fundamental for the selection of appropriate cultivars and the development of more productive cultivars, increasing the ethanol production, without extensive expansion of sugarcane planting areas. In this work, individuals of cultivar SP80-3280, one of the most produced in the State of São Paulo, were cultivated under different water conditions and had their youngest leaves (leaf +1) analyzed in different aspects. Physiological data were measured in the Infra-Red GAS Analyzer (IRGA). The relative quantification of transcripts was done by real-time PCR method (qPCR) for galactinol synthase (ScgolS), raffinose synthase (ScrafS) and stachyose synthase (ScstaS), keygenes in the Raffinose Family Oligosaccharides (RFO), involved in drought tolerance. The coding sequences of ScgolS, ScrafS and ScstaS were obtained through phenetic analyzes performed with the homologous coding regions of maize, sorghum and cane. The primary metabolites were quantified by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). The plants that remained under water deficit for 7 days (DH - 7 days) presented a decrease in all the ecophysiological parameters, and increased levels of myo-inositol, mannitol, glucose, fructose, quinic acid and shikimic acid. Plants with 20 days of water deficit (DH - 20 days) showed a decrease in the growth rate, in the number of green leaves and in the photosynthetic rate, even with an increase in stomatal conductance and in the internal CO2 concentration. There was also an increase in the levels of fructose, galactose, quinic acid and shikimic acid, and reduction in mannitol levels. The rehydrated plants survived rehydration and returned to grow after water reestablishment, with an increasing in the photosynthetic rate, even with a reduction in stomatal conductance, internal CO2 concentration and transpiration levels. They also showed increased levels of myo-inositol, mannitol, fructose, organic acids and fatty acids, and at the relative amount of ScstaS transcripts. In conclusion, plants that underwent water deficit had a reduction in the growth rate, a greater number of compounds related to the osmotic adjustment, and no high induction of the key genes of the RFO pathway was observed. The sensitivity of SP80-3280 to water deficit was reaffirmed, but survival and reestablishment after rehydration was surprising. Apparently, SP80-3280 induces prevention mechanisms that allow its survival, but it can not sufficiently induce tolerance mechanisms that guarantee the plant better growth conditions in the face of stress.

Orientadora: Profª. Drª. Hana Paula Masuda / Coorientador: Prof. Dr. Danilo da Cruz Centeno / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Biotecnociência, São Bernardo do Campo, 2018. / Os oligossacarídeos da série da rafinose (OSRs) são carboidratos formados pela adição sequencial de um grupo galactosil, geralmente doado por uma molécula de galactinol, à molécula de sacarose. Essa via é regulada principalmente por três enzimas. A galactinol sintase (GOLS) que é responsável pela síntese de galactinol. A rafinose sintase (RAFS) que transfere o resíduo galactosil do galactinol à molécula de sacarose dando origem a rafinose. E a estaquiose sintase (STS) que é responsável pela transferência de galactosil para a rafinose, dando origem a estaquiose. Esses açúcares desempenham importantes papéis fisiológicos nas células vegetais e têm sido considerados como moléculas chave na resposta ao estresse abiótico. Cada enzima envolvida no metabolismo dos OSRs é codificada por uma família de gênica. No entanto, ainda são escassos os trabalhos que apresentem descrições sistemáticas dos genes e suas relações evolutivas nas espécies vegetais. Os poucos trabalhos disponíveis focam nos genes que codificam GOLS, frequentemente considerada a enzima-chave da via. O objetivo deste trabalho foi estudar a diversidade e evolução dos genes rafs e sts em monocotiledôneas, para ampliar o conhecimento sobre os genes nessas espécies. Foram investigados genes rafs e sts em oito espécies vegetais, seis monocotiledôneas e duas dicotiledôneas. Também foram produzidas análises filogenéticas, de ortologia e a caracterização dos domínios proteicos nos genes identificados. Os resultados mostraram que RAFS e STS existem em grande diversidade e que são codificadas por vários genes putativos. As árvores filogenéticas permitiram diferenciar rafs de sts, sugerir relações evolutivas entre os genes e identificar diferentes grupos nessa família gênica. Análises de sintenia indicam a existência de genes ortólogos e duplicações in tandem. Por fim, a análise dos domínios proteicos confirmou a similaridade entre rafs e sts. Como conclusão, essa dissertação expande o conhecimento a respeito dos genes codificadores da via do OSRs, fornece informações para futuros trabalhos com foco em biotecnologia e contribui com a descrição das informações genômicas obtidas nos projetos de sequenciamento genético de espécies vegetais. / The raffinose series oligosaccharides (RFOs) are small carbohydrates synthetized by the sequential addition of a galactosil group, usually donated by a galactinol to sucrose. This metabolic pathway is regulated, among others, by the galactinol synthase (GOLS) enzyme, responsible for the synthesis of galactinol; the raffinose synthase (RAFS), responsible for the transfer of a galactosil group to sucrose, synthetizing rafinose, and; stachyose synthase (STS), responsible for the transfer of another galactosil group to raffinose, thus producing stachyose. These sugars play important physiological roles on plant cells and are considered key molecules in the response to abiotic stress. The enzymes involved on the RFOs metabolism exhibit a large number of functional genes. However, few studies present systematic descriptions of these genes and their evolutionary relationships on plant species. The few available studies focused on the genes that code for GOLS, frequently considered the key enzyme of RFOs metabolic pathway. The objective of this study was to understand the diversity and evolution of the rafs and sts genes in monocot species, to extend the knowledge on these plant genes. Rafs and sts genes were surveyed in eight plant species, six monocot and two dicot species. Phylogenetic and synteny analyses were performed, as well as, the characterization of the protein domains. The results showed that a large number of putative genes codifies both RAFS and STS, indicating that this gene family have a high diversity in plant genomes. The phylogenetic trees allowed proposing the evolutionary relationships between those genes and suggested the existence of different sequence groups. Synteny analyses showed groups of orthologue genes and in tandem gene duplications. Finally, the protein domain analyses corroborated the high similarity between rafs and sts. In conclusion, this work expands the knowledge about RFOs metabolism genes, provided information for further biotechnology studies and contributes to the description of sequence data from genomics projects.