Submitted by RAFAEL HENRIQUE DE FREITAS NORONHA null (rafael.noronha.agro@gmail.com) on 2018-02-07T21:39:41Z No. of bitstreams: 1 TESE_RAFAEL_HENRIQUE_DE_FREITAS_NORONHA.pdf: 3396589 bytes, checksum: 79a19313ee4d53d945ed71a9929a9d83 (MD5) / Approved for entry into archive by Alexandra Maria Donadon Lusser Segali null (alexmar@fcav.unesp.br) on 2018-02-09T12:38:51Z (GMT) No. of bitstreams: 1 noronha_rhf_dr_jabo.pdf: 3396589 bytes, checksum: 79a19313ee4d53d945ed71a9929a9d83 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-09T12:38:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 noronha_rhf_dr_jabo.pdf: 3396589 bytes, checksum: 79a19313ee4d53d945ed71a9929a9d83 (MD5) Previous issue date: 2018-02-05 / O manejo conservacionista do solo melhora as condições químicas, físicas e biológicas, devido ao incremento de matéria orgânica por manutenção da palha de cobertura, evitando uma possível erosão. Devido a esses fatores, o sistema radicular da cana-de-açúcar pode ser beneficiado, mas, neste tipo de manejo, o sistema radicular das culturas está concentrado nas camadas superficiais. Objetiva-se estudar o crescimento vegetativo e radicular de mudas pré brotadas de cana de açúcar em Latossolo Vermelho Eutroférrico em Ribeirão Preto/SP, utilizando o delineamento experimental em blocos casualizados em esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições, composto de parcelas com três manejos do solo: preparo convencional, cultivo mínimo e plantio direto, e subparcelas com a variedade IACSP955000 de cana-de-açúcar e o clone de Saccharum spontaneum de cana de energia. As variáveis biométricas agronômicas. Ainda, quanto aos atributos físicos do solo, quantifica-se as alterações na biomassa de raízes quanto aos tratamentos. Para coleta de raízes foi utilizada uma sonda amostradora. Pressupõe-se que o manejo conservacionista poderia interferir na biomassa do sistema radicular da cana-de-açúcar tanto da parte aérea quanto da dinâmica radicular, ou até mesmo entre as espécies de cana. O perfilhamento máximo ocorreu aos 150 dias após o transplantio e estabilizou-se por 240 dias após transplantio das mudas, sendo 20% maior com mínimo e sem preparo do que o preparo convencional e 51% maior para a cana de energia do que a cana-de-açúcar. A biomassa seca total foi de 21,37 e 11,42% maior para o mínimo e sem preparo, respectivamente, do que o preparo convencional, e o rendimento foi 10,48% maior para a cana-de-açúcar do que a cana de energia. A análise multivariada indicou, no gráfico biplot, a cana de energia correlacionou-se com NPL, DIA, PLH e INT. Quanto aos atributos físicos do solo. O cultivo mínimo com Rip Strip® proporcionou uma redução na resistência à penetração, com valores médios na linha e entrelinha, mesmo nos meses com maior pluviosidade, beneficiando os atributos físicos de solo, como microporosidade, macroporidade, porosidade total, e densidade do solo são verificadas somente nas camadas superficiais (0-5 e 5-10 cm). O plantio direto e o cultivo mínimo possibilitaram o maior acúmulo de biomassa do sistema radicular, concentrando 80% nas camadas 0,60m de profundidade. / The conservationist tillage of the soil improves as chemical, physical and biological soil conditions, due to increase of organic matter by the maintenance of straw on the soil surface, avoiding a possible erosion. Due to these factors, root system of sugarcane can be benefited, but this type of management, the root system of the crops is concentrated in superficial layers. The objective of this study was to study the vegetative and root growth of pre-sprouted sugarcane seedlings in Eutrophic Red Latosol in Ribeirão Preto, SP, Brazil. The experiment had he in split plot design in randomized blocks with four replications composed of plots with three soil management: conventional tillage, minimum tillage and no-tillage, and subplots with IACSP955000 variety of sugarcane and the spontaneous saccharum clone of energy cane. As biometric agronomic variables are quantified through chemical and physical attributes of soil, a green mucuna as a predecessor crop. To collect roots for a somatic sampler. It is assumed and managed by a conservationist, allowing interfering in biomass of sugarcane root system, both on aerial part and on radicular dynamics, or even among cane species. The most complete profile available 150 days after transplanting and stabilized for 240 days after transplanting the seedlings, being 20% larger with minimum and no tillage than conventional tillage and 51% greater for a sugarcane than a cane - of sugar. A total dry biomass of 21.37 and 11.42% higher for the minimum and no tillage, respectively, than the conventional tillage, and the yield was 10.48% higher for sugarcane than the sugarcane. A multivariate analysis indicated, without biplot plot, an energy reel correlated with NPL, DIA, PLH and INT. As for the physical attributes of the soil. The minimum tillage Rip Strip® crop provided a reduction in penetration resistance, with average values in the rows and between rows, even in the months with higher rainfall, benefiting the physical attributes of soil, such as microporosity, macropority, total porosity, and soil density. Checked only in the superficial layers (0-5 and 5-10 cm). No-tillage and minimum cultivation allowed for the greater accumulation of biomass of the root system, concentrating 80% in the layers 0.60m deep.

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Our objective was to identify the major barriers to natural regeneration of tree species in abandoned Panamanian pastures as a first step in formulating management strategies to facilitate forest recovery. We tested whether fire, seed dispersal, and the presence of an introduced grass, Saccharum spontaneum L., were barriers to forest regeneration. We examined growth, survival, and density of both experimentally-introduced and naturally-regenerating tree seedlings using a series of multifactorial experiments. / We found that seed dispersal limits forest regeneration. Large-seeded species have the highest performance in the Saccharum spontaneum, but were found in the lowest abundance in natural conditions. Small-seeded species were most frequently observed, but they have the lowest survival. We conclude that dispersal limitations preclude entry of the larger-seeded species. Distance from the forest limits dispersal of many small-seeded species. Fire is a major barrier to natural regeneration because it lowers species diversity.

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 cuja principal característica é o acúmulo de altas concentrações de sacarose no colmo. As variedades comerciais são derivadas de cruzamentos de S. officinarum, que possui colmos grossos com alto teor de açúcar, e S. spontaneum, que apresenta colmos finos, fibrosos, com baixo teor de açúcar, mas com maior perfilhamento e resistência a estresses. O desenvolvimento da tecnologia do bioetanol celulósico, no qual o bagaço é utilizado para produção de bioetanol, tem gerado o interesse no desenvolvimento da cana energia, que possui mais fibra e biomassa, porém menos sacarose. Para isso, é importante o entendimento das vias regulatórias de biossíntese de parede celular, principal constituinte da biomassa vegetal. Ainda, as variedades comerciais possuem uma base genética estreita, que pode ser um dos fatores responsáveis pela diminuição dos ganhos de produtividade que vem sendo observada a cada variedade lançada. Isso mostra a importância de se voltar aos genótipos ancestrais para identificar genes que possam ser importantes para o melhoramento da cana-de-açúcar, incluindo o desenvolvimento da cana energia. Assim, o presente trabalho analisou o transcriptoma de três genótipos ancestrais e dois híbridos comerciais, juntamente com a caracterização de dados morfo-fisiológicos. Essa abordagem permitiu ligar padrões de expressão gênica aos fenótipos e identificar genes e vias regulatórias que estão possivelmente relacionadas aos mecanismos que determinam características como produtividade, acúmulo de sacarose e lignina, principalmente genes de regulação da estrutura da cromatina, metabolismo de parede celular e algumas famílias de fatores de transcrição. A expressão desses genes apresentou maior correlação com acúmulo de sacarose do que a expressão dos próprios genes do metabolismo de sacarose. S. spontaneum foi o genótipo que apresentou perfil de expressão e fenótipos mais distintos, mostrando um potencial biotecnológico para produção de biomassa. A integração dos resultados sugere que o acúmulo de sacarose compete com o de lignina e que o controle do crescimento em entrenós mais jovens pode ser importante para a maior produtividade. Também foram construídas bibliotecas de cDNA full length e estas apresentaram 90% de insertos completos. O sequenciamento dessas bibliotecas revelou uma grande quantidade de transcritos novos e específicos do gênero Saccharum, juntamente com um número significativo de transcritos antissense e milhares de genes diferencialmente expressos que podem estar associados, principalmente, às diferenças de resistência a estresses de S. officinarum e S. spontaneum. Essas bibliotecas fornecem uma grande plataforma para estudos posteriores para descoberta de polimorfismos, splicing alternativo e alelos que possam ser importantes nas características dos genótipos. Ainda, foram identificadas sequências promotoras de genes do metabolismo de parede celular e de alguns candidatos a estarem envolvidos nesse processo; vários apresentaram sítios de ligação conservados responsivos a fatores de transcrição da biossíntese de parede celular, mas algumas diferenças importantes foram identificadas, evidenciando divergências evolutivas entre cana-de-açúcar e outras espécies. Nossos dados mostram-se importantes por avançar no entendimento das vias envolvidas no metabolismo de parede celular em cana-de-açúcar assim como por caracterizar parte da variabilidade dos genótipos ancestrais. / Sugarcane is C4 grass whose main characteristic is the accumulation of high concentrations of sucrose in its stem. Commercial varieties are derived from crosses between S. officinarum, which has thick culms with high sugar content, and S. spontaneum, which has thin fibrous culms, with low sugar content, but presents high tillering and stress tolerance. The development of cellulosic bioethanol technology, on which the bagasse is used to produce bioethanol, has raised the interest to produce the energy cane, which has high fiber content and biomass yield instead of sucrose. For this purpose, it is important to obtain knowledge on the regulatory pathways of the biosynthesis of the cell wall, the main component of plant biomass. Still, commercial varieties have a narrow genetic basis and this could be one of the reasons for the reduction on yield gains that has been noticed for new varieties released. This shows the importance to return to ancestor genotypes to identify genes that might be important for sugarcane improvement, as well as for energy cane development. The present work analyzed the transcriptome of three ancestor genotypes and two commercial hybrids, together with the characterization of morphophysiological traits. This approach allowed us to link gene expression pattern and phenotypes to identify genes and regulatory pathways that might be related to the mechanisms determining traits, such as yield, sugar and lignin content, especially genes related to chromatin structure regulation, cell wall metabolism and some transcription factors families. The expression of those genes showed a greater correlation to sucrose content than expression of sucrose metabolism genes itself. S. spontaneum is the genotype with the most distinct expression profile and phenotype, showing a biotechnological potential for biomass production. The integration of the results suggests that sucrose accumulation competes with lignin and the control of growth in younger internodes might be important in determining higher yield. In addition, full length cDNA library has been constructed and they showed 90% full length inserts confirmed. High-throughput sequencing revealed a large number of new and specific Saccharum transcripts, as well as a significant number of antisense transcripts and thousands of differentially expressed genes that might be related to, especially, the differences of stress tolerance of S. officinarum and S. spontaneum. These libraries provide a large platform for future studies to discover polymorphisms, splicing variants and alleles that might be important to genotype\'s traits. We also identify promoter sequences from cell wall-related genes and some candidates to be involved in this process; several of them showed conserved binding sites responsive to cell wall-related transcription factors, however, some differences were also identified, showing an evolutionary divergence among sugarcane and other species. Our data are important for advancing knowledge on cell wall-related pathways in sugarcane as well as for the characterization of genetic variability of ancestor genotypes.

A cana-de-açúcar é uma gramínea C4 cuja principal característica é o acúmulo de altas concentrações de sacarose no colmo. As variedades comerciais são derivadas de cruzamentos de S. officinarum, que possui colmos grossos com alto teor de açúcar, e S. spontaneum, que apresenta colmos finos, fibrosos, com baixo teor de açúcar, mas com maior perfilhamento e resistência a estresses. O desenvolvimento da tecnologia do bioetanol celulósico, no qual o bagaço é utilizado para produção de bioetanol, tem gerado o interesse no desenvolvimento da cana energia, que possui mais fibra e biomassa, porém menos sacarose. Para isso, é importante o entendimento das vias regulatórias de biossíntese de parede celular, principal constituinte da biomassa vegetal. Ainda, as variedades comerciais possuem uma base genética estreita, que pode ser um dos fatores responsáveis pela diminuição dos ganhos de produtividade que vem sendo observada a cada variedade lançada. Isso mostra a importância de se voltar aos genótipos ancestrais para identificar genes que possam ser importantes para o melhoramento da cana-de-açúcar, incluindo o desenvolvimento da cana energia. Assim, o presente trabalho analisou o transcriptoma de três genótipos ancestrais e dois híbridos comerciais, juntamente com a caracterização de dados morfo-fisiológicos. Essa abordagem permitiu ligar padrões de expressão gênica aos fenótipos e identificar genes e vias regulatórias que estão possivelmente relacionadas aos mecanismos que determinam características como produtividade, acúmulo de sacarose e lignina, principalmente genes de regulação da estrutura da cromatina, metabolismo de parede celular e algumas famílias de fatores de transcrição. A expressão desses genes apresentou maior correlação com acúmulo de sacarose do que a expressão dos próprios genes do metabolismo de sacarose. S. spontaneum foi o genótipo que apresentou perfil de expressão e fenótipos mais distintos, mostrando um potencial biotecnológico para produção de biomassa. A integração dos resultados sugere que o acúmulo de sacarose compete com o de lignina e que o controle do crescimento em entrenós mais jovens pode ser importante para a maior produtividade. Também foram construídas bibliotecas de cDNA full length e estas apresentaram 90% de insertos completos. O sequenciamento dessas bibliotecas revelou uma grande quantidade de transcritos novos e específicos do gênero Saccharum, juntamente com um número significativo de transcritos antissense e milhares de genes diferencialmente expressos que podem estar associados, principalmente, às diferenças de resistência a estresses de S. officinarum e S. spontaneum. Essas bibliotecas fornecem uma grande plataforma para estudos posteriores para descoberta de polimorfismos, splicing alternativo e alelos que possam ser importantes nas características dos genótipos. Ainda, foram identificadas sequências promotoras de genes do metabolismo de parede celular e de alguns candidatos a estarem envolvidos nesse processo; vários apresentaram sítios de ligação conservados responsivos a fatores de transcrição da biossíntese de parede celular, mas algumas diferenças importantes foram identificadas, evidenciando divergências evolutivas entre cana-de-açúcar e outras espécies. Nossos dados mostram-se importantes por avançar no entendimento das vias envolvidas no metabolismo de parede celular em cana-de-açúcar assim como por caracterizar parte da variabilidade dos genótipos ancestrais. / Sugarcane is C4 grass whose main characteristic is the accumulation of high concentrations of sucrose in its stem. Commercial varieties are derived from crosses between S. officinarum, which has thick culms with high sugar content, and S. spontaneum, which has thin fibrous culms, with low sugar content, but presents high tillering and stress tolerance. The development of cellulosic bioethanol technology, on which the bagasse is used to produce bioethanol, has raised the interest to produce the energy cane, which has high fiber content and biomass yield instead of sucrose. For this purpose, it is important to obtain knowledge on the regulatory pathways of the biosynthesis of the cell wall, the main component of plant biomass. Still, commercial varieties have a narrow genetic basis and this could be one of the reasons for the reduction on yield gains that has been noticed for new varieties released. This shows the importance to return to ancestor genotypes to identify genes that might be important for sugarcane improvement, as well as for energy cane development. The present work analyzed the transcriptome of three ancestor genotypes and two commercial hybrids, together with the characterization of morphophysiological traits. This approach allowed us to link gene expression pattern and phenotypes to identify genes and regulatory pathways that might be related to the mechanisms determining traits, such as yield, sugar and lignin content, especially genes related to chromatin structure regulation, cell wall metabolism and some transcription factors families. The expression of those genes showed a greater correlation to sucrose content than expression of sucrose metabolism genes itself. S. spontaneum is the genotype with the most distinct expression profile and phenotype, showing a biotechnological potential for biomass production. The integration of the results suggests that sucrose accumulation competes with lignin and the control of growth in younger internodes might be important in determining higher yield. In addition, full length cDNA library has been constructed and they showed 90% full length inserts confirmed. High-throughput sequencing revealed a large number of new and specific Saccharum transcripts, as well as a significant number of antisense transcripts and thousands of differentially expressed genes that might be related to, especially, the differences of stress tolerance of S. officinarum and S. spontaneum. These libraries provide a large platform for future studies to discover polymorphisms, splicing variants and alleles that might be important to genotype\'s traits. We also identify promoter sequences from cell wall-related genes and some candidates to be involved in this process; several of them showed conserved binding sites responsive to cell wall-related transcription factors, however, some differences were also identified, showing an evolutionary divergence among sugarcane and other species. Our data are important for advancing knowledge on cell wall-related pathways in sugarcane as well as for the characterization of genetic variability of ancestor genotypes.

A cana-de-açúcar, uma das maiores culturas agrícolas no mundo, é uma antiga fonte de energia para os seres humanos e mais recentemente, tem sido utilizada como fonte para a produção de etanol. Em estudos moleculares sobre a cana-de-açúcar, sua complexidade genética e o fato de seu genoma não estar completamente sequenciado, dificultam a análise dos proteomas de seus diferentes tecidos. Recentemente, em um estudo de um grupo brasileiro sobre os transcriptomas de vários tecidos de cana-de-açúcar, 17.563 transcritos completos foram sequenciados, os quais correspondem a aproximadamente 53% do genoma predito desta planta. Entretanto, sabe-se que o conteúdo de mRNA nem sempre se correlaciona diretamente com os níveis de expressão de proteínas. Dessa forma, a caracterização do proteoma é importante para identificar as proteínas que são de fato expressas, em complementaridade aos estudos sobre o genoma, e fornece informação preditiva sobre a composição do proteoma de diferentes cultivares. Entretanto, estudos sobre folhas de cana-de-açúcar são raros. Neste estudo, com o objetivo de caracterizar o proteoma de folhas +1 de cana-de-açúcar, foram selecionadas duas espécies ancestrais (Saccharum officinarum [S. off] e S. spontaneum [S. sp]) e uma cultivar híbrida (SP80-3280 [SP]), as quais diferem-se na capacidade de produção de sacarose e na resistência a patógenos. A análise de parâmetros fisiológicos (taxa de fotossíntese, condutância estomática, taxa de transpiração e eficiência no uso de água), em folhas de 12 meses revelaram que em S. off e SP existe uma relação melhor entre o número de moléculas de água perdidas na transpiração e o número de moléculas de CO2 assimiladas na fotossíntese do que em S. sp. Os mesmos parâmetros foram avaliados em folhas +1 de SP com 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento e revelaram o papel dos estômatos na manutenção do potencial hídrico das folhas, atuando na modulação da taxa de respiração em resposta às mudanças ambientais, entretanto sem induzir alterações drásticas na taxa de fotossíntese, no período avaliado neste estudo. Com o objetivo de obter proteínas em condições ótimas para análise proteômica, foram testados diferentes métodos de extração de proteínas, que foram avaliados quanto ao rendimento e perfil eletroforético das proteínas extraídas, e selecionado um protocolo que utiliza uma combinação de fenol e dodecil sulfato de sódio para este estudo. Para caracterizar e comparar os proteomas de folhas +1 de S. off, S. sp e SP, foram utilizadas as abordagens proteômicas Shotgun/bottom-up, GeLC-MS/MS e Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) (off-line e \"on-line\"), e as plataformas MaxQuant e Perseus, como ferramentas de bioinformática para análise dos dados. Os dados obtidos por meio destas abordagens foram combinados e resultaram na identificação de 5.825 grupos de proteínas em folhas +1 de S. off, S. sp e SP, e a análise de enriquecimento de termos pelo Gene Ontology destacou a natureza fotossintética desses proteomas, além da representatividade de organelas envolvidas em processos de fotossíntese e metabolismo de carbono. A análise quantitativa comparativa dos 1.060 grupos de proteínas identificados por meio da abordagem Shotgun/bottom-up revelou que 120 proteínas encontravam-se diferencialmente expressas em folhas de S. off, S. sp e SP, e destas, aquelas que mostraram diferença em abundância de pelo menos quatro vezes, são relacionadas com processos biológicos envolvidos com os estresses biótico e abiótico (resposta a outros organismos, resposta ao íon cádmio, defesa contra fungos e defesa ao estresse oxidativo). Para a análise da variação ontogenética no proteoma de folhas +1 de SP (de 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento) foi aplicada a abordagem Shotgun/bottom-up, que resultou na identificação de 5.780 peptídeos, correspondendo a 1.615 grupos de proteínas únicos. Sessenta e cinco proteínas foram identificadas com abundância diferencial entre as amostras, e a análise de agrupamento hierárquico revelou que as folhas de 13 meses mostraram um perfil mais distinto, enquanto que as outras formaram um grupo separado. A caracterização dos fosfoproteomas de folhas +1 de S. off, S. sp e SP utilizando a abordagem Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) como método de enriquecimento de fosfopeptídeos, e identificação por LC-MS/MS, resultou na identificação de 633 fosfopeptídeos únicos em 515 proteínas. A caracterização dos fosfoproteomas de folhas +1 de SP (de 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento) utilizando a abordagens IMAC e Hydroxy Acid-Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) como métodos de enriquecimento de fosfopetídeos, e identificação por LC-MS/MS, resultou na identificação de 558 fosfopeptídeos únicos em 413 proteínas. Em ambas análises, foram identificadas várias proteínas quinases fosforiladas, e de forma geral, a análise de enriquecimento de termos pelo Gene Ontology revelou o núcleo e o citoplasma, entre os componentes celulares, e a regulação da transcrição, a resposta ao estresse abiótico e a glicólise, entre os processos biológicos, como os termos mais enriquecidos. Este é o primeiro estudo objetivando a caracterização dos proteomas totais de folhas de cultivares e genótipos de cana-de-açúcar no Brasil, e seus resultados representam um significante esforço para o uso de diferentes abordagens de proteômica para aprofundar o conhecimento sobre os complexos processos fisiológicos que modulam o crescimento e a performance em cana-de-açúcar / Sugarcane, one of the major crops worldwide, is an old energy source for humans and, more recently, has been used as a source for ethanol production. In sugarcane molecular studies, its complex genetic background and the lack of a complete genome sequencing hinder the analysis of proteomes of different tissues. Recently, in a Brazilian research study focused on the transcriptomes of different sugarcane tissues, 17,563 full-length transcripts were sequenced and covered approximately 53% of the predicted sugarcane genome. However, it is known that mRNA levels are not always directly correlated with protein expression levels. Therefore, the study of the sugarcane proteome is important to identify proteins that are actually expressed, complementing the genome studies, and provides predictive information on the proteome composition of different cultivars. However, studies on sugarcane leaves are rare. In this study, with the aim of characterizing the proteome of sugarcane +1 leaves, we selected two ancestral species (Saccharum officinarum [S. off] and S. spontaneum[S. sp]), and a hybrid cultivar (SP80-3280 [SP]), which differ in sucrose production and pathogen resistance. The analysis of physiological parameters (photosynthesis rate, stomatal conductance, transpiration and efficiency in water use) of 12 month-old +1 leaves revealed that in S. off and SP there is a better relationship between the number of H2O molecules lost by transpiration and the number of CO2 molecules assimilated upon photosynthesis than in S. sp. The same parameters were evaluated in +1 leaves of SP upon 4, 8, 11 and 13 months of growth and revealed the role of stomata in the maintenance of leaf water potential, acting in the modulation of the transpiration rate in response to environmental changes, however without inducing drastic changes in the photosynthesis rate, during the period evaluated in this study. In order to obtain proteins in optimal conditions for proteomic analysis, we carried out different protein extraction methods and evaluated the yield and electrophoretic profiles of extracted proteins, and selected a protocol using a combination of phenol and sodium dodecyl sulfate to carry out this study. To characterize and compare the +1 leaf proteomes of S. off, S. sp and SP we used Shotgun/bottom-up, GeLC-MS/MS and Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) (off-line and \"on-line\") as proteomic approaches, and the software MaxQuant and Perseus as bioinformatic tools for data analysis. The combined results of these approaches allowed for the identification of 5,825 protein groups in +1 leaves of S. off, S. sp and SP, and the Gene Ontology enrichment analysis highlighted the photosynthetic nature of these proteomes, along with high representativeness of organeles involved in the processes of photosynthesis and carbon metabolism. The comparative quantitative analysis of 1,060 protein groups identified using the Shotgun/bottom-up approach revealed that 120 proteins were differentially expressed in +1 leaves of S. off, S. sp and SP, and of these, those that showed at least a 4-fold change are related to biological processes involved in both abiotic and biotic stress (response to other organism, response to cadmium ion, defense response to fungus, and defense to oxidative stress). For the analysis of the ontogenetic variation in the proteome of +1 leaves of SP (of 4, 8, 11 and 13 months old plants) the Shotgun/bottom-up proteomic approach was employed and resulted in the identification of a total of 5,780 peptides corresponding to 1,615 unique protein groups. Sixty five proteins were identified as differentially abundant between the samples and a hierarchical cluster analysis revealed that the 13 months-old leaves showed the most distinct profile, while the others clustered together. The characterization of the phosphoproteomes of +1 leaves of S. off, S. sp and SP using Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) as an enrichment method for phosphopeptides, and LC-MS/MS analysis, resulted in the identification of 633 unique phosphopeptides in 515 proteins. The characterization of the phosphoproteome of +1 leaves of SP (of 4, 8, 11 and 13 months old plants) using IMAC and Hydroxy Acid-Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) as enrichment methods for phosphopeptides, and LC-MS/MS analysis, resulted in the identification of 558 unique phosphopeptides in 413 proteins. In both analyses various phosphorylated kinases were identified, and the overall Gene Ontology enrichment analysis showed as most enriched terms nucleus and cytoplasm, as cellular components, and regulation of transcription, response to abiotic stress and glycolysis in biological process. This is the first study to characterize the whole proteome of leaves from sugarcane cultivars and genotypes in Brazil, and its results constitute a significant effort to use different proteomic approaches to advance the knowledge on the complex physiological processes modulating sugarcane growth and performance

A cana-de-açúcar, uma das maiores culturas agrícolas no mundo, é uma antiga fonte de energia para os seres humanos e mais recentemente, tem sido utilizada como fonte para a produção de etanol. Em estudos moleculares sobre a cana-de-açúcar, sua complexidade genética e o fato de seu genoma não estar completamente sequenciado, dificultam a análise dos proteomas de seus diferentes tecidos. Recentemente, em um estudo de um grupo brasileiro sobre os transcriptomas de vários tecidos de cana-de-açúcar, 17.563 transcritos completos foram sequenciados, os quais correspondem a aproximadamente 53% do genoma predito desta planta. Entretanto, sabe-se que o conteúdo de mRNA nem sempre se correlaciona diretamente com os níveis de expressão de proteínas. Dessa forma, a caracterização do proteoma é importante para identificar as proteínas que são de fato expressas, em complementaridade aos estudos sobre o genoma, e fornece informação preditiva sobre a composição do proteoma de diferentes cultivares. Entretanto, estudos sobre folhas de cana-de-açúcar são raros. Neste estudo, com o objetivo de caracterizar o proteoma de folhas +1 de cana-de-açúcar, foram selecionadas duas espécies ancestrais (Saccharum officinarum [S. off] e S. spontaneum [S. sp]) e uma cultivar híbrida (SP80-3280 [SP]), as quais diferem-se na capacidade de produção de sacarose e na resistência a patógenos. A análise de parâmetros fisiológicos (taxa de fotossíntese, condutância estomática, taxa de transpiração e eficiência no uso de água), em folhas de 12 meses revelaram que em S. off e SP existe uma relação melhor entre o número de moléculas de água perdidas na transpiração e o número de moléculas de CO2 assimiladas na fotossíntese do que em S. sp. Os mesmos parâmetros foram avaliados em folhas +1 de SP com 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento e revelaram o papel dos estômatos na manutenção do potencial hídrico das folhas, atuando na modulação da taxa de respiração em resposta às mudanças ambientais, entretanto sem induzir alterações drásticas na taxa de fotossíntese, no período avaliado neste estudo. Com o objetivo de obter proteínas em condições ótimas para análise proteômica, foram testados diferentes métodos de extração de proteínas, que foram avaliados quanto ao rendimento e perfil eletroforético das proteínas extraídas, e selecionado um protocolo que utiliza uma combinação de fenol e dodecil sulfato de sódio para este estudo. Para caracterizar e comparar os proteomas de folhas +1 de S. off, S. sp e SP, foram utilizadas as abordagens proteômicas Shotgun/bottom-up, GeLC-MS/MS e Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) (off-line e \"on-line\"), e as plataformas MaxQuant e Perseus, como ferramentas de bioinformática para análise dos dados. Os dados obtidos por meio destas abordagens foram combinados e resultaram na identificação de 5.825 grupos de proteínas em folhas +1 de S. off, S. sp e SP, e a análise de enriquecimento de termos pelo Gene Ontology destacou a natureza fotossintética desses proteomas, além da representatividade de organelas envolvidas em processos de fotossíntese e metabolismo de carbono. A análise quantitativa comparativa dos 1.060 grupos de proteínas identificados por meio da abordagem Shotgun/bottom-up revelou que 120 proteínas encontravam-se diferencialmente expressas em folhas de S. off, S. sp e SP, e destas, aquelas que mostraram diferença em abundância de pelo menos quatro vezes, são relacionadas com processos biológicos envolvidos com os estresses biótico e abiótico (resposta a outros organismos, resposta ao íon cádmio, defesa contra fungos e defesa ao estresse oxidativo). Para a análise da variação ontogenética no proteoma de folhas +1 de SP (de 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento) foi aplicada a abordagem Shotgun/bottom-up, que resultou na identificação de 5.780 peptídeos, correspondendo a 1.615 grupos de proteínas únicos. Sessenta e cinco proteínas foram identificadas com abundância diferencial entre as amostras, e a análise de agrupamento hierárquico revelou que as folhas de 13 meses mostraram um perfil mais distinto, enquanto que as outras formaram um grupo separado. A caracterização dos fosfoproteomas de folhas +1 de S. off, S. sp e SP utilizando a abordagem Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) como método de enriquecimento de fosfopeptídeos, e identificação por LC-MS/MS, resultou na identificação de 633 fosfopeptídeos únicos em 515 proteínas. A caracterização dos fosfoproteomas de folhas +1 de SP (de 4, 8, 11 e 13 meses de crescimento) utilizando a abordagens IMAC e Hydroxy Acid-Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) como métodos de enriquecimento de fosfopetídeos, e identificação por LC-MS/MS, resultou na identificação de 558 fosfopeptídeos únicos em 413 proteínas. Em ambas análises, foram identificadas várias proteínas quinases fosforiladas, e de forma geral, a análise de enriquecimento de termos pelo Gene Ontology revelou o núcleo e o citoplasma, entre os componentes celulares, e a regulação da transcrição, a resposta ao estresse abiótico e a glicólise, entre os processos biológicos, como os termos mais enriquecidos. Este é o primeiro estudo objetivando a caracterização dos proteomas totais de folhas de cultivares e genótipos de cana-de-açúcar no Brasil, e seus resultados representam um significante esforço para o uso de diferentes abordagens de proteômica para aprofundar o conhecimento sobre os complexos processos fisiológicos que modulam o crescimento e a performance em cana-de-açúcar / Sugarcane, one of the major crops worldwide, is an old energy source for humans and, more recently, has been used as a source for ethanol production. In sugarcane molecular studies, its complex genetic background and the lack of a complete genome sequencing hinder the analysis of proteomes of different tissues. Recently, in a Brazilian research study focused on the transcriptomes of different sugarcane tissues, 17,563 full-length transcripts were sequenced and covered approximately 53% of the predicted sugarcane genome. However, it is known that mRNA levels are not always directly correlated with protein expression levels. Therefore, the study of the sugarcane proteome is important to identify proteins that are actually expressed, complementing the genome studies, and provides predictive information on the proteome composition of different cultivars. However, studies on sugarcane leaves are rare. In this study, with the aim of characterizing the proteome of sugarcane +1 leaves, we selected two ancestral species (Saccharum officinarum [S. off] and S. spontaneum[S. sp]), and a hybrid cultivar (SP80-3280 [SP]), which differ in sucrose production and pathogen resistance. The analysis of physiological parameters (photosynthesis rate, stomatal conductance, transpiration and efficiency in water use) of 12 month-old +1 leaves revealed that in S. off and SP there is a better relationship between the number of H2O molecules lost by transpiration and the number of CO2 molecules assimilated upon photosynthesis than in S. sp. The same parameters were evaluated in +1 leaves of SP upon 4, 8, 11 and 13 months of growth and revealed the role of stomata in the maintenance of leaf water potential, acting in the modulation of the transpiration rate in response to environmental changes, however without inducing drastic changes in the photosynthesis rate, during the period evaluated in this study. In order to obtain proteins in optimal conditions for proteomic analysis, we carried out different protein extraction methods and evaluated the yield and electrophoretic profiles of extracted proteins, and selected a protocol using a combination of phenol and sodium dodecyl sulfate to carry out this study. To characterize and compare the +1 leaf proteomes of S. off, S. sp and SP we used Shotgun/bottom-up, GeLC-MS/MS and Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) (off-line and \"on-line\") as proteomic approaches, and the software MaxQuant and Perseus as bioinformatic tools for data analysis. The combined results of these approaches allowed for the identification of 5,825 protein groups in +1 leaves of S. off, S. sp and SP, and the Gene Ontology enrichment analysis highlighted the photosynthetic nature of these proteomes, along with high representativeness of organeles involved in the processes of photosynthesis and carbon metabolism. The comparative quantitative analysis of 1,060 protein groups identified using the Shotgun/bottom-up approach revealed that 120 proteins were differentially expressed in +1 leaves of S. off, S. sp and SP, and of these, those that showed at least a 4-fold change are related to biological processes involved in both abiotic and biotic stress (response to other organism, response to cadmium ion, defense response to fungus, and defense to oxidative stress). For the analysis of the ontogenetic variation in the proteome of +1 leaves of SP (of 4, 8, 11 and 13 months old plants) the Shotgun/bottom-up proteomic approach was employed and resulted in the identification of a total of 5,780 peptides corresponding to 1,615 unique protein groups. Sixty five proteins were identified as differentially abundant between the samples and a hierarchical cluster analysis revealed that the 13 months-old leaves showed the most distinct profile, while the others clustered together. The characterization of the phosphoproteomes of +1 leaves of S. off, S. sp and SP using Immobilized Metal Affinity Chromatography (IMAC) as an enrichment method for phosphopeptides, and LC-MS/MS analysis, resulted in the identification of 633 unique phosphopeptides in 515 proteins. The characterization of the phosphoproteome of +1 leaves of SP (of 4, 8, 11 and 13 months old plants) using IMAC and Hydroxy Acid-Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) as enrichment methods for phosphopeptides, and LC-MS/MS analysis, resulted in the identification of 558 unique phosphopeptides in 413 proteins. In both analyses various phosphorylated kinases were identified, and the overall Gene Ontology enrichment analysis showed as most enriched terms nucleus and cytoplasm, as cellular components, and regulation of transcription, response to abiotic stress and glycolysis in biological process. This is the first study to characterize the whole proteome of leaves from sugarcane cultivars and genotypes in Brazil, and its results constitute a significant effort to use different proteomic approaches to advance the knowledge on the complex physiological processes modulating sugarcane growth and performance

Plants of the genus Saccharum (sugarcane), focus of this study, are the most versatile plant species domesticated by man, Is the great possibilities of using these or its adaptability, after its domestication and evolution of genetical enhancement. The present study was to evaluate morphophysiological responsesof of sugar cane and energy cane genotypes Submitted to water restriction in the initial phase of growth. The experiment was conducted in a greenhouse of Plant Physiology department of the Academic Unit of Agricultural Sciences Center, Campus Delza Gitai, the Federal University of Alagoas, located in Rio Largo city (09 ° 28 'S, 35 ° 49' W and 127 m altitude), State Alagoas. The experimental design consisted of randomized blocks (DBC), composed of five replicates in a factorial arrangement of 6 x 2, totaling 60 installments, consisting of six genotypes of sugarcane (RB29579, RB867515, RB11999, RB330, IN8484, IN8272) subjected to two levels of water stress: no stress (soil with 100% of field capacity (FC)) and water stress (50% DC), tax at 78 days after planting (DAP). We evaluated the growth of plants, leaf water potential (Ψw) and spad index. At the end of the experiment (112 DAP) plants were collected to determine the dry mass, growth rates, Physiological indices and biochemical analyzes. There was genotypic variation in the morphophysiological responses of sugarcane to the water deficit. The genotypes of sugarcane and energy cane presented Different behavior in response to water restriction for plant height and accumulation of dry mass in the aerial part. The variety RB867515 presented greater tolerance to the oxidative stress induced by the water deficit in relation to the others. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / As plantas do gênero Saccharum (cana-de-açúcar), foco deste estudo, são as espécies vegetais mais versáteis dentre aquelas domesticadas pelo homem, seja pela grande gama de possibilidades de utilização destas e/ou pela sua capacidade de adaptação, após a sua domesticação e/ou evolução do melhoramento genético. O presente trabalho foi desenvolvido como objetivo de avaliar respostas morfofisiológicas de genótipos de cana-de-açúcar e cana energia submetidas à restrição hídrica na fase inicial de crescimento. O experimento foi conduzido na casa-de-vegetação do setor de Fisiologia Vegetal da Unidade Acadêmica Centro de Ciências Agrárias, Campus Delza Gitaí, da Universidade Federal de Alagoas, localizada no município de Rio Largo (09° 28’ S, 35° 49’ W e 127 m de altitude), Estado de Alagoas. Foi utilizado o delineamento em blocos casualizado (DBC), composto por cinco repetições em arranjo fatorial 6 x 2, totalizando 60 parcelas, constituído de seis genótipos de cana, (RB29579, RB867515, RB11999, RB330, IN8484 e IN8272) submetido a dois níveis de estresse hídrico: sem estresse (solo com 100% da capacidade de campo (CC) e com estresse hídrico (50% da CC), imposto aos 78 dias após o plantio ( DAP). Foram avaliados o crescimento de plantas, potencial hídrico foliar (Ψw) e índice spad. Ao final do experimento (112 DAP) as plantas foram coletadas para determinação da massa seca, taxas de crescimento, índices fisiolóagicos e análises bioquímicas. Houve variação genotípica nas respostas morfofisiológicas da cana ao déficit hídrico. Os genótipos de cana-de-açúcar e cana energia apresentaram comportamento diferente em resposta à restrição hídrica para altura de plantas e acumulo de massa seca na parte aérea. A variedade RB867515 apresentou maior tolerância ao estresse oxidativo induzido pelo déficit hídrico em relação as demais.