A cana-de-açúcar (Saccharum spp.), por acumular sacarose em altas concentrações tem sido o foco de diversas pesquisas bioquímicas e fisiológicas. A relação entre a atividade fotossintética do tecido fonte da folha e o acúmulo de sacarose no órgão dreno, o colmo, ainda não é bem compreendida. Em estudos prévios observou-se que a atividade fotossintética declina durante a maturação do colmo em cultivares comerciais. As folhas de cana-de-açúcar aparentam possuir a capacidade de aumentar o fornecimento de açúcares para o colmo sob condições de aumento da demanda. E ainda, em plantas superiores, o açúcar tem um importante papel no controle do crescimento e desenvolvimento, no entanto, as vias de sinalização e seus correspondentes mecanismos moleculares e metabólicos, ainda estão sendo decifrados. Porém, as informações a respeito da regulação por açúcares são escassas em cana-de-açúcar. Assim, para compreender os mecanismos relacionados ao acúmulo de sacarose e os mecanismos metabólicos de sinalização de açúcares e análogos, realizou-se ensaios de sinalização exógena de açúcares, acompanhando as alterações do transcriptôma e metabolôma, de modo a relacionar essas informações para obtermos uma visão de biologia sistêmica. A partir deste estudo foi possível identificar relações entre a sinalização de açúcares e seus homólogos, o desenvolvimento da cana-de-açúcar e as diversas vias em que estes podem atuar, tais como; glicólise, transportadores de açúcares, genes sinalizadores, metabolismo de sacarose e trealose. No que se refere ao desenvolvimento da planta, notou-se diferenças temporais na maneira pela qual os açúcares são reconhecidos, podendo estar relacionado às alterações de papel da folha (dreno-fonte) ao longo do desenvolvimento. Observou-se uma sensibilidade maior aos 12 meses, do que aos 4 meses, tanto para a ação dos açúcares quanto para o efeito osmótico, em que houveram maiores alterações no perfil de expressão gênica e na quantidade de metabólitos diferenciais. No entanto, as respostas de alterações de expressão e concentração de metabólitos aparentam ser opostas. E ainda, a concentração ótima de açúcar para desencadear uma sinalização positiva, deve ser posteriormente investigada. / Sugarcane (Saccharum spp.), due the capacity of sucrose accumulation in high concentrations has been the focus in diverse biochemical and physiological studies. The relationship between leaf photosynthesis and sugar accumulation in the sink organ, the culm, is still not fully understood. In previous studies it has been observed that photosynthesis declines during culm maturation in commercial cultivars. Sugarcane leaves appears to posess the capacity to increase the sugars supply at the culm under increased conditions demand. In higher plants, sugar has an important role controlling growth and development, however, the signaling networks and their molecular and metabolic components are still not fully understood. To understand the mechanisms related to sugar accumulation and the metabolic mechanisms of sugar signaling, exogenous sugar signaling assays were performed. Followed by transcriptomics and metabolomics analyzes using a systems biology approach. Through this study it was possible to identify the relationship between the sugars and homologues signaling, the sugarcane development and the diverse pathways where they can act, such as glicolysis, sugar transporters, signaling genes, sucrose and trehalose metabolism. At the plant development, it was possible to notice time differences on the way the sugars were recognized, what can be related to the changing leaf roles, (sink-source) through the development. Also a higher sensitivity at 12 months than 4 months, as for the sugar signaling action or as the osmotic effect was observed, which presented higher expression profile and metabolic amount alteration. However the gene expression and metabolic responses seems to be opposite. Still, an optimal sugar concentration to develop a positive signaling should be forward investigated.

A cana-de-açúcar (Saccharum spp.), por acumular sacarose em altas concentrações tem sido o foco de diversas pesquisas bioquímicas e fisiológicas. A relação entre a atividade fotossintética do tecido fonte da folha e o acúmulo de sacarose no órgão dreno, o colmo, ainda não é bem compreendida. Em estudos prévios observou-se que a atividade fotossintética declina durante a maturação do colmo em cultivares comerciais. As folhas de cana-de-açúcar aparentam possuir a capacidade de aumentar o fornecimento de açúcares para o colmo sob condições de aumento da demanda. E ainda, em plantas superiores, o açúcar tem um importante papel no controle do crescimento e desenvolvimento, no entanto, as vias de sinalização e seus correspondentes mecanismos moleculares e metabólicos, ainda estão sendo decifrados. Porém, as informações a respeito da regulação por açúcares são escassas em cana-de-açúcar. Assim, para compreender os mecanismos relacionados ao acúmulo de sacarose e os mecanismos metabólicos de sinalização de açúcares e análogos, realizou-se ensaios de sinalização exógena de açúcares, acompanhando as alterações do transcriptôma e metabolôma, de modo a relacionar essas informações para obtermos uma visão de biologia sistêmica. A partir deste estudo foi possível identificar relações entre a sinalização de açúcares e seus homólogos, o desenvolvimento da cana-de-açúcar e as diversas vias em que estes podem atuar, tais como; glicólise, transportadores de açúcares, genes sinalizadores, metabolismo de sacarose e trealose. No que se refere ao desenvolvimento da planta, notou-se diferenças temporais na maneira pela qual os açúcares são reconhecidos, podendo estar relacionado às alterações de papel da folha (dreno-fonte) ao longo do desenvolvimento. Observou-se uma sensibilidade maior aos 12 meses, do que aos 4 meses, tanto para a ação dos açúcares quanto para o efeito osmótico, em que houveram maiores alterações no perfil de expressão gênica e na quantidade de metabólitos diferenciais. No entanto, as respostas de alterações de expressão e concentração de metabólitos aparentam ser opostas. E ainda, a concentração ótima de açúcar para desencadear uma sinalização positiva, deve ser posteriormente investigada. / Sugarcane (Saccharum spp.), due the capacity of sucrose accumulation in high concentrations has been the focus in diverse biochemical and physiological studies. The relationship between leaf photosynthesis and sugar accumulation in the sink organ, the culm, is still not fully understood. In previous studies it has been observed that photosynthesis declines during culm maturation in commercial cultivars. Sugarcane leaves appears to posess the capacity to increase the sugars supply at the culm under increased conditions demand. In higher plants, sugar has an important role controlling growth and development, however, the signaling networks and their molecular and metabolic components are still not fully understood. To understand the mechanisms related to sugar accumulation and the metabolic mechanisms of sugar signaling, exogenous sugar signaling assays were performed. Followed by transcriptomics and metabolomics analyzes using a systems biology approach. Through this study it was possible to identify the relationship between the sugars and homologues signaling, the sugarcane development and the diverse pathways where they can act, such as glicolysis, sugar transporters, signaling genes, sucrose and trehalose metabolism. At the plant development, it was possible to notice time differences on the way the sugars were recognized, what can be related to the changing leaf roles, (sink-source) through the development. Also a higher sensitivity at 12 months than 4 months, as for the sugar signaling action or as the osmotic effect was observed, which presented higher expression profile and metabolic amount alteration. However the gene expression and metabolic responses seems to be opposite. Still, an optimal sugar concentration to develop a positive signaling should be forward investigated.

Since a proper balance between anabolic and catabolic reactions is essential for all eukaryotes, the basic mechanisms for regulation of the energy and carbon metabolism have been conserved throughout evolution. The moss Physcomitrella patens, which belongs to one of the basal clades among land plants, has many unique properties that make it an excellent plant model system. We have used a yeast two-hybrid system to identify novel possible regulators or targets of the moss Snf1-related kinases, previously shown to regulate energy homeostasis. The function of the identified interactors PpSki1 and PpSki2 was analyzed in order to better understand the biological role of plant Snf1-related kinases. The recently completed genome sequence of Physcomitrella was used in a comparative approach to study to what extent key enzyme and gene families involved in transport and metabolism of sugars and in regulation of the energy and carbon metabolism are conserved between mosses and vascular plants. It has long been known that transformed DNA can replicate episomally in Physcomitrella. We have now shown that such DNA can be rescued back into E. coli. Surprisingly, we found that the original plasmid can be recovered from moss transformants obtained with circular DNA. Plasmids rescued from transformants obtained with linearized DNA had been repaired either by homologous recombination or by cohesive end re-ligation. These findings suggest that methods using shuttle plasmids are feasible in Physcomitrella. Hexokinase, a key enzyme in the carbon metabolism, catalyzes the first step in hexose metabolism, but is also involved in sugar sensing and signaling. We have now made an initial characterization of the complete hexokinase family in Physcomitrella which is encoded by 11 genes. Two new types of plant hexokinases, types C and D, were found in addition to the previously described types A and B.