The growing world demand for renewable energy production in substitution of fossil fuels has given great prominence in the culture of sugarcane (Saccharum sp.). This has been considered the most efficient crop for energy production, as Brazil being the world's largest producer, with a production of 655.6 million tons in 2015/2016 harvest in an area of 8.5 million hectares. One of the major obstacles to the production of sugarcane is still the attack by pest and estimates that about 10% of the crop losses are caused by insects, being a sugarcane borer (Diatraea Saccharalis) the most importante pest. The plants, during its evolution, to reduce the damages caused by the attack of pests, they have developed a series of defense mechanisms, among them, physical barriers, proteins and toxic metabolites and volatile metabolic flags. Many works have been developed to decipher the mechanisms of defense of sugarcane to the attack of herbivorous insects, an attempt of genetic breeding programs and information biotechnology for the development of more resistant plants, however, many of the mechanisms still remain to be clarified. These works are mostly restricted to the study of genes and proteins and global studies of transcript and proteome analyzes of the plant. The current work proposes to perform an analysis of the metabolism of two varieties of sugarcane (RB92579 and SP791011) through direct and indirect extraction methods in response to herbivory by Diatraea saccharalis using NMR spectroscopy and multivariate statistical analysis from data by principal component analysis (PCA) and least squares analysis of discrimination (OPLS-DA). In the metabolomic analysis of sugarcane of the variety RB92579 was studied using the direct extraction method (leaves) in the 4 herbivory times (24, 48, 72 and 96 hours), only after 48, 72 and 96 hours of stress by herbivory, it was possible to get differences between the control groups and herbivore groups, which the greater timing of response was obtained in 72 hours, that indicated the increase of the primary metabolites asparagine, aspartic acid, dimethylamine, glutamic acid , isoleucine, leucine, malic acid, tyrosine and phenylalanine. The variety of sugarcane SP791011, the method of indirect extraction of the leaves of the plant was applied in times 24, 48 and 72 hours by stress induced by caterpillars of Diatraea saccharalis and, coincidentally, showed in the time 72 hours a greater number of herbivory response metabolites, which caused a depletion of aconitic acid, formic acid, asparagine, alanine and elevation of acetic acid and chlorogenic acid. Despite their different metabolic profiles in response to herbivory, the elucidated metabolites suggest the metabolic pathway of shikimic acid to produce phenylpropanoids due to the increase of tyrosine, phenylalanine in the leaves of the sugarcane variety RB92579, and increase of chlorogenic acid in the leaves of the cane. In addition to the herbivory test, it was carried out a biological assay with chlorogenic acid inserted in the artificial diet of Diatraea saccharalis caterpillars, which demonstrated a decrease in the development time of the pupae comparing with pupae of Caterpillars Control, which caused an outbreak of moths with deformations at all concentrations of chlorogenic acid used in the bioassay. These results may help in the development of sugarcane varieties more resistant to the attack by Diatraea Saccharalis. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A crescente demanda mundial para a produção de energias renováveis em substituição aos combustíveis fósseis tem dado grande destaque à cultura da cana-de-açúcar (Saccharum sp.). Esta tem sido considerada a cultura mais eficiente para a produção de energia, tendo o Brasil como o maior produtor mundial, com uma produção de 655,6 milhões de toneladas na safra 2015/2016 em uma área de 8,5 milhões de hectares. Um dos grandes entraves à produção de cana-de-açúcar ainda é o ataque de pragas e doenças e estima-se que cerca de 10% das perdas para esta cultura sejam ocasionadas por insetos, sendo a broca da cana-de-açúcar (Diatraea saccharalis) a praga mais importante. As plantas, durante a evolução, para reduzir os danos causados pelo ataque de pragas, têm desenvolvido uma série de mecanismos de defesa, dentre eles, barreiras físicas, proteínas, metabólitos tóxicos e metabólitos voláteis sinalizadores. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos para decifrar os mecanismos de defesa da cana-de-açúcar ao ataque de insetos herbívoros, na tentativa de subsidiar programas de melhoramento genético e a biotecnologia de informação para o desenvolvimento de plantas mais resistentes, porém, muitos destes mecanismos ainda permanecem a ser esclarecidos. Estes trabalhos, em sua maioria, estão restritos ao estudo de genes e proteínas e a estudos globais de análises dos transcritos e do proteoma da planta. O presente trabalho propõe realizar a análise do metaboloma de duas variedades de cana-de-açúcar (RB92579 e SP791011) através dos métodos de extração direto e indireto na resposta a herbivoria por Diatraea saccharalis, utilizando espectroscopia de RMN, e processamento e estatística dos dados pelos métodos de análise de componentes principais (PCA) e análise dos mínimos quadrados parciais-análise discriminante (OPLS-DA). A análise metabolômica da cana-de-açúcar da variedade RB92579 foi realizada pelo método de extração direta (folhas) nos 4 tempos de herbivoria (24, 48, 72 e 96 horas), sendo que, apenas após 48, 72 e 96 horas sob herbivoria, foi possível haver diferenças entre os grupos controle e grupo herbivoria, no qual o tempo em que se obteve maior resposta da planta foi no tempo 72 horas, que indicou o aumento dos metabólitos primários asparagina, ácido aspártico, dimetilamina, ácido glutâmico, isoleucina, leucina, ácido málico, tirosina e fenilalanina. Já com relação a variedade de cana-de-açúcar SP 1011, aplicou-se o método de extração indireto das folhas da planta nos tempos 24, 48 e 72 horas sob estresse induzido pelas lagartas de Diatraea saccharalis e, coincidentemente, apresentou no tempo 72 horas o maior número de metabólitos de resposta a herbivoria, o que causou numa redução dos níveis de ácido cis e trans aconítico, ácido fórmico, asparagina, alanina e no aumento dos níveis de ácido acético e ácido clorogênico. Apesar de fornecerem perfis metabólicos diferentes em resposta a herbivoria, os metabólitos elucidados sugerem a via metabólica do ácido chiquímico devido ao aumento de tirosina, fenilalanina nas folhas da cana-de-açúcar da variedade RB92579, e aumento do ácido clorogênico nas folhas da cana-de-açúcar da variedade SP791011. Além do ensaio de herbivoria, foi realizado um ensaio biológico com o ácido clorogênico inserido na dieta artificial das lagartas de Diatraea saccharalis, que demonstrou uma diminuição do tempo de desenvolvimento das pupas em comparação com as pupas de lagartas controle, que provocou a eclosão das mariposas com deformações em todas as concentrações de ácido clorogênico usadas no bioensaio. Esses resultados podem ajudar no desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar mais resistentes ao ataque da Diatraea Saccharalis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.ufal.br:riufal/1909 |
| Date | 22 March 2017 |
| Creators | Sabino, Adilson Rodrigues |
| Contributors | Bento, Edson de Souza, http://lattes.cnpq.br/0211678692417389, Oliveira, Jaim Simões de, http://lattes.cnpq.br/4062180652159320, Caetano, Luiz Carlos, http://lattes.cnpq.br/6669806857054277, Nascimento, Ticiano Gomes do, http://lattes.cnpq.br/6296388037177344, Aquino, Thiago Mendonça de, http://lattes.cnpq.br/3395195195361558 |
| Publisher | Universidade Federal de Alagoas, Brasil, Programa de Pós-Graduação em Química e Biotecnologia, UFAL |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFAL, instname:Universidade Federal de Alagoas, instacron:UFAL |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1909/2/license.txt, bitstream:http://www.repositorio.ufal.br:8080/bitstream/riufal/1909/1/O+metaboloma+da+cana-de-a%C3%A7%7Eucar+%28Saccharum+sp.%29+na+resposta+%C3%A0+herbivoria.pdf |
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