As características físico-químicas da parede celular constituem um grande gargalo na obtenção dos açúcares fermentáveis a partir dos polissacarídeos de parede celular presentes na biomassa, fato conhecido como recalcitrância da biomassa vegetal. A utilização da biomassa na produção de biocombustíveis requer um melhor entendimento sobre os mecanismos que permeiam os processos de deposição de parede celular e metabolismo de lignina. Nesse contexto, a maior parte do conhecimento foi gerado em espécies eudicotiledôneas, havendo uma significativa lacuna para gramíneas, apesar do seu grande potencial para acúmulo de biomassa. Portanto, há uma necessidade de se estabelecer ferramentas-modelos que permitam elucidar características exclusivas da parede celular secundária de gramíneas C4, cujo conhecimento não pode ser extrapolado a partir de eudicotiledôneas. O presente trabalho propôs estabelecer um sistema de células em suspensão como ferramenta-modelo em estudos sobre parede celular secundária em gramíneas C4. Para tal, três espécies foram inclusas: Sorghum bicolor, Setaria viridis e cana-de-açúcar. Devido às características recalcitrantes do sorgo, apenas as suspensões celulares de S. viridis e cana-de-açúcar foram estabelecidas. Subsequentemente, estas culturas foram utilizadas na tentativa de se desenvolver duas aplicações para o estudo de parede secundária: i) culturas xilogênicas, em que as células em suspensão são induzidas a se transdiferenciar em elementos traqueais; e ii) sistema de protoplastos para ensaios de transativação para testar o potencial papel de fatores de transcrição na regulação transcricional da deposição de parede celular. Somente as culturas de cana-de-açúcar responderam aos tratamentos testados para indução da transdiferenciação de elementos traqueais, baseados em protocolos estabelecidos para outras gramíneas. Análises de expressão gênica por RT-qPCR foram utilizadas para caracterizar a variação da expressão de genes-alvo durante este processo. Ademais, as paredes celulares das células em suspensão de cana-de-açúcar foram digeridas com um coquetel de hidrolases para a produção de protoplastos. A cultura de células em suspensão de cana-de-açúcar e suas aplicações aqui estabelecidas poderão ser utilizadas na elucidação de aspectos únicos do processo de deposição de parede celular secundária em gramíneas C4 / The physicochemical features of the cell wall represent a major bottleneck for the processing of cell wall polysaccharides present in biomass into fermentable sugars, a fact known as plant biomass recalcitrance. Biofuels production from biomass requires a better understanding on the molecular mechanisms underlying secondary cell wall deposition and lignin metabolism. In this context, most of the current knowledge has been generated in eudicots species, whereas significantly less is known for grasses, despite of their great potential for biomass accumulation. Therefore, the development of tools that allow the discovery of specific aspects of C4 grasses secondary cell walls is of great interest, because this knowledge cannot be extrapolated from data generated for eudicots. In the present work, we aimed to develop suspension cell cultures as a tool for the study of secondary cell wall metabolism in C4 grasses. For this purpose, three species were employed: Sorghum bicolor, Setaria viridis and sugarcane. Because of the recalcitrant nature of sorghum, only suspensions cells of S. viridis and sugarcane were successfully established. Subsequently, these cultures were used in an attempt to develop two applications to study secondary cell walls: i) xylogenic cultures, in which the suspension cells are induced to transdifferentiate into tracheary elements; and ii) a protoplast system to be used in transactivation assays to test the potential role of transcriptional factors in the regulation of secondary wall deposition. Only the suspension cultures of sugarcane showed a positive response to the tested treatments for the induction of tracheary elements formation, which were based on modifications of previous protocols established for other grasses. Gene expression analysis by RT-qPCR was used to characterize the variation of the expression of target genes during this process. Moreover, the cell walls of sugarcane suspension cells were digested with a cocktail of hydrolases to produce protoplasts, which were used in transactivation assays between transcriptional factors known to be involved in secondary cell wall deposition and their putative target genes, as a proof-of-concept. The sugarcane suspension cells and their applications established in this work might be used to further elucidate unique aspects of secondary cell wall deposition in C4 grasses
| Identifer | oai:union.ndltd.org:usp.br/oai:teses.usp.br:tde-02042018-110604 |
| Date | 04 December 2017 |
| Creators | Simões, Marcella Siqueira |
| Contributors | Cesarino, Igor |
| Publisher | Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP |
| Source Sets | Universidade de São Paulo |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | Dissertação de Mestrado |
| Format | application/pdf |
| Rights | Liberar o conteúdo para acesso público. |
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