The primary roots of Sorghum bicolor as a model to study the mechanisms related to mixed-linkage glucan hydrolysis during the aerenchyma development (2021)
- Authors:
- Autor USP: TEIXEIRA, BRUNO RUBENS FLAUSINO - ESALQ
- Unidade: ESALQ
- Sigla do Departamento: LCB
- Subjects: ARROZ; HIDRÓLISE; PAREDE CELULAR VEGETAL; POLISSACARÍDEOS; RAIZ; SORGO; TECIDOS VEGETAIS
- Keywords: Aerênquima; Glucano de ligação mista
- Language: Inglês
- Abstract: Sorghum bicolor é uma das culturas cerealíferas mais importantes do mundo devido à sua alta eficiência de fixação de carbono, aquisição de nitrogênio, grande adaptabilidade ao cultivo em ambientes distintos e, acima de tudo, utilização como alimento básico na África e na Ásia. A coleção de germoplasma de sorgo, a qualidade do genoma sequenciado e os avanços recentes na transformação genética também colocaram esta espécie como um modelo promissor entre as gramíneas C4. O sorgo, como todas as gramíneas, é constituído de parede celular do tipo II, cuja principal característica são as quantidades significativas dos polissacarídeos arabinoxilanos e β- D-(1,3;1,4)-glucanos de ligação mista (GLM). O GLM é um polímero hemicelulósico de D-glicose cuja cadeia linear contém principalmente ligações glicosídicas β-(1,4) intercaladas com poucas ligações glicosídicas β-(1,3) que torcem a cadeia, transformando-a em um polímero mais hidrossolúvel. Como resultado, as propriedades químicas do GLM são atrativas para a biotecnologia e, então, a compreensão da síntese e hidrólise de GLM são importantes tópicos. As "liquenases", tecnicamente conhecidas como endo-β-D-(1,3;1,4)-glucanases, hidrolisam especificamente as ligações β(1,3) que são imediatamente seguidas pelas β (1,4). Elas são enzimas codificadas pelos genes das endo-(1,3;1,4)- β-D-glucanases da família das glicosil hidrolases 17 (GH17). Estudos recentes com raízes de cana-de-açúcar têm mostrado umaforte correlação entre um aumento gradual no nível de genes e proteínas de endo-β-D-(1,3;1,4)-glucanases à medida que o aerênquima se desenvolve em espaços gasosos. Assim como na cana-de-açúcar e no arroz, o sorgo tem aerênquima lisígeno constitutivo, embora possua genoma diploide sequenciado, diferindo do complexo genoma da cana-de-açúcar que dificulta inferências filogenéticas robustas. Assim, para uma compreensão molecular mais aprofundada em relação à hidrólise de GLM e formação de aerênquima, utilizamos raízes primárias de sorgo. A raiz primária de sorgo com sete dias não está ramificada e, por conseguinte, permite uma caracterização anatômica detalhada e rápida pela técnica de microtomografia de raios-X. Dividimos a raiz em três segmentos (S1, S2 e S3), em que S1 não tem aerênquima, S2 é a iniciação do aerênquima e S3 é um estágio mais avançado no desenvolvimento do aerênquima. Inferências indicaram as GH17 endo-(1,3;1,4)- β-D-glucanases totalmente exclusivas de Poaceae, família em que o sorgo possui três "liquenases" (Sblic1, Sblic2 e Sblic3) e arroz duas (OsEgl1 e OsEgl2). Todavia, a PCR em tempo real revelou expressão diferencial somente para Sblic1, o qual aumentou dez vezes de S1 para S3. Ensaios enzimáticos com extratos brutos detectaram um aumento na atividade das endo-(1,3;1,4)- β-D-glucanases (S1 S2). Para verificar se um nocaute nas endo-(1,3;1,4)- β-D-glucanases comprometeria o desenvolvimento dos espaços gasosos, decidimos usar aferramenta de edição CRISPR nos genes do arroz (OsEgl1 e OsEgl2). Nossa decisão levou em consideração a alta estabilidade para a transformação genética do arroz, o tempo de financiamento e, especialmente, o domínio da cultura de tecido de arroz em Rutgers, The State University of New Jersey. OsEgl1 e OsEgl2 mostraram ser expressas nas raízes. Ambos os genes candidatos foram alvos de gRNAs, os quais foram clonados no módulo de CRISPR para arroz psgR-Cas9-Os. Subsequentemente, os cassetes foram subclonados no vetor de transformação de plantas pCAMBIA1300 que foi usado na biobalística. Transformamos calos de arroz e submetemos os transformantes ao meio de seleção com higromicina. A genotipagem de plantas mostrou a presença de Cas9, embora nenhuma mutação específica tenha sido detectada por análises de RFLP, ensaios de T7E1 e sequenciamento Sanger. Notadamente, adquirimos uma linhagem de T-DNA para OsEgl2, a qual pode ser um valioso material transgênico para os estudos de hidrólise de GLM em uma eventual mutação de perda de função em OsEgl2. Portanto, ela agregaria informações significativas às nossas descobertas, levando-nos a afirmar se a hidrólise de GLM está diretamente envolvida na formação dos espaços gasosos. Em suma, a maior expressão de Sblic1, o aumento da atividade enzimática de endo-(1,3;1,4)- β-D-glucanases e a diminuição da quantidade relativa de GLM estão intercorrelacionados e, por conseguinte, concluímos que o GLM é degradado nas raízes e possivelmenteassociado à formação de aerênquima. Por último, enfatizamos que as raízes primárias do sorgo é um modelo promissor para estudos de GLM e o desenvolvimento de aerênquima
- Imprenta:
- Publisher place: Piracicaba
- Date published: 2021
- Data da defesa: 14.05.2021
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ABNT
TEIXEIRA, Bruno Rubens Flausino. The primary roots of Sorghum bicolor as a model to study the mechanisms related to mixed-linkage glucan hydrolysis during the aerenchyma development. 2021. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2021. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11151/tde-17062021-164845/. Acesso em: 26 jan. 2026. -
APA
Teixeira, B. R. F. (2021). The primary roots of Sorghum bicolor as a model to study the mechanisms related to mixed-linkage glucan hydrolysis during the aerenchyma development (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, Piracicaba. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11151/tde-17062021-164845/ -
NLM
Teixeira BRF. The primary roots of Sorghum bicolor as a model to study the mechanisms related to mixed-linkage glucan hydrolysis during the aerenchyma development [Internet]. 2021 ;[citado 2026 jan. 26 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11151/tde-17062021-164845/ -
Vancouver
Teixeira BRF. The primary roots of Sorghum bicolor as a model to study the mechanisms related to mixed-linkage glucan hydrolysis during the aerenchyma development [Internet]. 2021 ;[citado 2026 jan. 26 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11151/tde-17062021-164845/
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