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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Identificação e caracterização de uma região genômica de cana-de-açúcar utilizando um QTL para Brix em sorgo : Identification and characterization of a genomic region from sugarcane using a QTL for Brix in sorghum
Title Alternative: Identification and characterization of a genomic region from sugarcane using a QTL for Brix in sorghum
Author: Santos, Luís Paulo dos, 1993-
Advisor: Souza, Anete Pereira de, 1962-
Abstract: Resumo: A busca por novas variedades de cana-de-açúcar que apresentem características agronômicas desejáveis e alto teor de açúcar tem instigado pesquisadores do mundo todo. Devido ao grande prestígio da cultura no cenário mundial, fato atribuído aos seus principais derivados de importância econômica: açúcar e etanol. Os cultivares modernos de cana-de-açúcar são híbridos interespecíficos entre "Saccharum officinarum" e "Saccharum spontaneum", resultando em um genoma de alta complexidade genética, aneuploide e com alto nível de ploidia. A sintenia cana-sorgo é uma ferramenta que possibilita recuperar informações genômicas de cana-de-açúcar, utilizando o sorgo que é um ancestral com genoma mais simples, sequenciado e anotado. Diante disso, o objetivo do trabalho foi estudar uma região genômica de cana-de-açúcar com possível influência para a característica Brix utilizando um QTL mapeado em sorgo. Primeiramente, escolheu-se um QTL para Brix mapeado no cromossomo 02 em sorgo (SBI-02) e todos os genes presente nessa região foram recuperados. A função metabólica dos genes presentes nesse QTL foi analisada para verificar possíveis relações com genes envolvidos diretamente ou indiretamente na produção de açúcar. Comparando os genes de sorgo dessa região com transcritos de cana-de-açúcar, foi possível desenhar 20 pares de primers específicos para cana-de-açúcar. A biblioteca de BACs da variedade IACSP93-3046 foi utilizada para recuperar a região correspondente no genoma de cana-de-açúcar. Foi possível realizar o screening em 101.376 clones da biblioteca de BACs e obter 37 clones em cana-de-açúcar. Desse total, 22 clones BACs foram sequenciados e anotados. Os BACs foram comparados à região de sorgo, à BACs da variedade R570 e ao genoma de S. spontaneum. Um transcriptoma de quatro órgãos (raiz, folha, internódio 3 e internódio 8), mais meristema foi utilizado para observar a expressão dos genes. Cinco genes da região alvo foram identificados em vias metabólicas, entre elas a via do metabolismo do amido e sacarose que pode estar relacionada com a síntese de açúcar. Apesar da alta sintenia observada entre cana-de-açúcar e sorgo para essa região, ocorreram duas quebras de colinearidade, devido a inversões dos genes. Há sete genes de sorgo que não foram encontrados na região genômica das variedades de cana-de-açúcar IACSP93-3046 e R570. Diferenças estruturais foram observadas, como a presença de genes duplicados apenas em sorgo ou em cana-de-açúcar ou mesmo entre variedades de cana-de-açúcar. As relações observadas entre os genes presentes em vias metabólicas, expressão tecido específicas e genes com funções conhecidas resultaram em quatro genes candidatos a síntese e acúmulo de açúcar: os genes ortólogos a uma alfa amilase, uma anidrase carbônica, uma proteína não caracterizada e uma DNAJ. Estes resultados são fundamentais para a compreensão de uma região genômica complexa em cana-de-açúcar, provavelmente relacionada à síntese de açúcar

Abstract: The search for new varieties of sugarcane that present important agronomic characteristics and high sugar content has instigated researchers over the world. Due to the great prestige of culture in the world scenario, fact attributed to its main derivatives of economic importance: sugar and ethanol. The cultivars are interspecific hybrids between "Saccharum officinarum" and "Saccharum spontaneum", resulting in a genome of high genetic complexity, aneuploid and with high ploidy. The sinteny of sugarcane-sorghum is a tool that allows the retrieval of genomic information from sugarcane, using sorghum that is an ancestor with a simpler genome, sequenced and annotated. Therefore, the objective of this work was to study a genomic region of sugarcane with possible influence for Brix trait using a QTL mapped on sorghum. First, a QTL for Brix mapped on chromosome 02 in sorghum (SBI-02) was chosen and all genes present in that region were recovered. The metabolic function of the genes present in this QTL was analyzed to verify possible relationships with genes involved directly or indirectly in sugar production. Comparing sorghum genes from this region with sugarcane transcripts, it was possible to develop 20 pairs of specific primers for sugarcane. The BAC library of the variety IACSP93-3046 was used to recover the corresponding region in the sugarcane genome. It was possible to screen 101.376 clones from the BAC library and obtain 37 clones to recover the region in sugarcane. Twenty two BAC clones were sequenced and annotated. The BACs were compared to the original sorghum region, to the BACs of the R570 variety and to the S. spontaneum genome. A transcriptome of four organs (root, leaf, internode 3 and internode 8) plus meristem was used to observe gene expression. Five genes from the target region were identified in metabolic pathways, including the pathway of starch metabolism and sucrose that may be related to sugar synthesis. Despite the high sinteny observed between sugarcane and sorghum for this region, there were two collinearity breaks, due to inversions of the genes. There are seven sorghum genes that were not found in the genomic region of the sugarcane varieties IACSP93-3046 and R570. Structural differences were observed, such as the presence of duplicated genes only in sorghum or sugarcane or among sugarcane varieties. The observed relationships between genes present in metabolic pathways, tissue specific expression and genes with known functions resulted in four genes candidates for synthesis and accumulation of sugar: orthologous genes to an alpha amylase, a carbonic anhydrase, an uncharacterized protein and a DNAJ. These results are fundamental for the understanding of a complex genomic region in sugarcane, probably related to sugar synthesis
Subject: Sintenia
Vias metabólicas
Saccharum
Genomas
Transcriptoma
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SANTOS, Luís Paulo dos. Identificação e caracterização de uma região genômica de cana-de-açúcar utilizando um QTL para Brix em sorgo: Identification and characterization of a genomic region from sugarcane using a QTL for Brix in sorghum. 2019. 1 recurso online (77 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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