Identificação de mecanismos de respostas modulados por miRNAs em genótipos de cana-de-açúcar sob toxicidade por Al3+
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Resumo
A cana-de-açúcar é uma das culturas mais plantadas no país e tem grande importância para a economia brasileira. A elevada demanda na produção de açúcar e etanol promove a expansão da cultura para diferentes regiões, que podem ser desfavoráveis para seu cultivo. Dentre os fatores desfavoráveis está a toxicidade por Al3+ que ocorre principalmente em solos ácidos e afetam negativamente a produtividade da cultura. Os efeitos desse estresse incluem, a redução do sistema radicular, alteração da fotossíntese e do metabolismo oxidativo. As plantas possuem mecanismos para responder aos diferentes tipos de estresse, e essas respostas podem incluir aspectos fisiológicos, morfológicos e moleculares. Essa resposta envolve a participação dos miRNAs que atuam na regulação de genes alvos e desempenham papéis importantes na tolerância ao estresse. Investigar a função de miRNAs e seus genes alvos, por meio do perfil de expressão e análises in silico, pode contribuir de maneira significativa para programas de melhoramento genético, que visam aumentar a resistência da cultura ao estresse. O objetivo do trabalho foi a identificação de mecanismos de resposta em genótipos de cana-de-açúcar sob o estresse por Al3+, por meio da expressão de miRNAs por RT-qPCR, análise in silico e rede de co-expressão. Analisando o perfil de expressão dos miRNAs, foi possível observar que houve expressão diferencial entre as cultivares CTC-2 (tolerante) e RB855453 (sensível), indicando que esses cultivares apresentam mecanismos distintos de resposta. Identificamos, através da rede de co-expressão e do perfil de expressão dos miRNAs, dois possíveis mecanismos regulados na cultivar CTC-2 sob estresse por Al3+: A detoxificação de Al3+ mediada pelo miR395 e o desenvolvimento de raízes laterais mediado pelos miR160, miR6225-5p e miR167, indicando a participação desses mecanismos na tolerância ao estresse por Al3+.
Descrição
Sugarcane is one of the most planted crops in the country and has great importance for the Brazilian economy. The high demand in the production of sugar and ethanol promotes the expansion of culture to different regions, which may be unfavorable for their cultivation. Among the unfavorable factors is Al3+ toxicity, which occurs mainly in acidic soils and negatively affect crop productivity. The effects of this stress include, the reduction of the root system, alteration of photosynthesis and oxidative metabolism. Plants have mechanisms to respond to different types of stress, and these responses can include physiological, morphological and molecular aspects. This response involves the participation of miRNAs that act in the regulation of target genes and play important roles in stress tolerance. Investigating the function of miRNAs and their target genes, through the expression profile and in silico analysis, can contribute significantly to genetic improvement programs, which aim to increase the culture resistance to stress. The objective of the work was to identify response mechanisms in sugarcane genotypes under stress by Al3+, through the expression of miRNAs by RT-qPCR, in silico analysis and co-expression network. Analyzing the expression profile of the miRNAs, it was possible to observe that there was a differential expression between the cultivars CTC-2 (tolerant) and RB855453 (sensitive), indicating that these cultivars have different response mechanisms. Through the co-expression network and the miRNA expression profile, we identified two possible mechanisms regulated in the CTC-2 cultivar under stress by Al3+: The detoxification of Al3 + mediated by miR395 and the development of lateral roots mediated by miR160, miR6225-5p and miR167, indicating the participation of these mechanisms in stress tolerance by Al3+.
Palavras-chave
Cana-de-açúcar, Toxicidade, MicroRNAs, Melhoramento genético