Dinâmica do perfil transcricional de duas cultivares de cana-de-açúcar contrastantes à seca e submetidas ao déficit hídrico prolongado

Abstract

Períodos prolongados de seca têm se tornado mais frequentes em algumas regiões do Brasil. Além disso, a expansão da cultura de cana-de-açúcar para regiões com deficiência hídrica prolongada torna a produção sucroenergética limitada nestes locais. A melhor forma de contornar esse problema é utilizar cultivares tolerantes a este estresse. Neste trabalho, o perfil de expressão gênica da cana-de-açúcar foi avaliado, a partir de duas cultivares com respostas contrastantes ao déficit hídrico: uma delas com comportamento considerado tolerante (SP81-3250), e a outra altamente exigente em água (RB855453), considerada sensível. Ambas foram submetidas a três potenciais hídricos do solo (controle (sem estresse hídrico), déficit hídrico moderado e déficit hídrico severo) a partir de 60 dias após o plantio. Essas plantas foram avaliadas molecular e fisiologicamente em três épocas distintas: 30, 60 e 90 dias após a aplicação dos tratamentos, sendo este um dos poucos estudos realizados até o momento sobre a resposta de plantas de cana-de-açúcar sob déficit hídrico prolongado, estresse esse que foi realizado no período conhecido como fase de formação da cana-de-açúcar, compreendendo o período mais crítico por demanda de água. A análise global da expressão gênica através da tecnologia de RNA-Seq mostrou alterações significativas em resposta ao déficit hídrico entre as duas cultivares. Os transcritos do genótipo tolerante apresentaram uma maior capacidade de reação das plantas frente ao déficit hídrico prolongado, enquanto que no genótipo sensível, diversos mecanismos de sobrevivência da planta foram reprimidos. A cultivar tolerante apresentou indução de transcritos associados ao transporte e metabolismo de carboidratos, transcrição e produção de energia. No estresse mais severo, a cultivar tolerante apresentou, em contraste à sensível, a indução do acúmulo de sacarose por diversos caminhos, mostrando uma conservação desse açúcar apesar do estresse. Além disso, na análise de expressão diferencial das enzimas do metabolismo da glutationa, cujo papel importante em condições de estresse abiótico tem sido amplamente discutido nas mais diferentes plantas, observou-se uma maior indução das enzimas de produção da glutationa na cultivar tolerante em comparação à sensível. Foram detectados alguns transcritos diferencialmente expressos na condição de seca que não receberam anotação, os quais podem ser estudados para análise do seu papel na tolerância ao déficit hídrico. Os resultados encontrados trazem novas informações para a compreensão e melhoramento direcionado para o aumento da tolerância ao déficit hídrico prolongado em cana-de-açúcar.

Extended periods of drought have become more frequent in some regions of Brazil. In addition, the expansion of sugarcane cultivation to regions with prolonged water deficiency makes sugarcane production limited at these locations. The best way around this problem is to use stress-tolerant cultivars. In this work, the sugarcane gene expression profile was evaluated from two cultivars with contrasting responses to water deficit: one of them with tolerant behavior (SP81-3250), and the other highly demanding in water (RB855453 ), considered sensitive. Both were submitted to three soil water potentials (control (without water stress), moderate water deficit and severe water deficit) from 60 days after planting. These plants were evaluated molecularly and physiologically at three different times: 30, 60 and 90 days after the application of the treatments. This is one of the few studies carried out so far on the response of sugarcane plants under prolonged water deficit. This stress was realized during the period known as sugarcane formation phase, comprising the most critical period by water demand. The overall analysis of gene expression through RNA-Seq technology showed significant changes in response to water deficit between the two cultivars. The transcripts of the tolerant genotype showed a higher reaction capacity of the plants to prolonged water deficit, while in the sensitive genotype, several plant survival mechanisms were repressed. The tolerant cultivar presented induction of transcripts associated with carbohydrate transport and metabolism, transcription and energy production. In the most severe stress, the tolerant cultivar showed, in contrast to the sensitive one, the induction of sucrose accumulation by several ways, showing a conservation of this sugar despite the stress. Moreover, in the differential expression analysis of glutathione metabolism enzymes, whose important role in abiotic stress conditions has been widely discussed in the most different plants, there was a greater induction of glutathione production enzymes in tolerant cultivar compared to sensitive. Some unannotated differentially expressed transcripts were detected and could be studied to analyze their role in tolerance to water deficit. The results bring new information for understanding and improvement aimed at increasing tolerance to prolonged water deficit in sugarcane.