Análise da variabilidade e perfil de expressão das quitinases de cana-de-açúcar durante a infecção por Sporisorium scitamineum

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Batista, Enrico Diniz Rodrigues
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: AlphaFold; Carvão-da-cana; Interação planta-patógeno; Interação proteína-proteína; Plant-pathogen interaction; Protein-protein interaction; Sugarcane smut
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/11/11137/tde-14092023-091312/

A cana-de-açúcar é uma das culturas mais importantes para a agricultura brasileira. Ela é matéria prima para vários produtos como açúcar, etanol e biopolímeros. Dentre as doenças que mais podem prejudicar o cultivo dessa planta, está o carvão-da-cana causado pelo fungo Sporisorium scitamineum. Para se desenvolver e reproduzir, esse patógeno sequestra o metabolismo da planta, causando uma grande mudança em seu perfil transcricional e proteico, diminuindo sua taxa de conversão de açúcar e crescimento. O principal sinal dessa doença é a formação de uma estrutura chamada chicote, formado por teliósporos e tecidos da planta. Ela, por outro lado, desenvolveu um complexo sistema imune capaz de detectar e gerar respostas de defesa contra o patógeno. Para tal, a planta secreta uma série de compostos que incluem as proteínas relacionadas à patogênese (PR). As proteínas PR são subdivididas em 17 famílias diferentes conforme a semelhança de função e sequência. Quatro famílias de PR (PR3/4/8/11) são formadas por proteínas capazes de digerir a quitina da parede celular fúngica chamadas de quitinases. Essas proteínas são importantes para o sistema imune da planta porque, dentre outros mecanismos, elas liberam quitoligossacarídeos a partir da quebra da quitina que são reconhecidos por receptores de membrana. O reconhecimento dessas moléculas leva ao desencadeamento de respostas como liginificação e espessamento da parede celular vegetal, produção de espécies reativas de oxigênio e morte celular programada. Devido genoma poliploide altamente complexo da cana, caracterizar a entender a função dessas proteínas no contexto da interação cana-carvão é uma tarefa complexa. Isto posto, este trabalho buscou avaliar a variabilidade das quitinases de cana-de-açúcar presentes em um banco de transcriptoma montados de novo, e investigar seu perfil de expressão durante a infecção por Sporisorium scitamineum em duas variedades diferentes (SP80-3280 e IAC 6-66). Foram identificados no banco 16 transcritos que se dividem filogeneticamente em duas famílias com domínios glicosil-hidrolase (GH) diferentes (GH18 e GH19), mais uma família com domínio Barwin. Essas das famílias GH se subdividiram em outras cinco classes (IV) com base em sua estrutura. A análise dos resíduos catalíticos encontrou que seis deles não apresentam o glutamato responsável pela atividade catalítica da enzima. Foi realizada também a predição estrutura tridimensional de seis quitinases através do AlphaFold2. Essa predição revelou que as quitinases de cana seguem as estruturas descritas de quitinases de outras plantas. Após isso, uma quitinase de classe I foi escolhida para uma simulação de interação com o candidato a efetor (CE) g5159 usando o AlphaFold-Multimer. Na simulação foi observado que o CE provavelmente apresenta dois domínios de desordem intrínseca e que um deles participa da interação que bloqueia o sulco catalítico da quitinase. Finalmente, a análise da expressão dessas proteínas em plantas infectadas mostrou que há uma modulação do perfil transcricional das quitinases de cana pelo fungo.