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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2020.tde-20200111-153422
Document
Author
Full name
Danielle Gregório Gomes Caldas
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2007
Supervisor
Title in Portuguese
Análise do transcritoma da região cambial de Eucalyptus grandis e a identificação de genes diferencialmente expressos em árvores juvenis e adultas
Keywords in Portuguese
EUCALIPTO
EXPRESSÃO GÊNICA
MADEIRA
MELHORAMENTO GENÉTICO VEGETAL
QUALIDADE
XILEMA
Abstract in Portuguese
O Brasil é hoje o maior produtor mundial de papel e celulose à partir de fibra curta de Eucalyptus, com um setor florestal bem desenvolvido e estabelecido, que gera muitos empregos e divisas ao país. A madeira utilizada pelas indústrias brasileiras é exclusivamente obtida de florestas plantadas, sendo que 1,27 milhões de hectares correspondem a plantações de Eucalyptus. Durante muitos anos, os programas de melhoramento genético exploraram as características de altas taxas de crescimento, produção de biomassa e adaptabilidade deste gênero para alcançar uma alta produtividade, que hoje é de 45 m3/ha/ano. Entretanto, a demanda do mercado nacional e internacional por madeira de Eucalyptus é crescente. Para manter a competitividade do setor, torna-se necessária a busca por uma madeira de melhor qualidade, que leve a uma maior eficiência na produção de papel e celulose. O conhecimento dos processos que levam à formação da madeira, um tecido que se diferencia a partir do câmbio vascular, certamente irá contribuir para que essa qualidade superior da madeira seja alcançada. As árvores só apresentam as características desejadas pela indústria quando adultas, entretanto, o Eucalyptus é cortado ainda em fase juvenil de desenvolvimento. Portanto, o objetivo deste trabalho foi traçar um perfil transcricional da região cambial de Eucalyptus grandis em fase juvenil de desenvolvimento e, com as informações geradas, comparar a expressão de alguns genes envolvidos na formação da madeira entre a região cambial de árvores juvenis e adultas. A técnica SAGE foi utilizada para construção de uma biblioteca que gerou 22660 tags, das quais 2942 representavam tags únicas com número de cópias igual ou maior que 2. Dessas, 874 puderam ser associadas a uma provável função e classificadas em categorias funcionais. O SAGE permitiu o acesso a genes com baixos níveis de expressão, a identificação de potenciais transcritos antisense e alternativos, e revelou a presença de muitas sequências ainda não caracterizadas. Os dados obtidos foram organizados, também, nas principais vias responsáveis por cada fase da diferenciação que ocorre na xilogênese. Os genes que codificam as principais enzimas responsáveis pela expansão celular, deposição de parede celular secundária e lignificação foram encontrados, e seus níveis de expressão indicaram as prováveis vias metabólicas utilizadas pelas células da região cambial de E. grandis para produzir madeira juvenil. Os dados de expressão gênica obtidos com o SAGE foram validados através de RT-PCR em tempo real. Vinte e cinco genes envolvidos com a expansão celular, biossíntese de celulose e hemicelulose, deposição de parede secundária, lignificação e metabolismo foram selecionados para urna comparação entre as regiões cambiais de árvores juvenis e adultas de E. grandis através de RT-PCR em tempo real. Os resultados mostraram que existe uma expressão diferencial entre idades, sendo que 15 genes foram mais expressos nas árvores juvenis e 6 mais expressos nas árvores adultas. A caracterização quantitativa dos genes expressos na região cambial de E. grandis constitui, portanto, uma grande fonte de informação que pode direcionar para diferentes enfoques relacionados ao complexo processo de biossíntese da madeira.
Title in English
Analysis of the transcriptome of the Eucalyptus grandis cambial region and the identification of differentially expressed genes in juvenile and mature trees
Abstract in English
Currently, Brazil is the largest producer of pulp and paper using short fiber from Eucalyptus, with a well developed and established forest sector, that generates many jobs and income for the country. The wood for the Brazilian industries is taken exclusively from planted forests, where 1.27 million hectares correspond to Eucalyptus plantations. During many years, genetic improvement programs have explored the high growth rates, biomass production and adaptability of this genus to reach high productivity, approximately 45 m3/ha/year. However, national and international demand for Eucalyptus wood is increasing and to ensure the competitiveness of this sector, it is necessary to search for a better quality wood, which allows more efficient pulp and paper production. The knowledge of the processes that lead to the wood formation, a tissue that differentiates from the vascular cambium, will certainly contribute to reach this goal. Trees normally acquire the characteristics desired by industry when adult, but Eucalyptus is cut when it is still in juvenile phase of development. Therefore, the objective of this work was to produce a transcriptional profile of the cambial region of Eucalyptus grandis in the juvenile phase of development and, with this information, compare the expression of some genes involved in wood formation in the cambial region of juvenile and mature trees. A SAGE library was produced generating 22660 tags, of which 2942 represented unique tags with two or more copies. Of these, 874 could be associated with a probable function and were classified in functional categories. SAGE allowed the access to genes with low expression levels, the identification of potential anti-sense and alternative transcripts, and disclosed the presence of many sequences not yet characterized. The data were also organized to demonstrate the main pathways involved at each differentiation stage during xylogenesis. The genes for the major enzymes involved in cell wall expansion, secondary cell wall deposition and lignification were found and their expression levels indicated the preferential use of alternative branches in some of the metabolic pathways used by the cambial cells of E. grandis to produce juvenile wood. The expression data obtained with SAGE was validated through Real Time RT-PCR. Twenty five genes involved with cell wall expansion, cellulose and hemicelulose biosynthesis, secondary wall deposition, lignification and metabolism were selected to compare the cambial regions of juvenile and mature E. grandis trees using Real Time RT-PCR. The results showed the existence of a differential expression pattern between the ages, were 15 genes were more expressed in the juvenile trees and 6 genes were more expressed in the mature trees. The quantitative characterization of the genes expressed in the cambial region of E. grandis constitutes, therefore, a great information source that might drive the studies to different approaches related to the complex process of wood biosynthesis.
 
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Publishing Date
2020-01-11
 
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