A análise comparativa de transcriptoma de novo identifica genes responsivos ao estresse de salinidade e vias metabólicas na cana -de -açúcar e seu relativo selvagem Erianthus arrundinaceus [Retzius] Jeswiet

A cana-de-açúcar é uma colheita orientada para a indústria cultivada nos trópicos e sub-trópicos no mundo.A cana -de -açúcar é uma fonte potencial de material básico para a fabricação de açúcar, etanol, bioenergia e produtos biodegradáveis. Traditional sweeteners such as jaggery, khandsari, and brown sugars having immense medicinal value are also produced from sugarcane^1,2.Globalmente, a cana -de -açúcar foi cultivada em 28.19 milhões de hectares que produziram 2059.74 milhões de toneladas de bastões com uma produtividade de 72.80 t/ha during 2019³.Na Índia, a cana -de -açúcar foi cultivada em 5.06 milhões de hectares e 405.42 milhões de toneladas foram produzidas com uma produtividade de 80.10 tonnes/hectare during 2019³.O crescimento, a produtividade e a qualidade do suco da cana -de -açúcar são afetados por tensões abióticas viz., frio, salinidade e seca. Nearly 10% of arable land or 25–30% of irrigated lands were affected by salinity in the world⁴. After the advent of modern agriculture, soil salinity has become a major environmental issue and underground water used for irrigation also contributes to the soil salinity⁵. Sugarcane is highly sensitive to salinity⁶ and affects both biomass accumulation and juice quality parameters⁷.Portanto, o desenvolvimento de variedades tolerantes de solução salina, pools de genes e recursos genômicos são úteis na melhoria das culturas da cana -de -açúcar através de abordagens convencionais e biotecnológicas.

The sessile plants are sensing the salinity stress-induced osmotic and ionic stresses through the activation of calcium signalling and salt-overly sensitive pathways for exclusion of sodium^8,9. Glycosyl inositol phosphoryl ceramide sphingolipids are also involved in the sensing of salinity stress¹⁰. The salinity stress firstly reduces the water uptake causing the salinity-induced osmotic stress and secondly, increases the concentration of cytotoxic ions which causes ionic stress^5,10. The plant possesses several mechanisms to tolerate the salinity stress such as (i) accumulation of low molecular weight, water-soluble free state compounds (proline, betaine, water-soluble sugars) which help in the maintenance of osmotic adjustment and plant metabolic activities (ii) selective ion-uptake such as the exclusion of sodium and maintaining higher cytosolic K⁺/Na⁺ (iii) nullifying the effect of ROS by enzymes such as catalase, SOD and APX (iv) salinity-tolerant genes associated with sodium-hydrogen antiporter activities of vacuolar membrane, plasma membrane and, genes related to ROS scavenging enzymes¹¹. Besides, many gene networks related to signal transduction, hormone signalling, biosynthesis of secondary metabolites, amino acids and transporters significantly contribute to the salinity tolerance mechanisms in plants¹². The comparative global gene expression studies are certainly helping to dissect the various genes and metabolic pathways associated with salinity or abiotic stress tolerances in plants¹³.

Cana selvagem de cana -de -açúcar e. arundinaceus is a potential donor for many genes related to biomass and tolerance to biotic and abiotic stresses^14,15,16.Introgressão de muitos genes de E. arundinaceus into sugarcane through conventional and biotechnological approaches has improved the agronomic performance of sugarcane varieties^17,18.Isolamos, caracterizamos e superexpressamos muitos genes de E. arundinaceus such as heat shock protein 70^14,19, DREB2²⁰, glyoxalase gene¹⁵, α-expansin 1²¹ and chilling tolerant divergence 1 (COLD1) gene²², which shows the genetic importance of E.Arundinaceus para melhorar as tolerâncias para tensões bióticas e abióticas na cana -de -açúcar. There were several RNASeq studies in sugarcane for many traits such as agronomic traits, cold stress, sucrose, lignin, red stripe and smut disease except for salinity tolerance^{23,24,25,26,27,28}.Portanto, realizamos os estudos comparativos de transcriptoma de sal para identificar os genes responsivos ao estresse de salinidade e vias metabólicas em e tolerantes a sal E.Arundinaceus adesão Ind99-907 collected from saline soils Ernakulum district, Kerala, India²⁹ and salt-sensitive genotype Co 97010^30,31.A partir deste estudo, identificamos muitos genes diferencialmente expressos, enriquecendo as vias metabólicas e os termos de GO associados à tolerância ao sal em E tolerante a sal E.Arundinaceus adesão Ind99-907.Nossos estudos mostraram o enriquecimento de 27 vias, 24 processos biológicos, três funções moleculares e um componente celular no IND99-907 em comparação com 20 vias, dois processos biológicos sem função molecular significativa e componentes celulares em CO 97010 (FDR ≤ 0.05), que especifica o padrão de expressão único e distinto dos genes e vias metabólicas que regulam a estresse de salinidade em Ind99-907 e CO 97010.Os recursos genômicos desenvolvidos a partir deste estudo são úteis na melhoria das culturas de cana -de -açúcar através do desenvolvimento de marcadores genicos e abordagens biotecnológicas avançadas.