O bioetanol derivado da cana-de-açúcar ( Saccharum spp. ) é uma fonte de energia sustentável que contribui para a mitigação das emissões de carbono. Entender como a cana-de-açúcar coordena o equilíbrio entre assimilação, alocação e uso de carbono (C) é crucial para aumentar a produção da cultura sem aumentar as áreas plantadas. Uma rede de sinalização complexa capaz de detectar os níveis de C e energia e integrá-los ao crescimento e desenvolvimento das plantas inclui os seguintes componentes: hexokinase (HXK), trehalose-6- phosphate (T6P), the target of rapamycin complex 1 (TORC1), e sucrose-nonfermenting related protein kinase 1 (SnRK1). Todas essas vias de sinalização regulam e são reguladas por açúcares e orquestram o fluxo de C. No entanto, ainda não está claro como isso ocorre, especialmente para a cana-de-açúcar, cujo genoma é poliplóide e altamente complexo. Assim, o objetivo principal desta tese foi identificar os genes dos sensores de açúcares mencionados acima em cana-de-açúcar (variedade SP80-3280). Para isso, sequências das proteínas de HXK, TORC1, SnRK1 e T6P foram identificadas e caracterizadas in silico em cana-de-açúcar, para as quais apenas conjuntos genômicos incompletos estão disponíveis. Resumidamente, sequências de genes ortólogos de espécies modelo e sete bancos de genoma e transcriptoma de cana-de-açúcar foram utilizados para inferência filogenética e identificação de domínios funcionais de proteínas. Além disso, plantas de cana-de-açúcar cultivadas no campo ao longo do ciclo de desenvolvimento (01, 03, 06 e 12 meses) foram utilizadas para análises de aminoácidos e poliaminas, uma vez que as vias de sinalização que controlam o metabolismo do C também possuem um cross-talk com essas vias. Paralelamente, a atividade de HXK foi quantificada. Muitas sequências putativas de comprimento total de todas as vias foram recuperadas e analisadas em relação a todos os domínios conservadores de cada alvo. Especificamente para TORC1, este trabalho é pioneiro na recuperação de sequências de todas as proteínas membros do complexo (TOR, RAPTOR e LST8). Com relação a via da 12 [ C a tT6P, foram descobertas diferenças essenciais nas sequências catalíticas (forma o metabólito T6P) e reguladoras das TPSs da cana-de-açúcar, como algumas mutações de resíduos implicadas na perda da atividade enzimática. O primeiro mês de desenvolvimento da cana-de-açúcar foi marcado pela maior atividade de HXK nos colmos e maior abundância de aminoácidos totais neste tecido. Para as poliaminas totais, há maior abundância na folha em comparação com os colmos. A putrescina foi a poliamina mais abundante na folha no mês 01, possivelmente atuando como promotor de crescimento. Embora o mecanismo completo de sensores e sinalização de açúcar na cana-de-açúcar não tenha sido totalmente elucidado, as sequências recuperadas e os novos dados obtidos no experimento de campo serviram para construir um painel contendo todos genes selecionados. Com essa análise, será possível obter informações básicas (como valor de expressão) tanto para elucidar o mecanismo de ação dos alvos quanto para aplicações biotecnológicas, como melhorar o acúmulo de sacarose ou melhorar o desempenho da planta frente aos estresses ambientais aos quais está exposta.

The bioethanol derived from sugarcane ( Saccharum spp.) is a sustainable alternative energy source contributing to the mitigation of carbon emissions. Understanding how sugarcane coordinates the balance among carbon (C) assimilation, allocation, and usage is crucial to increasing crop production without expanding the planted areas. A complex signaling network capable of sensing C and energy levels and integrating them with plant growth and development includes the following players: hexokinase (HXK), trehalose-6-phosphate (T6P), the target of rapamycin complex 1 (TORC1), and sucrose-non-fermenting related protein kinase 1 (SnRK1). All these signaling pathways regulate and are regulated by sugars and orchestrate the C flux. However, it remains unclear how this occurs, especially for sugarcane, whose genome is polyploid and highly complex. Thus, the main objective of this thesis was to identify genes of the sugar sensors mentioned above in sugarcane (variety SP80-3280). For this, sequences of HXK, TORC1, SnRK1, and T6P metabolizing enzymes were identified and characterized in silico in sugarcane, for which only incomplete genome assemblies are available. Briefly, sequences of orthologous genes from model species and seven sugarcane genome and transcriptome databases were used for phylogenetic inference and identification of functional protein domains. Additionally, the metabolite profile of sugarcane plants grown in the field throughout the developmental cycle (01, 03, 06, and 12 months) was expanded to include amino acids and polyamines since the signaling pathways that control C metabolism also have a cross-talk with these pathways. Moreover, the activity of HXK has been quantified. Many putative full-length sequences from all pathways were recovered and analyzed concerning all conservative domains of each target. Specifically for TORC1, this work is the pioneer in recovering sequences from all protein members of the complex (TOR, RAPTOR, and LST8). Concerning the T6P pathway, essential differences in TPS catalytic (forms the T6P metabolite) and regulatory sequences of sugarcane were discovered, such as some residue mutations implicated in the loss of enzyme activity. The first 14 [ C a month of sugarcane development was marked by the highest HXK activity in the culms and a greater abundance of total amino acids in this tissue. For total polyamines, there is a greater abundance in the leaf compared with culms. Putrescine was the most abundant polyamine in the leaf at month 01, possibly acting as a growth promoter. Even though the complete mechanism of sugar sensors and signaling in sugarcane has not been fully elucidated, the sequences recovered and the new data obtained from the field experiment served to build a panel containing selected essential genes. With this analysis, it will be possible to get basic information both to elucidate the mechanism of action of the targets and for biotechnological applications, such as improving sucrose accumulation or improving plant performance in the face of environmental stresses to which it is exposed.