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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.9.2021.tde-22022022-110627
Documento
Autor
Nome completo
Caroline Giacomelli Soares
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Fabi, João Paulo (Presidente)
Andrade, Sonia Cristina da Silva
Hassimotto, Neuza Mariko Aymoto
Sestari, Ivan
Título em inglês
Systems biology applied to the study of papaya fruit ripening: the influence of ethylene
Palavras-chave em inglês
Carica papaya
Cell wall disassembling
Climacteric fruit
Ethylene
Fruit ripening
Post-harvest
Transcriptome
Resumo em inglês
Fruit ripening is a biochemical process that results in flavor, odor, texture, and color suitable for human consumption, in addition to providing access to important nutrients. Although ripening promotes sensory and nutritional increases in fruits, there is also an increased susceptibility to physical damage, as is the case with papaya. These transformations occur due to changes in gene expression patterns at different stages of maturity, whose control and coordination result from the combined action of plant hormones, especially ethylene. As the action of this hormone in the regulation of gene expression is still elusive, this dissertation sought to address the global analysis of the transcriptome in an overview study of molecular processes involved in the ripening of ethylene-treated and non-treated papaya. Transcription factors related to ethylene synthesis and signaling had increased activity towards exogenous-ethylene treatment. Consequently, ethylene-induced enzymes had their coding genes differentially expressed, like genes related to the synthesis of carotenoids, linalool, and vitamins, which increase color, aroma, and antioxidant activity, respectively. Metabolic pathways related to the synthesis of sugars were suppressed while genes encoding the enzyme responsible for sucrose synthesis maintained a basal expression, showing that the accumulation of sugars occurs before the ripening process. The firmness of the peel and pulp of the fruits were strongly influenced by the treatment with ethylene and by the time of the experiment, suffering the action of numerous enzymes related to the degradation of the cell wall. The main enzyme responsible for softening the pulp was polygalacturonase, together with the activity of other pectinases and cellulases. In contrast to the need for the pre-climacteric action of pectate lyase and pectinesterase reported in other fleshy fruits, such as tomatoes and strawberries, papaya did not show a significant difference in their expression. The meta-analysis of several papaya ripening transcriptomes confirmed the expression profile observed in the previous RNA-seq, besides providing statistical enrichment to the biological narratives. Finally, the present study gathered a range of robust information on the gene regulation of the papaya ripening process, which opens possibilities for future approaches to transcriptomic analysis and validates the use of papaya as a model for such studies.
Título em português
Biologia de sistemas aplicada ao estudo do amadurecimento de mamões: a influência do etileno
Palavras-chave em português
Amadurecimento de frutos
Amolecimento da parede celular
Carica papaya
Etileno
Fruto climatérico
Transcriptoma
Resumo em português
O amadurecimento de frutos é um processo bioquímico que resulta em sabor, odor, textura e cor adequados para o consumo humano, além de propiciar o acesso a nutrientes importantes. Apesar do amadurecimento promover incrementos sensoriais e nutricionais nos frutos, ocorre também um aumento da suscetibilidade a danos físicos, como é o caso do mamão. Essas transformações ocorrem devido às alterações nos padrões de expressão gênica nos diferentes estádios de amadurecimento, cujo controle e coordenação decorrem da ação combinada de hormônios vegetais, principalmente do etileno. Como a ação deste hormônio na regulação da expressão gênica ainda é elusiva, a presente dissertação buscou abordar a análise global do transcriptoma em um amplo estudo dos processos moleculares envolvidos no amadurecimento de mamões tratados e não tratados com etileno. Os fatores de transcrição relacionados com a síntese e a sinalização do etileno tiveram sua atividade aumentada perante o tratamento exógeno com etileno. Consequentemente, as enzimas reguladas por esse hormônio tiveram seus genes de codificação expressos diferencialmente, como foi o caso de genes relacionados à síntese de carotenoides, linalool e vitaminas, que atuam no aumento da cor, aroma e atividade antioxidante, respectivamente. Vias metabólicas relacionadas com à síntese de açúcares foram reprimidas enquanto genes codificantes da enzima responsável pela síntese de sacarose mantiveram uma expressão basal, evidenciando que o acúmulo de açúcares ocorre antes do processo de amadurecimento. A firmeza da casca e da polpa dos frutos foram fortemente influenciadas pelo tratamento com etileno e pelo tempo de experimento, sofrendo ação de inúmeras enzimas relacionadas com a degradação da parede celular. A principal enzima responsável pelo amolecimento da polpa foi a poligalacturonase, em conjunto com a atividade de outras pectinases e celulases. Em contraste com a necessidade da ação pré-climatérica da pectato liase e da pectinesterase relatada em outras frutas carnosas, como tomates e morangos, o mamão não apresentou uma diferença significativa na expressão das mesmas. A meta-análise de diversos transcriptomas do amadurecimento do mamão reafirmaram o perfil de expressão observado no RNA-seq, além de prover enriquecimento estatístico às narrativas biológicas. Por fim, o presente estudo reuniu uma gama de informações robustas sobre a regulação gênica do processo de amadurecimento do mamão papaia, o que abrange a possibilidade para futuras abordagens de análise transcriptomica e valida o uso do mamão como modelo para tais estudos.
 
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Data de Publicação
2022-02-23
 
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