Prospecting sugarcane genes involved in aluminum tolerance

Abstract

Aluminum is one of the major factors that affect plant development in acid soils, causing a substantial reduction in yield in many crops. In South America, about 66% of the land surface is made up of acid soils where high aluminum saturation is one of the main limiting factors for agriculture. The biochemical and molecular basis of aluminum tolerance in plants is far from being completely understood despite a growing number of studies, and in the specific case of sugarcane there are virtually no reports on the effects of gene regulation on aluminum stress. The objective of the work presented in this paper was to prospect the sugarcane expressed sequence tag (SUCEST) data bank for sugarcane genes related to several biochemical pathways known to be involved in the responses to aluminum toxicity in other plant species and yeast. Sugarcane genes similar to most of these genes were found, including those coding for enzymes that alleviate oxidative stress or combat infection by pathogens and those which code for proteins responsible for the release of organic acids and signal transducers. The role of these genes in aluminum tolerance mechanisms is reviewed. Due to the high level of genomic conservation in related grasses such as maize, barley, sorghum and sugarcane, these genes may be valuable tools which will help us to better understand and to manipulate aluminum tolerance in these species.Alumínio (Al) é um dos principais fatores que afetam o desenvolvimento de plantas em solos ácidos, reduzindo substancialmente a produtividade agrícola. Na América do Sul, cerca de 66% da superfície do solo apresenta acidez, onde a alta saturação de alumínio é uma das maiores limitações à prática agrícola. Apesar do crescente número de estudos, uma compreensão completa das bases bioquímicas e moleculares da tolerância ao alumínio em plantas está longe de ser alcançada. No caso da cana-de-açúcar, não há nada publicado sobre a regulação gênica induzida durante o stress por alumínio. O objetivo deste trabalho foi identificar genes de cana-de-açúcar relacionados com as várias vias metabólicas reconhecidamente envolvidas na resposta à toxidez do alumínio em outras espécies de plantas e leveduras. Para a maioria dos genes relacionados com alumínio em outras espécies foram identificados similares em cana-de-açúcar, tais como aqueles que codificam enzimas que combatem o stress oxidativo ou a infestação por patógenos, proteínas responsáveis pela exudação de ácidos orgânicos e pela transdução de sinais. O papel desses genes na tolerância ao alumínio é revisado. Devido ao alto grau de conservação do genoma entre espécies próximas de gramíneas como milho, cevada, sorgo e cana-de-açúcar, esses genes serão uma ferramenta valiosa para a melhor compreensão e manipulação da tolerância ao alumínio nestas espécies.