BR102017023837A2 - METHODS OF AMENDMENT OF THE STRUCTURE OF THE CELLULAR PLANT WALL - Google Patents
METHODS OF AMENDMENT OF THE STRUCTURE OF THE CELLULAR PLANT WALL Download PDFInfo
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Abstract
métodos de alteração da estrutura da parede celular de plantas. a presente invenção pertence ao campo da genética vegetal e descreve um novo e inventivo método de produção de plantas com estrutura de parede celular alterada. a invenção ainda moléculas de ácido nucléico, construções e outros agentes associados à manipulação de genes de estrutura de parede celular de plantas. mais especificamente, a invenção está relacionada a construções gênicas que visam a supressão da expressão de genes que codificam acil transferases, combinadas com promotores tecido-específico e constitutivo. também é provida a planta que incorpora tais elementos, assim como método de alteração de estrutura de parede celular de planta utilizando moléculas em diferentes formas de apresentação.methods of altering plant cell wall structure. The present invention belongs to the field of plant genetics and describes a new and inventive method of producing plants with altered cell wall structure. The invention further provides nucleic acid molecules, constructs and other agents associated with the manipulation of plant cell wall structure genes. more specifically, the invention relates to gene constructs aimed at suppressing expression of acyl transferase encoding genes, combined with tissue-specific and constitutive promoters. Also provided is the plant incorporating such elements, as well as method of altering plant cell wall structure using molecules in different forms of presentation.
Description
MÉTODOS DE ALTERAÇÃO DA ESTRUTURA DA PAREDE CELULAR DE PLANTAS.METHODS OF CHANGING THE STRUCTURE OF THE PLANT CELL WALL.
CAMPO DA INVENÇÃO [1] A presente invenção pertence ao campo da genética vegetal e refere-se a moléculas de ácido nucleico, construções e outros agentes associados à manipulação de genes de estrutura de parede celular de plantas. Mais especificamente, a invenção está relacionada a construções gênicas que visam a supressão da expressão de genes que codificam acil transferases, combinadas com promotores tecido-específico e constitutivo. Em particular, a invenção se relaciona aos genes responsáveis pela feruloilação de xilanas em gramíneas denominados BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8, presentes em espécies da família Poaceae, como Setaria viridis, Brachypodium distachyon e Saccharum officinarum. Esta invenção descreve o uso de tais construções gênicas em plantas transgênicas para redução dos níveis dos transcritos de arabinoseferuloil transferases, que produzirão menor quantidade de ferulatos ligados à parede celular reduzindo o crosslinking entre os polímeros da mesma. Também são descritas abordagens alternativas que poderíam ser utilizadas para diminuir os níveis de transcrição dos genes BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8, ou a atividade das enzimas codificadas por estes genes.FIELD OF THE INVENTION [1] The present invention belongs to the field of plant genetics and relates to nucleic acid molecules, constructs and other agents associated with the manipulation of plant cell wall structure genes. More specifically, the invention is related to gene constructs that aim at suppressing the expression of genes encoding acyl transferases, combined with tissue-specific and constitutive promoters. In particular, the invention relates to the genes responsible for the xylan feruloylation in grasses called BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8, present in species of the Poaceae family, such as Setaria viridis, Brachypodium distachyon and Saccharum officinarum. This invention describes the use of such gene constructs in transgenic plants to reduce the levels of the arabinoseferuloyl transferase transcripts, which will produce lesser amount of ferulates bound to the cell wall, reducing the crosslinking between its polymers. Alternative approaches that could be used to decrease the transcription levels of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes, or the activity of the enzymes encoded by these genes, are also described.
DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA [2] A família Poaceae (gramíneas) é composta por um grupo de plantas do qual fazem parte o milho, sorgo, trigo, Miscanthus, Panicum spp., Brachypodium spp., Setaria spp., Brachiaria spp., arroz, cana-de-açúcar, entre outras. Espécies pertencentes a esta família apresentam uma arquitetura da parede celular típica que as distingue dos outros grupos vegetais. A maioria das plantas possui o xiloglucano como principal hemicelulose, já as gramíneas apresentam como principal hemicelulose os glucuronoarabinoxilanos (GAXs) (Saavedra, F.; Karácsonyi, S; Alfôldi, J. Studies of the polysaccharides of sugarcane (Saccharum officinarum): structural features of theDESCRIPTION OF THE STATUS OF THE TECHNIQUE [2] The family Poaceae (grasses) is composed of a group of plants of which maize, sorghum, wheat, Miscanthus, Panicum spp., Brachypodium spp., Setaria spp., Brachiaria spp., rice, sugar cane, among others. Species belonging to this family have a typical cell wall architecture that distinguishes them from other plant groups. Most plants have xyloglucan as the main hemicellulose, while grasses have glucuronoarabinoxylans (GAXs) as main hemicellulose (Saavedra, F .; Karácsonyi, S; Alfôldi, J. Studies of the polysaccharides of sugarcane (Saccharum officinarum): structural features of the
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2/36 waterinsoluble D-xylans. Carbohydrate Research, v. 180, η. 1, p. 61-71, 1988; Souza, AP. A cana-de-açúcar e as mudanças climáticas: efeitos de uma atmosfera enriquecida em CO2 sobre o crescimento, desenvolvimento e metabolismo de carboidratos de Saccharum ssp. 2007. Dissertação (Mestrado em Biologia Celular e Estrutural) Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, 2007), embora também possua, em pequenas proporções, xiloglucanos e mananos. Além dos GAXs, os β-glucanos são relativamente abundantes em todos os tecidos de gramíneas.2/36 waterinsoluble D-xylans. Carbohydrate Research, v. 180, η. 1, p. 61-71, 1988; Souza, AP. Sugarcane and climate change: effects of a CO2-enriched atmosphere on the growth, development and metabolism of Saccharum ssp. 2007. Dissertation (Master in Cellular and Structural Biology) State University of Campinas, Institute of Biology, Campinas, 2007), although it also has, in small proportions, xyloglucans and mannans. In addition to GAXs, β-glucans are relatively abundant in all grass tissues.
[3] Uma diferença chave entre a parede celular de gramíneas e de outras plantas é a presença de ácidos hidroxicinâmicos (HCAs) éster ligados à arabinose de GAX. Estes HCAs são compostos de ácido ferúlico (FA) e ácido para-cumárico (pCA). Resíduos de FA esterificados a GAX proximal podem sofrer dimerização, interligando os polissacarídeos entre si. A presença do ácido ferúlico confere à parede de gramíneas, especial resistência aos raios UV e ao ataque das enzimas hidrolíticas de patógenos (Oliveira, DM et al. Ferulic acid: a key component in grass lignocellulose recalcitrance to hydrolysis. Plant Biotechnology Joumal, v. 13, n. 9, p. 1224-1232, 2015).[3] A key difference between the cell wall of grasses and other plants is the presence of hydroxycinnamic acids (HCAs) ester linked to GAX arabinose. These HCAs are composed of ferulic acid (FA) and para-cumaric acid (pCA). AF residues esterified to proximal GAX may undergo dimerization, linking the polysaccharides with each other. The presence of ferulic acid gives the grass wall special resistance to UV rays and to the attack of hydrolytic enzymes of pathogens (Oliveira, DM et al. Ferulic acid: a key component in grass lignocellulose recalcitrance to hydrolysis. Plant Biotechnology Joumal, v. 13, No. 9, pp. 1224-1232, 2015).
[4] As paredes celulares de gramíneas são caracterizadas por possuir uma grande quantidade de ferulatos esterificados, como mencionado acima. O modo de agrupamento parece ser altamente conservado, no qual o ácido ferúlico está ligado à primeira hidroxila formada na posição C5 quando a arabinose está na forma de furanose através de uma ligação éster. A caracterização química dos fragmentos de parede celular resultantes de uma hidrólise parcial enzimática revelaram estruturas de ferulato oligosacarídeos da seguinte forma: FA-Ara-Xil; FA-Ara-(Xil)2; FA-Ara-(Xil)3 (Hatfield, RD; Ralph, J; Grabber, JH. Cell wall cross-linking by ferulates and diferulates in grasses. Joumal of the Science Food and Agriculture, v. 79, p. 403-407, 1999).[4] Grass cell walls are characterized by having a large amount of esterified ferulates, as mentioned above. The grouping mode appears to be highly conserved, in which ferulic acid is attached to the first hydroxyl formed at the C5 position when arabinose is in the form of furanose via an ester bond. The chemical characterization of cell wall fragments resulting from partial enzymatic hydrolysis revealed oligosaccharide ferulate structures as follows: FA-Ara-Xil; FA-Ara- (Xil) 2; FA-Ara- (Xil) 3 (Hatfield, RD; Ralph, J; Grabber, JH. Cell wall cross-linking by ferulates and diferulates in grasses. Joumal of the Science Food and Agriculture, v. 79, p. 403-407 , 1999).
[5] Resíduos de FA ligam-se através de reações de oxidação para formar uma variedade de dímeros de dehidrodiferulatos, perfazendo o cross-linking das cadeias de hemicelulose (Ralph, J, Quideau, S; Grabber, J H; Hatfield, RD. Identification and synthesis of new ferulic acid dehydrodimers present in grass cell walls. Joumal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1, v. 23, p. 3485-3498, 1994.; Oliveira, DM et[5] AF residues bind through oxidation reactions to form a variety of dehydrodiferulate dimers, making the cross-linking of hemicellulose chains (Ralph, J, Quideau, S; Grabber, JH; Hatfield, RD. Identification and synthesis of new ferulic acid dehydrodimers present in grass cell walls. Joumal of the Chemical Society, Perkin Transactions 1, v. 23, p. 3485-3498, 1994 .; Oliveira, DM et
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3/36 al. Ferulic acid: a key component in grass lignocellulose recalcitrance to hydrolysis. Plant Biotechnology Joumal, v. 13, n. 9, p. 1224-1232, 2015). O ácido ferúlico é facilmente oxidado pela peroxidase e, como produtos das reações de acoplamento via radical livre, é produzida uma ampla variedade de diferulatos (Iiyama, K; Lam, TBT; Stone, BA. Covalent cross-links in the cell wall. Plant Physiology, v. 104, p. 315-320, 1994; Hatfield, RD; Ralph, J; Grabber, JH. Cell wall cross-linking by ferulates and diferulates in grasses. Joumal of the Science Food and Agriculture, v. 79, p. 403-407, 1999), os quais são responsáveis por 70% do total de ferulatos, podendo ser encontrado na forma de 5-5, 8-8, 8-5 e 8-0-4 diferulatos.3/36 al. Ferulic acid: a key component in grass lignocellulose recalcitrance to hydrolysis. Plant Biotechnology Joumal, v. 13, n. 9, p. 1224-1232, 2015). Ferulic acid is easily oxidized by peroxidase and, as products of coupling reactions via free radical, a wide variety of differulates (Iiyama, K; Lam, TBT; Stone, BA. Covalent cross-links in the cell wall. Physiology, v. 104, pp. 315-320, 1994; Hatfield, RD; Ralph, J; Grabber, JH.Cell wall cross-linking by ferulates and diferulates in grasses. Joumal of the Science Food and Agriculture, v. 79, 403-407, 1999), which are responsible for 70% of the total ferulates, and can be found in the form of 5-5, 8-8, 8-5 and 8-0-4 differulates.
[6] A feruloilação de GAX é importante porque faz diretamente as interligações entre as xilanas. Além disso, os ferulatos esterificados se incorporam à lignina através das ligações éter e carbono-carbono, na qualidade de sítios de nucleação para a formação de lignina. Os GAX em gramíneas têm um importante papel estrutural ligando as microfibrilas de celulose. A feruloilação também é responsável pela ligação da lignina com a rede de celulose/xilanas através dos complexos lignina-ferulato-xilanas (Jacquet, G; Pollet, B; Lapierre, C; Mhamdi, F; Ronaldo, C. New ether-linked ferulic acid-coniferyl alcohol dimers identified. Joumal of Agricultural and Food Chemistry, v. 43, n. 10, p. 2746-2751, 1995). Atribui-se às pontes de ácido ferúlico éster-éter formadas entre a lignina e o GAX, um papel importante na limitação da hidrólise da parede celular em gramíneas.[6] GAX feruloylation is important because it directly links xylans. In addition, esterified ferulates are incorporated into lignin through ether and carbon-carbon bonds, as nucleation sites for the formation of lignin. GAX in grasses play an important structural role in linking cellulose microfibrils. Feruloylation is also responsible for binding lignin to the cellulose / xylan network through the lignin-ferulate-xylan complexes (Jacquet, G; Pollet, B; Lapierre, C; Mhamdi, F; Ronaldo, C. New ether-linked ferulic acid-coniferyl alcohol dimers identified (Joumal of Agricultural and Food Chemistry, v. 43, n. 10, p. 2746-2751, 1995). The ester-ether ferulic acid bonds formed between lignin and GAX are attributed to an important role in limiting cell wall hydrolysis in grasses.
[7] O ácido ferúlico esterificado aos GAX em gramíneas interfere com a digestão da parede celular, impedindo a ligação das enzimas, como, por exemplo, a xilanase ao seu substrato, o que é essencial para a etapa de hidrólise. Portanto, a redução do nível de cross-linking de carboidratos da parede celular pode representar uma melhoria na velocidade e extensão da digestibilidade da parede celular em gramíneas e sua bioconversão em etanol e de nutrientes via ração animal (Dos Santos, WD; Ferrarese, MML; Ferrarese-Filho, O. Ferulic acid: an allelochemical troublemaker. Functional Plant Science and Biotechnology, v. 2, η. 1, p. 47-55, 2008; Hatfield, RD. Cell wall polysaccharide interactions and degradability. In: Jung, HG et al (Eds.), Forage Cell Wall Structure and Digestibility, ASA-CSSA-SSSA, Madison: WI, 1993. p. 285-313;[7] Ferulic acid esterified to GAX in grasses interferes with the digestion of the cell wall, preventing the binding of enzymes, such as xylanase to its substrate, which is essential for the hydrolysis stage. Therefore, the reduction in the cross-linking level of cell wall carbohydrates may represent an improvement in the speed and extent of cell wall digestibility in grasses and their bioconversion into ethanol and nutrients via animal feed (Dos Santos, WD; Ferrarese, MML ; Ferrarese-Filho, O. Ferulic acid: an allelochemical troublemaker. Functional Plant Science and Biotechnology, v. 2, η. 1, p. 47-55, 2008; Hatfield, RD. Cell wall polysaccharide interactions and degradability. In: Jung , HG et al (Eds.), Forage Cell Wall Structure and Digestibility, ASA-CSSA-SSSA, Madison: WI, 1993. pp. 285-313;
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Grabber, J H; Ralph, J; Hatfield, RD. Cross-linking of maize walls by ferulate dimerization and incorporation into lignin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 48, n. 12, p. 6106-6113, 2000.; Yu, ANQ. et al. The institute for genome research Osal rice genome annotation database. Plant Physiology, 138: 18-26, 2005; Buanafina, MMO et al. Manipulating the phenolic acid content and digestibility of Italian ryegrass (Lolium multtflorum) by vacuolar-targeted expression of a fungai ferulic acid esterase. Applied Biochemistry and Biotechnology, v. 130, η. 1, p. 416-426, 2006; Cao, BB et al. Microbial release of ferulic and p-coumaric acids from forages and their digestibility in lactating cows fed total mixed rations with different forage combinations. Journal of the Science of Food and Agriculture, v. 96, n. 2, p. 650-655, 2016).Grabber, J H; Ralph, J; Hatfield, RD. Cross-linking of maize walls by ferulate dimerization and incorporation into lignin. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 48, n. 12, p. 6106-6113, 2000 .; Yu, ANQ. et al. The institute for genome research Osal rice genome annotation database. Plant Physiology, 138: 18-26, 2005; Buanafina, MMO et al. Manipulating the phenolic acid content and digestibility of Italian ryegrass (Lolium multtflorum) by vacuolar-targeted expression of a fungai ferulic acid esterase. Applied Biochemistry and Biotechnology, v. 130, η. 1, p. 416-426, 2006; Cao, BB et al. Microbial release of ferulic and p-coumaric acids from forages and their digestibility in lactating cows fed total mixed rations with different forage combinations. Journal of the Science of Food and Agriculture, v. 96, n. 2, p. 650-655, 2016).
[8] O grupo de enzimas BAHD se divide em cinco subtipos (D’Auria, JC. Acyltransferases in plants: a good time to be BAHD. Current Opinion in Plant Biology, v. 9, p. 331-340, 2006), embora outros subclados tenham sido propostos (Touminen, LK et al., Differential phylogenetic expansions in BAHD acyltransferases across five angiosperm taxa and evidence of divergent expression among Populus paralogues. BMC Genomics, v. 12, η. 1, p. 236, 2011). Vários membros caracterizados usam hidroxicinamoil-CoAs como substratos, incluindo hidroxicinamoil-CoA ωchiquimato/quinato hidroxicinamoil transferase (HCT) envolvidos na síntese dos precursores de lignina (Hoffmann, L et al. Purification, cloning, and properties of an acyltransferase controlling shikimate and quinate ester intermediates in phenylpropanoid metabolism. The Journal of Biological Chemistry, v. 278, p. 95-103, 2003). Outros trabalhos descrevem as suberinas e cutinas feruloil transferases de Arabidopsis thaliana atuando na transferência de aceptores de grupamentos acil do hidroxicinamoil-CoA 03-hidroxi dos ácidos graxos (Molina, I et al. Identification of an Arabidopsis feruloyl-coenzyme A transferase required for suberin synthesis. Plant Physiology, v. 151, p. 1317-1328, 2009; Rautengarden C et al. The interconversion of UDP-arabinopyranose and UDP-arabinofuranose is indispensable for plant development in Arabidopsis. The Plant Cell, v. 23, n. 4, p. 1373-1390, 2011.).[8] The BAHD enzyme group is divided into five subtypes (D'Auria, JC. Acyltransferases in plants: a good time to be BAHD. Current Opinion in Plant Biology, v. 9, p. 331-340, 2006), although other subclades have been proposed (Touminen, LK et al., Differential phylogenetic expansions in BAHD acyltransferases across five angiosperm taxa and evidence of divergent expression among Populus paralogues. BMC Genomics, v. 12, η. 1, p. 236, 2011) . Several characterized members use hydroxycinnamyl-CoAs as substrates, including hydroxycinnamyl-CoA ωchiquimate / hydroxycinnamyl transferase (HCT) involved in the synthesis of lignin precursors (Hoffmann, L et al. Purification, cloning, and properties of an acyltransferase controlling shikimate and quinate ester intermediates in phenylpropanoid metabolism (The Journal of Biological Chemistry, v. 278, p. 95-103, 2003). Other works describe the suberins and cutins feruloil transferases of Arabidopsis thaliana acting on the transfer of acyl group acceptors of hydroxycinnamyl-CoA 03-hydroxy fatty acids (Molina, I et al. Identification of an Arabidopsis feruloyl-coenzyme A transferase required for suberin synthesis Plant Physiology, v. 151, p. 1317-1328, 2009; Rautengarden C et al. The interconversion of UDP-arabinopyranose and UDP-arabinofuranose is indispensable for plant development in Arabidopsis. The Plant Cell, v. 23, n. 4 , pp. 1373-1390, 2011.).
[9] Em Bartley et al. Overexpression of a BAHD acyltransferase, OsAtlO, alters rice cell wall hydroxycinnamic acid content and saccharification. Plant Physiology, v.[9] In Bartley et al. Overexpression of a BAHD acyltransferase, OsAtlO, alters rice cell wall hydroxycinnamic acid content and saccharification. Plant Physiology, v.
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161, ρ. 1615-1633 (2013) é demonstrado que linhagens de arroz superexpressando o gene OsATlO resultou no aumento de pCA, envolvido na modificação de glucuronoarabinoxilano, mostrou um aumento até 40% na sacarificação. Buanafina et al. Functional testing of a PF02458 homologue of putative rice arabinoxylan feruloyl transferase genes in Brachypodium distachyon. Planta, v. 243, p. 659-674 (2016) reportaram efeitos nas alterações da expressão de Bradi2g43520 (BdATT, BdBAHD5 na nossa nomenclatura), um homólogo do gene LOC_Os01g42880 de arroz em Brachypodium distachyon. O silenciamento gênico em várias linhagens independentes RNAi::BdATl, resultou em uma redução de até 35% nos níveis de ácido ferúlico em folhas e caules em comparação com as plantas controle.161, ρ. 1615-1633 (2013) it is shown that rice strains overexpressing the OsATlO gene resulted in an increase in pCA, involved in the modification of glucuronoarabinoxylan, showed an increase of up to 40% in saccharification. Buanafina et al. Functional testing of a PF02458 homologue of putative rice arabinoxylan feruloyl transferase genes in Brachypodium distachyon. Plant, v. 243, p. 659-674 (2016) reported effects on changes in the expression of Bradi2g43520 (BdATT, BdBAHD5 in our nomenclature), a homologue of the LOC_Os01g42880 rice gene in Brachypodium distachyon. Gene silencing in several independent RNAi :: BdATl strains resulted in a reduction of up to 35% in the levels of ferulic acid in leaves and stems compared to control plants.
[10] Existe uma necessidade de aumentar a digestibilidade em gramíneas tanto para produção de biocombustível via etanol de segunda geração (2G) quanto para produção de ração animal, além da produção de compostos químicos de alto valor agregado. Esta invenção atende estas necessidades.[10] There is a need to increase digestibility in grasses both for the production of biofuel via second generation ethanol (2G) and for the production of animal feed, in addition to the production of chemical compounds with high added value. This invention meets these needs.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [11] A invenção fornece um método para gerar plantas com níveis reduzidos de ácido ferúlico e aumento na sacarificação. Plantas transgênicas produzidas por tal estratégia poderão ser usadas tanto para produção de biocombustível via etanol de segunda geração (2G) quanto para produção de ração animal.SUMMARY OF THE INVENTION [11] The invention provides a method for generating plants with reduced levels of ferulic acid and increased saccharification. Transgenic plants produced by this strategy can be used both for the production of biofuel via second generation ethanol (2G) and for the production of animal feed.
[12] Em um aspecto, a invenção provê um método de produzir uma planta com estrutura de parede celular alterada através da inserção na dita planta de uma molécula de DNA cuja expressão resulta em uma molécula de RNA cuja sequência compreenda pelo menos um segmento de 18 ou mais nucleotídeos contíguos complementares a pelo menos um fragmento de SEQ ID No 1, SEQ ID No 3, SEQ ID No 5 ou SEQ ID No 7. A invenção também prevê a planta e/ou partes da planta produzida pelo referido método.[12] In one aspect, the invention provides a method of producing a plant with altered cell wall structure by inserting into said plant a DNA molecule whose expression results in an RNA molecule whose sequence comprises at least one segment of 18 or more contiguous nucleotides complementary to at least one fragment of SEQ ID No 1, SEQ ID No 3, SEQ ID No 5 or SEQ ID No 7. The invention also provides for the plant and / or parts of the plant produced by said method.
[13] Em outro aspecto, a invenção fornece molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No[13] In another aspect, the invention provides an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No
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6/36 ou em SEQ ID No 12. Também é prevista a molécula de ácido nucléico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou até 100% de similaridade com o complemento da sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12.6/36 or in SEQ ID No 12. An isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or up to 100% similarity to the complement of the sequence described in SEQ ID No 9 , SEQ ID NO 10, SEQ ID NO 11 or SEQ ID NO 12.
[14] Um aspecto adicional da invenção fornece um gene quimérico que compreenda pelo menos um polinucleotídeo compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12 ligado operacionalmente a um promotor ativo. Também é abordada uma construção gênica compreendendo um ou mais do referido gene quimérico.[14] A further aspect of the invention provides a chimeric gene that comprises at least one polynucleotide comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID NO 11 or SEQ ID NO 12 operationally linked to an active promoter. Also discussed is a gene construct comprising one or more of said chimeric gene.
[15] A invenção ainda prevê uma construção gênica que compreenda uma primeira região com uma sequência de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos tendo pelo menos 90, 95, 99 ou até 100% de similaridade com pelo menos uma sequência de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos da sequência de nucleotídeos sense selecionada dentre SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 e SEQ ID No 12 e uma segunda região com uma sequência de nucleotídeos de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos tendo pelo menos 90, 95, 99 ou até 100% de similaridade de sequência com o complemento de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos de pelo menos uma sequência de nucleotídeos selecionada dentre SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 e em SEQ ID No 12.[15] The invention further provides for a gene construct that comprises a first region with a sequence of 18 or more consecutive nucleotides having at least 90, 95, 99 or up to 100% similarity with at least one sequence of 18 or more consecutive nucleotides from sense nucleotide sequence selected from SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 and SEQ ID No 12 and a second region with a nucleotide sequence of 18 or more consecutive nucleotides having at least 90, 95, 99 or even 100% sequence similarity with the complement of 18 or more consecutive nucleotides from at least one nucleotide sequence selected from SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 and SEQ ID No 12.
[16] Em outro aspecto é fornecido um método para produção de uma célula de planta transgênica, planta, semente ou parte de planta capaz de expressar um dsRNA capaz de suprimir a expressão de do gene BAHD1, BAHD3, BAHD5 ou BAHD8, através da transformação de uma célula vegetal com uma construção gênica como descrita acima.[16] In another aspect, a method is provided for producing a transgenic plant cell, plant, seed or plant part capable of expressing a dsRNA capable of suppressing the expression of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 or BAHD8 gene, through transformation of a plant cell with a gene construct as described above.
[17] A invenção ainda provê um vetor que compreende uma molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12, assim como a molécula de RNA dupla-fita produzida a partir da expressão do referido vetor.[17] The invention further provides a vector comprising an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10 , SEQ ID NO 11 or SEQ ID NO 12, as well as the double-stranded RNA molecule produced from the expression of said vector.
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7/36 [18] Também são fornecidas célula e planta transformada compreendendo uma molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12, assim como semente ou parte propagativa da planta.7/36 [18] Cell and transformed plant comprising an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID NO 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 or SEQ ID No 12, as well as seed or propagating part of the plant.
[19] Em outro aspecto, é abordado um método de alteração de estrutura de parede celular através da exposição de planta ou parte da planta à molécula de RNA dupla-fíta cuja sequência compreende pelo menos um segmento de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos de pelo menos uma sequência selecionada dentre SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 e SEQ ID No 12.[19] In another aspect, a method of altering cell wall structure by exposing a plant or part of a plant to a double-stranded RNA molecule whose sequence comprises at least a segment of 18 or more consecutive nucleotides of at least a sequence selected from SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 and SEQ ID No 12.
[20] Também é prevista uma composição contendo molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12, assim como método de produzir uma planta com estrutura de parede celular alterada através da exposição da planta à referida composição. A referida planta também é fornecida.[20] An isolated nucleic acid molecule composition comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No. 11 or SEQ ID No. 12, as well as a method of producing a plant with altered cell wall structure by exposing the plant to said composition. Said plant is also provided.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [21] Figura 1: Representação esquemática dos vetores binários para silenciamento via RNAi dos genes BAHD. A - Vetor binário usado para transformação de S. viridis; B Vetor binário usado para transformação de cana-de-açúcar.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES [21] Figure 1: Schematic representation of the binary vectors for silencing via RNAi of the BAHD genes. A - Binary vector used for the transformation of S. viridis; B Binary vector used for processing sugarcane.
[22] Figura 2: Expressão relativa dos genes BAHD1, BAHD5 e BAHD8 dos eventos transgênicos T0 de S. viridis.[22] Figure 2: Relative expression of the BAHD1, BAHD5 and BAHD8 genes of the S. viridis transgenic T0 events.
[23] Figura 3: Expressão relativa do gene BAHD1 dos eventos transgênicos homozigotos T2 (Ev 17.3 e Ev 18.1) de S. viridis. (A) Colmo; (B) Folha e (C) Raiz. NT - planta não transformada.[23] Figure 3: Relative expression of the BAHD1 gene for homozygous transgenic T2 events (Ev 17.3 and Ev 18.1) from S. viridis. (A) Thatch; (B) Leaf and (C) Root. NT - unprocessed plant.
[24] Figura 4: Expressão relativa dos eventos transgênicos de S. viridis com o gene BAHD1 sob controle do promotor SilRXl.[24] Figure 4: Relative expression of S. viridis transgenic events with the BAHD1 gene under the control of the SilRX1 promoter.
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8/36 [25] Figura 5: Quantificação do ácido trans ferúlico (TFA) e p-cumárico (PCA) em colmo. NT - planta não transformada; Ev. 17.3 e Ev. 18.1 - eventos transgênicos homozigotos. As letras a e b no gráfico expressam uma diferença estatisticamente significantiva em relação ao NT ou entre os eventos, respectivamente, pela análise de variância unidirecional (ANOVA) seguida pelo teste de Tukey (p <0,05).8/36 [25] Figure 5: Quantification of trans ferulic acid (TFA) and p-cumaric acid (PCA) in stem. NT - unprocessed plant; Ev. 17.3 and Ev. 18.1 - homozygous transgenic events. The letters a and b in the graph express a statistically significant difference in relation to the NT or between the events, respectively, by the one-way analysis of variance (ANOVA) followed by the Tukey test (p <0.05).
[26] Figura 6: Quantificação do ácido trans ferúlico (TFA) e p-cumárico (PCA) em folhas. NT - planta não transformada; Ev. 17.3 e Ev. 18.1 - eventos transgênicos homozigotos. As letras a e b no gráfico expressam uma diferença estatisticamente significantiva em relação ao NT ou entre os eventos, respectivamente, pela análise de variância unidirecional (ANOVA) seguida pelo teste de Tukey (p <0,05).[26] Figure 6: Quantification of trans ferulic acid (TFA) and p-cumaric acid (PCA) in leaves. NT - unprocessed plant; Ev. 17.3 and Ev. 18.1 - homozygous transgenic events. The letters a and b in the graph express a statistically significant difference in relation to the NT or between the events, respectively, by the one-way analysis of variance (ANOVA) followed by the Tukey test (p <0.05).
[27] Figura 7: Quantificação do ácido trans ferúlico (TFA) e p-cumárico (PCA) em raízes. NT - planta não transformada; Ev. 17.3 e Ev. 18.1 - eventos transgênicos homozigotos. As letras a e b no gráfico expressam uma diferença estatisticamente significantiva em relação ao NT ou entre os eventos, respectivamente, pela análise de variância unidirecional (ANOVA) seguida pelo teste de Tukey (p <0,05).[27] Figure 7: Quantification of trans ferulic acid (TFA) and p-cumaric acid (PCA) in roots. NT - unprocessed plant; Ev. 17.3 and Ev. 18.1 - homozygous transgenic events. The letters a and b in the graph express a statistically significant difference in relation to the NT or between the events, respectively, by the one-way analysis of variance (ANOVA) followed by the Tukey test (p <0.05).
[28] Figura 8: Conteúdo de lignina em NT - planta não transformada; Ev. 17.3 e Ev. 18.1 - eventos transgênicos homozigotos. (A) Colmo; (B) Folhas e (C) raízes. As letras a e b no gráfico expressam uma diferença estatisticamente significantiva em relação ao NT ou entre os eventos, respectivamente, pela análise de variância unidirecional (ANOVA) seguida pelo teste de Tukey (p <0,05).[28] Figure 8: Lignin content in NT - unprocessed plant; Ev. 17.3 and Ev. 18.1 - homozygous transgenic events. (A) Thatch; (B) Leaves and (C) roots. The letters a and b in the graph express a statistically significant difference in relation to the NT or between the events, respectively, by the one-way analysis of variance (ANOVA) followed by the Tukey test (p <0.05).
[29] Figura 9: Quantificação dos monômeros constituintes da parede celular dos eventos T2 BAHD1 e NT. (A) Colmo; (B) Folha e (C) Raiz.[29] Figure 9: Quantification of the monomers that make up the cell wall of T2 BAHD1 and NT events. (A) Thatch; (B) Leaf and (C) Root.
[30] Figura 10: Sacarificação de S. viridis com coquetel comercial enzimático Cellic®Ctec3 a 10 FPU (Unidades de papel filtro) /g de biomassa). NT - planta não transformada; Ev. 17.3 e Ev. 18.1- eventos transgênicos homozigotos.[30] Figure 10: Saccharification of S. viridis with commercial enzymatic cocktail Cellic®Ctec3 at 10 FPU (Filter paper units) / g of biomass). NT - unprocessed plant; Ev. 17.3 and Ev. 18.1- homozygous transgenic events.
[31] Figura 11: Fenotipagem dos eventos homozigotos de S. viridis e cana-de-açúcar. (A) Biomassa de S. viridis; (B) Peso de 1,000 sementes de S. viridis, (C) Fenótipo de S. viridis e (D) Fenótipo de cana-de-açúcar[31] Figure 11: Phenotyping of the homozygous events of S. viridis and sugar cane. (A) S. viridis biomass; (B) Weight of 1,000 seeds of S. viridis, (C) Phenotype of S. viridis and (D) Phenotype of sugar cane
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9/36 [32] Figura 12: Expressão relativa dos eventos transgênicos de cana-de-açúcar com o gene BAHD1.9/36 [32] Figure 12: Relative expression of transgenic sugarcane events with the BAHD1 gene.
[33] Figura 13: Quantificação do ácido trans ferúlico (TFA) e p-cumárico (PCA) em folhas dos eventos de cana-de-açúcar. NT - planta não transformada.[33] Figure 13: Quantification of trans ferulic acid (TFA) and p-cumaric acid (PCA) in leaves of sugarcane events. NT - unprocessed plant.
[34] Figura 14: Percentual de glicose liberada pela sacarificação de folhas dos eventos de cana-de-açúcar em diferentes tempos de hidrólise enzimática (TO = Ohs; T3 = 3hs; T6 = 6hs; TIO = lOhs; T24 = 24hs). NT - planta não transformada; Ev - eventos transgênicos gerados.[34] Figure 14: Percentage of glucose released by saccharification of leaves from sugarcane events at different times of enzymatic hydrolysis (TO = Ohs; T3 = 3hs; T6 = 6hs; TIO = 10hs; T24 = 24hs). NT - unprocessed plant; Ev - transgenic events generated.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [35] A presente invenção tem como finalidade o fornecimento de método para modificar a expressão, bem como uma sequência promotora eficaz para plantas, preferencialmente Poaceas, de forma a tomar possível a produção de variedades geneticamente modificadas silenciando os genes de interesse em toda planta ou em partes dela.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [35] The purpose of the present invention is to provide a method for modifying expression, as well as an effective promoter sequence for plants, preferably Poaceas, in order to make possible the production of genetically modified varieties by silencing the genes of interest. in every plant or in parts of it.
[36] No contexto dessa descrição, inúmeros termos serão utilizados e por isso serão mais bem detalhados a seguir:[36] In the context of this description, a number of terms will be used and will therefore be further detailed below:
[37] Os termos polinucletídeo e ácido nucléico são utilizados de maneira equivalente e referem-se a um polímero simples ou de cadeia dupla de bases de desoxirribonucleotídeos ou ribonucletídeos lidos a partir da extremidade 5' para a 3'. Um ácido nucléico da presente invenção contém geralmente ligações fosfodiéster, apesar de que, em alguns casos, podem ser utilizados análogos de ácido nucléico que podem ter esqueletos alternativos, contendo, por exemplo, ligações fosforamidato, fosforotioato, fosforoditioato, ou O-metil fosforamidita (ver Eckstein, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Oxford University Press); esqueletos positivos; esqueletos não-iônicos, e cadeias principais sem ribose. Assim, ácidos nucléicos ou polinucleótidos também podem incluir nucleotídeos modificados que permitem uma leitura correta pela polimerase. Sequência de polinucleotídeo ou sequência de ácido nucléico inclui tanto as cadeias senso e antisenso de um ácido nucléico assim como[37] The terms polynucleotide and nucleic acid are used in an equivalent manner and refer to a single or double-stranded polymer of deoxyribonucleotides or ribonucleotides read from the 5 'to the 3' end. A nucleic acid of the present invention generally contains phosphodiester bonds, although in some cases nucleic acid analogs may be used which may have alternative skeletons, containing, for example, phosphoramidate, phosphorothioate, phosphorodithioate, or O-methyl phosphoramidite ( see Eckstein, Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Oxford University Press); positive skeletons; nonionic skeletons, and ribose-free backbones. Thus, nucleic acids or polynucleotides can also include modified nucleotides that allow correct reading by the polymerase. Polynucleotide sequence or nucleic acid sequence includes both the sense and antisense chains of a nucleic acid as well as
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10/36 cadeias simples individuais ou em duplex. A descrição de uma única fita, também define a sequência complementar; assim, as sequências aqui descritas também fornecem o complemento da sequência. “Complementariedade” refere-se ao pareamento específico de bases purinas e pirimidinas que consistem de ácidos nucleicos: pares de adenina com timina e pares de guanina com citosina. Então, o “complemento” de um primeiro fragmento de ácido nucleico refere-se ao segundo fragmento de ácido nucleico cuja sequência de nucleotídeos é complementar à primeira sequência de nucleotídeos. A menos que indicado especificamente, uma sequência de ácido nucléico particular abrange também, implicitamente, as suas variantes (por exemplo, substituições dos códons degenerados) e sequências complementares, assim como a sequência indicada explicitamente.10/36 single strands or in duplex. The description of a single tape also defines the complementary sequence; thus, the sequences described here also provide the sequence complement. “Complementarity” refers to the specific pairing of purine bases and pyrimidines that consist of nucleic acids: pairs of adenine with thymine and pairs of guanine with cytosine. Then, the "complement" of a first nucleic acid fragment refers to the second nucleic acid fragment whose nucleotide sequence is complementary to the first nucleotide sequence. Unless specifically indicated, a particular nucleic acid sequence also implicitly encompasses its variants (for example, substitutions of degenerate codons) and complementary sequences, as well as the explicitly indicated sequence.
[38] Em organismos mais complexos, o ácido desoxirribonucleico (DNA) é um ácido nucléico que contém a informação do material genético de um dado organismo, enquanto o ácido ribonucleico (RNA) é um ácido nucléico que está envolvido na transferência da informação do DNA em proteínas. Um “genoma” é toda parte principal do material genético contida em cada célula de um organismo. O termo “sequência de nucleotídeo” refere-se às sequências de polímeros de nucleotídeos, formando uma fita de DNA ou RNA, as quais podem ser simples ou dupla-fita, opcionalmente sintéticas, não naturais ou com bases de nucleotídeos alteradas capazes de incorporação dentro de polímeros de DNA ou RNA. O termo “oligômero” refere-se a sequências curtas de nucleotídeos, usualmente até 100 bases de comprimento. O termo “homólogo” faz referência à ligação ancestral entre as sequências de nucleotídeos de duas moléculas de ácido nucleico ou entre as sequências de aminoácidos de duas moléculas de proteínas. A estimativa de tal homologia é provida através da hibridização de DNA-DNA ou RNARNA sob condições de estringência como definido no estado da técnica (como mencionado no documento US20030074685, Hames, BD and Higgins, SJ (1985) Nucleic Acid Hybridization: A Practical Approach, IRL Press Oxford, U.K); ou pela comparação de similaridade de sequência entre duas moléculas de ácido nucleico ou proteína (como mencionado no documento US20030074685, Needleman et al., J. Mol. Biol. (1970) 48:443-453).[38] In more complex organisms, deoxyribonucleic acid (DNA) is a nucleic acid that contains information about the genetic material of a given organism, while ribonucleic acid (RNA) is a nucleic acid that is involved in the transfer of DNA information in proteins. A “genome” is every major part of the genetic material contained in each cell in an organism. The term "nucleotide sequence" refers to sequences of nucleotide polymers, forming a strand of DNA or RNA, which can be single or double stranded, optionally synthetic, unnatural or with altered nucleotide bases capable of incorporation within of DNA or RNA polymers. The term "oligomer" refers to short sequences of nucleotides, usually up to 100 bases in length. The term "homologous" refers to the ancestral link between the nucleotide sequences of two nucleic acid molecules or between the amino acid sequences of two protein molecules. The estimation of such homology is provided by hybridizing DNA-DNA or RNARNA under stringent conditions as defined in the prior art (as mentioned in US20030074685, Hames, BD and Higgins, SJ (1985) Nucleic Acid Hybridization: A Practical Approach , IRL Press Oxford, UK); or by comparing sequence similarity between two nucleic acid or protein molecules (as mentioned in US20030074685, Needleman et al., J. Mol. Biol. (1970) 48: 443-453).
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11/36 [39] “Gene” refere-se ao fragmento de nucleotídeo que expressa uma proteína específica, incluindo sequências regulatórias precedentes (região 5’ não traduzida) e posteriores (região 3’ não traduzida) à região codificadora. “Gene nativo” refere-se a um gene isolado com sua própria sequência reguladora encontrada na natureza. “Gene quimérico” refere-se ao gene que compreende sequências codificadoras, regulatórias e heterogêneas não encontradas na natureza. O gene quimérico da presente invenção compreende moléculas isoladas de ácido nucleicos, na orientação sense ou antisense, ligadas operacionalmente a promotores ativos. Construções gênicas da presente invenção podem conter um ou mais genes quiméricos e podem ou não apresentar íntrons. “Gene endógeno” refere-se ao gene nativo normalmente encontrado em sua localização natural no genoma e não é isolado. Um “gene exógeno” refere-se a um gene que não é normalmente encontrado no organismo hospedeiro, mas que é introduzido por transferência gênica. “Pseudogene” refere-se a uma sequência nucleotídica que não codifica uma enzima funcional.11/36 [39] "Gene" refers to the nucleotide fragment that expresses a specific protein, including preceding (5 'untranslated region) and later (3' untranslated) regulatory sequences to the coding region. "Native gene" refers to an isolated gene with its own regulatory sequence found in nature. "Chimeric gene" refers to the gene that comprises coding, regulatory and heterogeneous sequences not found in nature. The chimeric gene of the present invention comprises isolated nucleic acid molecules, in the sense or antisense orientation, operably linked to active promoters. Gene constructs of the present invention may contain one or more chimeric genes and may or may not have introns. “Endogenous gene” refers to the native gene normally found in its natural location in the genome and is not isolated. An "exogenous gene" refers to a gene that is not normally found in the host organism, but that is introduced by gene transfer. "Pseudogene" refers to a nucleotide sequence that does not encode a functional enzyme.
[40] “Sequência codificadora” refere-se à sequência de DNA que codifica uma proteína específica e exclui a sequência não codificadora. Uma “sequência codificadora interrompida” significa a sequência que atua como separadora (por exemplo, um ou mais íntrons ligados através de junções). Um “íntron” é uma sequência de nucleotídeo que é transcrita e está presente no pré mRNA, mas é removida através de divagem e a re-ligação do mRNA dentro da célula gerando um mRNA maduro que pode ser traduzido em uma proteína. Exemplos de íntrons incluem, mas não são limitados a, intron pdk, íntron pdk2, íntron catalase da mamona, íntron Delta 12 desnaturase de algodão, Delta 12 desnaturase de Arabidopsis thaliana, íntron ubiquitina de milho, íntron de SV40, íntrons do gene da malato sintase.[40] "Coding sequence" refers to the DNA sequence that encodes a specific protein and excludes the non-coding sequence. An "interrupted coding sequence" means the sequence that acts as a separator (for example, one or more introns connected through junctions). An "intron" is a nucleotide sequence that is transcribed and is present in the pre mRNA, but is removed by dividing and reconnecting the mRNA within the cell generating a mature mRNA that can be translated into a protein. Examples of introns include, but are not limited to, intron pdk, intron pdk2, intron catalase of castor, intron Delta 12 denaturase cotton, Delta 12 denaturase Arabidopsis thaliana, ubiquitin corn intron, SV40 intron, SV40 intron synthase.
[41] “Transcrito de RNA” refere-se ao produto resultante da transcrição catalisada pela RNA polimerase de uma sequência de DNA. Quando o transcrito de RNA é uma cópia perfeita da sequência de DNA, ele é referido com transcrito primário ou ele pode ser uma sequência de RNA derivada de um processo pós-transcricional do transcrito primário e é então referido como transcrito maduro. “RNA mensageiro (mRNA)” refere-se ao RNA sem íntrons. “RNA sense” refere-se a um transcrito de RNA que[41] "RNA transcript" refers to the product resulting from transcription catalyzed by the RNA polymerase of a DNA sequence. When the RNA transcript is a perfect copy of the DNA sequence, it is referred to as a primary transcript or it can be an RNA sequence derived from a post-transcriptional process of the primary transcript and is then referred to as a mature transcript. “Messenger RNA (mRNA)” refers to RNA without introns. “RNA sense” refers to an RNA transcript that
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12/36 inclui o mRNA. “RNA antisense” refere-se a um transcrito de RNA que é complementar a todas as partes de um transcrito primário ou mRNA e que pode bloquear a expressão de um gene alvo através da interferência no processamento, transporte e/ou tradução do seu transcrito primário ou mRNA. A complementaridade de um RNA antisense pode ser com qualquer parte do transcrito gênico específico, isto é, sequência 5’ não traduzida, sequência 3’ não traduzida, íntrons ou sequência codificadora. Além disso, o RNA antisense pode conter regiões de sequências ribozima que aumentam a eficácia do RNA antisense para bloquear a expressão gênica.12/36 includes mRNA. “Antisense RNA” refers to an RNA transcript that is complementary to all parts of a primary transcript or mRNA and that can block the expression of a target gene by interfering with the processing, transport and / or translation of its primary transcript or mRNA. The complementarity of an antisense RNA can be with any part of the specific gene transcript, i.e., 5 'untranslated sequence, 3' untranslated sequence, introns or coding sequence. In addition, antisense RNA may contain regions of ribozyme sequences that increase the effectiveness of antisense RNA to block gene expression.
[42] Duas sequências de ácidos nucléicos ou sequências de polipeptídeos são referidas como sendo idênticas se a sequência de nucleotídeos ou resíduos de aminoácidos, respectivamente, nas duas sequências, é a mesma quando alinhados para uma correspondência máxima, tal como descrito abaixo. Os termos “idênticos” ou porcentagem de identidade, no contexto de dois ou mais ácidos nucléicos ou sequências de polipeptídeos, referem-se a duas ou mais sequências e subsequências que são a mesma ou têm uma percentagem especificada de resíduos de aminoácidos ou de nucleotídeos que são os mesmos, quando comparadas e alinhadas para uma correspondência máxima sobre uma faixa de comparação, tal como medido utilizando um dos seguintes algoritmos de comparação de sequências ou por alinhamento manual e inspeção visual. Quando a percentagem de identidade da sequência é usada em referência às proteínas ou peptídeos, é conhecido que as posições de resíduos que não são idênticas frequentemente diferem pela substituição do aminoácido conservado, onde os resíduos de aminoácidos são substituídos por outros resíduos de aminoácidos com propriedades químicas semelhantes (por exemplo, carga ou hidrofobicidade) e, portanto, não alteram as propriedades funcionais da molécula. Quando as sequências diferem em substituições conservadas, o percentual de identidade da sequência pode ser ajustado para corrigir a natureza conservada da substituição. As formas para fazer este ajuste são bem conhecidos. Normalmente, isto envolve marcar uma substituição conservada como parciais em vez de uma completa incompatibilidade, aumentando desse modo a percentagem de identidade de sequência. Assim, por exemplo, onde a um aminoácido idêntico é atribuída uma pontuação 1 e uma substituição não conservada é dada uma nota zero e a uma substituição conservada é dada uma nota entre zero e 1. A pontuação[42] Two nucleic acid sequences or polypeptide sequences are said to be identical if the sequence of nucleotides or amino acid residues, respectively, in the two sequences, is the same when aligned for maximum matching, as described below. The terms "identical" or percent identity, in the context of two or more nucleic acids or polypeptide sequences, refer to two or more sequences and subsequences that are the same or have a specified percentage of amino acid or nucleotide residues that they are the same when compared and aligned for maximum correspondence over a comparison range, as measured using one of the following sequence comparison algorithms or by manual alignment and visual inspection. When the percentage of sequence identity is used in reference to proteins or peptides, it is known that the positions of residues that are not identical often differ by replacing the conserved amino acid, where the amino acid residues are replaced by other amino acid residues with chemical properties similar (for example, charge or hydrophobicity) and therefore do not alter the functional properties of the molecule. When the sequences differ in conservative substitutions, the percent identity of the sequence can be adjusted to correct the conserved nature of the substitution. The ways to make this adjustment are well known. This usually involves marking a conservative substitution as partial rather than complete incompatibility, thereby increasing the percentage of sequence identity. Thus, for example, where an identical amino acid is given a score of 1 and a non-conserved substitution is given a zero and a conserved substitution is given a score between zero and 1. The score
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13/36 das substituições conservadas é calculada de acordo com, por exemplo, o algoritmo de Meyers e Miller (1988), por exemplo, do programa PC/GENE (Intelligenetics, Mountain View, Calif., EUA).13/36 of conserved substitutions is calculated according to, for example, the algorithm of Meyers and Miller (1988), for example, from the PC / GENE program (Intelligenetics, Mountain View, Calif., USA).
[43] Para comparação de sequências, tipicamente uma sequência atua como sequência de referência, as quais as sequências teste são comparadas. Quando se utiliza um algoritmo de comparação de sequências, testes em sequências de referência são inseridos em um computador, as coordenadas das subsequências são designadas, se necessárias, e a sequência de parâmetros do algoritmo no programa são designados. Parâmetros padrão do programa podem ser utilizados, ou podem ser utilizados parâmetros alternativos. A sequência de comparação do algoritmo calcula então a identidade percentual da sequência teste em relação à sequência de referência, com base nos parâmetros do programa.[43] For sequence comparison, typically a sequence acts as a reference sequence, which the test sequences are compared to. When using a sequence comparison algorithm, tests on reference sequences are entered into a computer, subsequence coordinates are designated, if necessary, and the sequence of algorithm parameters in the program are designated. Standard program parameters can be used, or alternative parameters can be used. The comparison sequence of the algorithm then calculates the percent identity of the test sequence in relation to the reference sequence, based on the program parameters.
[44] As sequências de ácido nucleico ou proteína que são substancialmente idênticas a uma sequência de referência incluem variantes modificadas de forma conservada no que diz respeito uma sequência de ácido nucléico em particular, variantes modificadas de forma conservada referem-se aos ácidos nucleicos que codificam sequências de aminoácidos idênticas ou essencialmente idênticas, ou em que o ácido nucléico não codifica uma sequência de aminoácidos para sequências essencialmente idênticas. Devido à degenerabilidade do código genético, um grande número de ácidos nucleicos funcionalmente idênticos codifica qualquer dada proteína. Por exemplo, os códons GCA, GCC, GCG e GCU codificam o aminoácido alanina. Assim, em cada posição em que uma alanina é especificada por um códon, o códon pode ser alterado para qualquer um dos códons acima descritos sem alterar o polipeptídeo codificado. Tais variações de ácido nucléico são variações silenciosas, que são uma espécie de forma variante modificada de forma conservada. Cada sequência de ácido nucléico aqui mencionado que codifica um polipeptídeo também descreve cada possível variação silenciosa do ácido nucléico. Um especialista reconhecerá que cada códon em um ácido nucléico (exceto AUG, que é normalmente o único códon para a metionina) pode ser modificado para originar uma molécula funcionalmente idêntica. Assim, cada variação silenciosa de[44] Nucleic acid or protein sequences that are substantially identical to a reference sequence include conservatively modified variants with respect to a particular nucleic acid sequence, conservatively modified variants refer to the nucleic acids that encode identical or essentially identical amino acid sequences, or where the nucleic acid does not encode an amino acid sequence for essentially identical sequences. Due to the degeneracy of the genetic code, a large number of functionally identical nucleic acids encode any given protein. For example, codons GCA, GCC, GCG and GCU encode the amino acid alanine. Thus, at each position where an alanine is specified by a codon, the codon can be changed to any of the codons described above without changing the encoded polypeptide. Such variations of nucleic acid are silent variations, which are a kind of conservatively modified variant form. Each nucleic acid sequence mentioned herein that encodes a polypeptide also describes each possible silent variation of the nucleic acid. A specialist will recognize that each codon in a nucleic acid (except AUG, which is normally the only codon for methionine) can be modified to give a functionally identical molecule. So, each silent variation of
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14/36 um ácido nucleico que codifica um polipeptídeo está implícita em cada sequência descrita.14/36 a nucleic acid encoding a polypeptide is implied in each described sequence.
[45] Tal como as sequências de aminoácidos, um especialista reconhecerá que as substituições individuais, numa sequência de ácido nucleico, peptídeo, polipeptídeo ou proteína que altera um único aminoácido ou uma pequena porcentagem de aminoácidos na sequência codificada é uma variante modificada de forma conservada, onde as alterações resultam na substituição de um aminoácido com um aminoácido quimicamente semelhante. Tabelas de substituição conservada que proporcionam aminoácidos funcionalmente similares são bem conhecidos neste campo.[45] As with amino acid sequences, one skilled in the art will recognize that individual substitutions in a nucleic acid, peptide, polypeptide or protein sequence that alters a single amino acid or a small percentage of amino acids in the coded sequence is a conservatively modified variant , where the changes result in the replacement of an amino acid with a chemically similar amino acid. Conservative substitution tables that provide functionally similar amino acids are well known in the field.
[46] Os seis grupos seguintes contêm, cada um, aminoácidos que mostram substituições conservadas (Voet, D; Voet, JG; Pratt, CW. Fundamentais of biochemistry: life at the molecular levei: John Wiley and Sons New York: 2013):[46] The following six groups each contain amino acids that show conservative substitutions (Voet, D; Voet, JG; Pratt, CW. Fundamentals of biochemistry: life at the molecular I took: John Wiley and Sons New York: 2013):
1) Alanina (A), Serina (S), Treonina (T);1) Alanine (A), Serine (S), Threonine (T);
2) Ácido aspártico (D), ácido Glutâmico (E);2) Aspartic acid (D), Glutamic acid (E);
3) Asparagina (N), Glutamina (Q);3) Asparagine (N), Glutamine (Q);
4) Arginina (R), Lisina (K);4) Arginine (R), Lysine (K);
5) Isoleucina (I), Leucina (L), Metionina (M), Valina (V); e5) Isoleucine (I), Leucine (L), Methionine (M), Valine (V); and
6) Fenilalanina (F), Tirosina (Y), Triptofano (W).6) Phenylalanine (F), Tyrosine (Y), Tryptophan (W).
[47] Outra indicação de que as sequências de nucleotídeos são substancialmente idênticas é se duas moléculas hibridizam uma com a outra, ou a um terceiro ácido nucléico, sob condições estringentes. As condições estringentes são dependentes da sequência e variam de acordo com as circunstâncias. Geralmente, as condições estringentes são selecionadas para aproximadamente 5°C inferior ao ponto de desnaturação (Tm) para a sequência específica em uma força iônica e pH definidos. A Tm é a temperatura (sob força iônica e pH definidos) à qual 50% da sequência alvo mantém hibridizada com uma sonda perfeitamente correspondente. Tipicamente, as condições estringentes serão aquelas em que a concentração de sal é de 0,02 M em pH 7 e a temperatura é pelo menos cerca de 60°C. Por exemplo, as condições estringentes de[47] Another indication that the nucleotide sequences are substantially identical is whether two molecules hybridize to each other, or to a third nucleic acid, under stringent conditions. The stringent conditions are sequence dependent and vary according to the circumstances. Generally, stringent conditions are selected to be approximately 5 ° C below the denaturation point (Tm) for the specific sequence at a defined ionic strength and pH. Tm is the temperature (under defined ionic strength and pH) at which 50% of the target sequence remains hybridized with a perfectly matched probe. Typically, stringent conditions will be those in which the salt concentration is 0.02 M at pH 7 and the temperature is at least about 60 ° C. For example, stringent
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15/36 hibridização, tais como hibridações de DNA-RNA em uma técnica de transferência são aqueles que incluem, pelo menos, uma lavagem em 0,2 x SSC a 55°C durante 20 minutos, ou condições equivalentes.15/36 hybridization, such as DNA-RNA hybridizations in a transfer technique are those that include at least one wash in 0.2 x SSC at 55 ° C for 20 minutes, or equivalent conditions.
[48] O termo promotor, tal como aqui utilizado, refere-se a uma sequência polinucleotídica capaz de dirigir a transcrição de uma sequência de DNA numa célula. Assim, os promotores usados nas construções polinucleotídicas da invenção incluem elementos de controle da transcrição cis e írans-atuante e sequências regulatórias que estão envolvidas na regulação ou modulação do tempo e / ou a taxa de transcrição de um gene. Por exemplo, um promotor pode ser um elemento czs-atuantc de controle de transcrição, incluindo um enhancer, um promotor, um terminador de transcrição, uma origem de replicação, uma sequência de integração cromossômica, regiões 5' e 3' não traduzidas, ou uma sequência intrônica, que estão envolvidas na regulação da transcrição. Estas sequências czs-atuantes normalmente interagem com proteínas ou outras biomoléculas para realizar (ligar/desligar, regular, modular etc.) a transcrição gênica. Os promotores estão localizados na região 5' do gene transcrito, e tal como aqui utilizado, incluem a sequência 5' do códon de iniciação de tradução (isto é, incluindo a região não traduzida da região 5 'do RNAm, compreendendo, tipicamente, de 100 - 200 pb). Na maioria das vezes, as sequências de promotores nucleares encontram-se dentro de 1 a 2 kb do local de início da tradução, mais frequentemente a 1 kb e muitas vezes dentro de 500 pb do sítio de iniciação da tradução. Por convenção, a sequência promotora está normalmente na sequência da fita codante do gene ele que controla. No contexto desta aplicação, o promotor é normalmente referido pelo nome do gene o qual ele naturalmente controla a expressão. Um promotor utilizado num cassete de expressão da invenção é referido pelo nome do gene. A referência a um promotor pelo nome inclui tipo selvagem, promotor nativo assim como variantes do promotor que retêm a capacidade para induzir a expressão. A referência a um promotor pelo nome não se restringe a uma determinada espécie de planta, mas também abrange um promotor de um gene correspondente em outras espécies de plantas.[48] The term promoter, as used herein, refers to a polynucleotide sequence capable of directing the transcription of a DNA sequence in a cell. Thus, the promoters used in the polynucleotide constructs of the invention include elements of control of cis and irans-active transcription and regulatory sequences that are involved in the regulation or modulation of the time and / or the rate of transcription of a gene. For example, a promoter can be a czs-active transcription control element, including an enhancer, a promoter, a transcription terminator, an origin of replication, a chromosomal integration sequence, 5 'and 3' untranslated regions, or an intronic sequence, which are involved in the regulation of transcription. These czs-acting sequences normally interact with proteins or other biomolecules to perform (on / off, regulate, modulate, etc.) gene transcription. The promoters are located in the 5 'region of the transcribed gene, and as used herein, include the 5' sequence of the translation initiation codon (i.e., including the 5 'untranslated region of the mRNA, typically comprising 100 - 200 bp). In most cases, the nuclear promoter sequences are found within 1 to 2 kb of the translation initiation site, more often at 1 kb and often within 500 bp of the translation initiation site. By convention, the promoter sequence is normally in the sequence of the coding strand of the gene it controls. In the context of this application, the promoter is usually referred to by the name of the gene which it naturally controls expression. A promoter used in an expression cassette of the invention is referred to by the name of the gene. Reference to a promoter by name includes wild type, native promoter as well as variants of the promoter that retain the ability to induce expression. The reference to a promoter by name is not restricted to a specific plant species, but also covers a promoter of a corresponding gene in other plant species.
[49] Um promotor constitutivo no contexto desta invenção refere-se a um promotor que é capaz de iniciar a transcrição em quase todos os tipos de células, ao passo que um[49] A constitutive promoter in the context of this invention refers to a promoter that is capable of initiating transcription in almost all cell types, whereas a
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16/36 promotor tipo celular-específico ou promotor tecido-específico inicia a transcrição apenas em um ou alguns tipos particulares de células ou grupos de células que formam um tecido. Em algumas formas de concretização, um promotor é tecido específico se os níveis de transcrição iniciados pelo promotor na parede celular, é pelo menos, 2 vezes, 3 vezes, 4 vezes, 5 vezes, 6 vezes, 7 vezes, oito vezes, 9 vezes, 10 vezes, 50 vezes, 100 vezes, 500 vezes, 1000 vezes superior ou mais, em comparação com os níveis de transcrição iniciada por promotor que não seja de tecido de parede celular.16/36 cell-specific or tissue-specific promoter initiates transcription only in one or a few particular types of cells or groups of cells that form a tissue. In some embodiments, a promoter is tissue specific if the levels of transcription initiated by the promoter in the cell wall are at least 2 times, 3 times, 4 times, 5 times, 6 times, 7 times, eight times, 9 times , 10 times, 50 times, 100 times, 500 times, 1000 times higher or more, compared to levels of transcription initiated by a non-cell wall tissue promoter.
[50] Um polinucleotídeo é heterólogo de um organismo ou de uma segunda sequência de polinucleotídeo se ele se originar de uma espécie distante ou, se for da mesma espécie, esta é modificada de sua forma original. Por exemplo, quando é dito que um polinucleotídeo que codifica uma sequência de polipeptídeo está operativamente ligado a um promotor heterólogo, isso significa que a sequência de polinucleotídeo que codifica o polipeptídeo é derivada de uma espécie enquanto que a sequência promotora é derivada de outra espécie diferente, ou se ambos são derivados das mesmas espécies, a sequência de codificação não está naturalmente associada com o promotor, por exemplo, é uma sequência codificada por manipulação genética, por exemplo, a partir de um gene diferente na mesma espécie, ou um alelo de um ecótipo diferente ou variedade.[50] A polynucleotide is heterologous to an organism or a second polynucleotide sequence if it originates from a distant species or, if it is from the same species, it is modified from its original form. For example, when a polynucleotide that encodes a polypeptide sequence is said to be operably linked to a heterologous promoter, it means that the polynucleotide sequence that encodes the polypeptide is derived from one species while the promoter sequence is derived from another different species , or if both are derived from the same species, the coding sequence is not naturally associated with the promoter, for example, it is a sequence encoded by genetic manipulation, for example, from a different gene in the same species, or an allele of a different ecotype or variety.
[51] O termo operacionalmente ligado refere-se a uma relação funcional entre dois ou mais segmentos de polinucleotídeos (por exemplo, DNA). Normalmente, refere-se à relação funcional de uma sequência de regulação da transcrição de uma sequência transcrita. Por exemplo, um promotor ou uma sequência enhancer está operacionalmente ligada a uma sequência de DNA ou RNA que estimula ou modula a transcrição da sequência de DNA ou de RNA numa célula hospedeira apropriada ou em outro sistema de expressão. Geralmente, a sequência de regulação da transcrição do promotor que está operacionalmente ligada a uma sequência transcrita é fisicamente contígua à sequência transcrita, isto é, eles são cis-atuantes. Entretanto, algumas sequências de regulação da transcrição, tais como enhancers, não precisam ser contíguos ou fisicamente localizados em estreita proximidade com as sequências codantes cuja transcrição eles aumentam.[51] The term operationally linked refers to a functional relationship between two or more polynucleotide segments (for example, DNA). Typically, it refers to the functional relationship of a transcriptional regulation sequence to a transcribed sequence. For example, a promoter or enhancer sequence is operably linked to a DNA or RNA sequence that stimulates or modulates the transcription of the DNA or RNA sequence in an appropriate host cell or other expression system. Generally, the promoter transcriptional regulation sequence that is operably linked to a transcribed sequence is physically contiguous to the transcribed sequence, that is, they are cis-acting. However, some transcriptional regulation sequences, such as enhancers, need not be contiguous or physically located in close proximity to the coding sequences whose transcription they increase.
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 37/79 \Ί/36 [52] Em um dos aspectos da invenção, o promotor é um promotor expresso em plantas. Como usado aqui, o termo “promotor expresso em plantas” significa uma sequência de DNA que é capaz de iniciar e/ou controlar a transcrição em uma célula de planta. Isso inclui qualquer promotor de origem vegetal; qualquer promotor de origem não vegetal o qual seja capaz de direcionar a expressão em uma célula vegetal, por exemplo promotores de origem viral ou bacteriana tais como CaMV35S (como mencionado no pedido de patente US20030175783, Hapster et al, 1988 Mol. Gen. Genet. 212, 182-190) e promotores do gene presentes no T-DNA de Agrobacterium·, promotores tecido-específicos ou órgão-específicos, incluindo mas não limitados a promotores semente-específicos (WO8903887), promotores específicos de órgãos primordiais (como mencionado no pedido de patente US20030175783, An et al., 1996 The Plant Cell 8, 15-30), promotores específicos de caule (como mencionado no pedido de patente US20030175783, Keller et al., 1988 EMBO J. 7: 3625-3633), promotores específicos de folhas (como mencionado no pedido de patente US20030175783, Hudspeth et al., 1989 Plant Mol Biol 12:579-589), promotores específicos de mesófilo, promotores específicos de raiz (como mencionado no pedido de patente US20030175783, Keller et al., 1989 Genes Devei. 3:1639-1646), promotores específicos de tubérculos (como mencionado no pedido de patente US20030175783, Keil et al., 1989 EMBO J. 8: 1323:1330), promotores específicos de tecidos vasculares (como mencionado no pedido de patente US20030175783, Peleman et al., 1989 Gene 84; 359-369), promotores específicos de estames (WO8910396, WO9213956), promotores específicos da zona de deiscência (WO9713865); e semelhantes.Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 37/79 \ Ί / 36 [52] In one aspect of the invention, the promoter is a promoter expressed in plants. As used here, the term "plant-expressed promoter" means a DNA sequence that is able to initiate and / or control transcription in a plant cell. This includes any promoter of plant origin; any promoter of non-plant origin which is capable of directing expression in a plant cell, for example promoters of viral or bacterial origin such as CaMV35S (as mentioned in patent application US20030175783, Hapster et al, 1988 Mol. Gen. Genet. 212, 182-190) and gene promoters present in Agrobacterium T-DNA, tissue-specific or organ-specific promoters, including but not limited to seed-specific promoters (WO8903887), specific promoters of primordial organs (as mentioned in patent application US20030175783, An et al., 1996 The Plant Cell 8, 15-30), stem-specific promoters (as mentioned in patent application US20030175783, Keller et al., 1988 EMBO J. 7: 3625-3633), specific leaf promoters (as mentioned in patent application US20030175783, Hudspeth et al., 1989 Plant Mol Biol 12: 579-589), specific mesophilic promoters, specific root promoters (as mentioned in patent application US2003 0175783, Keller et al., 1989 Genes Devei. 3: 1639-1646), tuber-specific promoters (as mentioned in patent application US20030175783, Keil et al., 1989 EMBO J. 8: 1323: 1330), vascular tissue specific promoters (as mentioned in patent application US20030175783, Peleman et al., 1989 Gene 84; 359-369), specific stamen promoters (WO8910396, WO9213956), specific promoters of the dehiscence zone (WO9713865); and the like.
[53] O sinal de terminação da transcrição e a região de poliadenilação da presente invenção inclui, mas não está limitado a sinal de terminação de SV40, sinal de adenilação de HSV TK, sinal de terminação do gene da nopalina sintetase de Agrobacterium tumefasciens, sinal de terminação do gene RNA 35S do CaMV, sinal de terminação do vírus que ataca o Trifolium subterranean (SCSV), sinal de terminação do gene trpC de Aspergillus nidulans, e outros semelhantes.[53] The transcription termination signal and the polyadenylation region of the present invention includes, but is not limited to, SV40 termination signal, HSV TK adenylation signal, Agrobacterium tumefasciens nopaline synthase gene termination signal, signal termination of the CaMV RNA 35S gene, termination signal of the virus that attacks the subterranean Trifolium (SCSV), termination signal of the trpC gene of Aspergillus nidulans, and the like.
[54] O termo cassete de expressão ou construção de DNA ou construção de expressão refere-se a uma construção de ácido nucleico que, quando introduzido numa[54] The term expression cassette or DNA construct or expression construct refers to a nucleic acid construct that, when introduced into a
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 38/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 38/79
18/36 célula hospedeira, resulta na transcrição e/ou tradução de um RNA ou polipeptídeo, respectivamente. Construções senso e antisenso que não são ou não podem ser traduzidos estão expressamente incluídas nesta definição. No caso da superexpressão do transgene e supressão de genes endógenos (por exemplo, antisenso, RNAi ou a supressão senso) um especialista reconhecerá que a sequência de polinucleotídeo inserido não necessita ser idêntica, mas podem ser apenas substancialmente idênticas a uma sequência do gene a partir do qual ele foi derivado. Como aqui explicado, estas variantes substancialmente idênticas estão especificamente cobertas pela referência a uma sequência de ácido nucléico específica. Um exemplo de um cassete de expressão é uma construção polinucleotídica que compreende uma sequência de polinucleotídeo que codifique a proteína BAHD1 operativamente ligada a um promotor heterólogo. Em algumas formas de concretização, um cassete de expressão compreende uma sequência de polinucleotídeo que codifica a proteína BAHD1 que é direcionada para uma posição no genoma de uma planta de modo que a expressão da sequência de polinucleotídeo é dirigida por um promotor que está presente na planta.18/36 host cell, results in the transcription and / or translation of an RNA or polypeptide, respectively. Sense and antisense constructions that are not or cannot be translated are expressly included in this definition. In the case of transgene overexpression and suppression of endogenous genes (for example, antisense, RNAi or sense suppression) a specialist will recognize that the inserted polynucleotide sequence does not need to be identical, but may only be substantially identical to a gene sequence from from which it was derived. As explained herein, these substantially identical variants are specifically covered by reference to a specific nucleic acid sequence. An example of an expression cassette is a polynucleotide construct that comprises a polynucleotide sequence that encodes the BAHD1 protein operably linked to a heterologous promoter. In some embodiments, an expression cassette comprises a polynucleotide sequence that encodes the BAHD1 protein that is directed to a position in the genome of a plant so that expression of the polynucleotide sequence is driven by a promoter that is present in the plant .
[55] “dsRNA” ou “RNA dupla-fita” refere-se a estrutura formada entre a sequência do mRNA ou RNA sense, a sequência de uma região espaçadora e a sequência do RNA antisense, sendo que “Região espaçadora” refere-se à sequência de nucleotídeo que não está relacionada com a sequência do gene alvo, como a sequência de um intron.[55] "dsRNA" or "double-stranded RNA" refers to the structure formed between the sequence of the mRNA or sense RNA, the sequence of a spacer region and the sequence of the antisense RNA, with the "spacer region" referring to to the nucleotide sequence that is not related to the sequence of the target gene, such as the sequence of an intron.
[56] Uma forma de produzir o dsRNA é através da inserção, na molécula de DNA, de sequência de nucleotídeos do gene alvo na orientação sense, e uma sequência de nucleotídeos na orientação antisense, podendo haver ou não uma região espaçadora entre as sequências de nucleotídeos sense e antisense. As sequências de nucleotídeos mencionadas podem ser constituídas de cerca de 19nt a 2000nt ou ainda cerca de 5000 nucleotídeos ou mais.[56] One way to produce dsRNA is by inserting into the DNA molecule a nucleotide sequence of the target gene in the sense orientation, and a nucleotide sequence in the antisense orientation, whether or not there is a spacer region between the sequences of sense and antisense nucleotides. The mentioned nucleotide sequences can consist of about 19nt to 2000nt or about 5000 nucleotides or more.
[57] Convenientemente, o dsRNA (RNA de dupla fita) como descrito pode ser introduzido dentro de células hospedeiras pela introdução e possível integração de uma construção gênica contendo as moléculas de ácido nucleico da presente invenção, transcrição das mesmas para produção do dsRNA. Portanto, em uma outra concretização, a invenção é também suportada por possuir uma construção gênica que é[57] Conveniently, dsRNA (double-stranded RNA) as described can be introduced into host cells by introducing and possibly integrating a gene construct containing the nucleic acid molecules of the present invention, transcribing them to produce dsRNA. Therefore, in another embodiment, the invention is also supported by having a genetic construction that is
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 39/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 39/79
19/36 capaz de ser expressa em células de organismos eucariotos de interesse, operacionalmente ligada a uma molécula de DNA que quando transcrita produz uma molécula de dsRNA.19/36 capable of being expressed in cells of eukaryotic organisms of interest, operationally linked to a DNA molecule that when transcribed produces a dsRNA molecule.
[58] O termo “vetor” diz respeito a um replicon, como plasmídeo, fago ou vírus, no qual outras sequências genéticas ou elementos (sejam eles de DNA ou RN A) podem ser ligados. Desta forma, os genes podem ser replicados juntamente com o vetor. Tais vetores podem ser obtidos comercialmente, incluindo aqueles fornecidos por Clontech Laboratories, Inc (Paio Alto, Calif.), Stratagene (La Jolla, Calif), Invitrogen (Carlsbad, Calif.), New England Biolabs (Beverly, Mass.) e Promega (Madison, Wis.). Alguns exemplos de vetores, mas não limitados, são os vetores pKannibal (Wesley SV, Heliwell CA, Smith NA, Wang M, Rouse DT, Liu Q, Gooding PS, Singh SP, Abbott D, Stoutjesdijk PA, Robinson SP, Gleave AP, Green A G, Waterhouse PM (2001) Construct design for efficient, effective and highthroughput Gene silencing in plants. Plant J. 27:581590) pGLYP, pAC321, série pCambia (BioForge Co.), pBI121 (Chen, Ρο-Yen; Wang, Chen-Kuen; Soong, Shaw-Ching; To, Kin-Ying. Complete sequence of the binary vector pBI121 and its application in cloning T-DNA insertion from transgenic plants.. Molecular Breeding vol. 11 issue 4 May 2003. p. 287-293), pBSK (Addgene Co.), pGEM-T easy (Promega Corporation), pETIOl/ D-TOPO (Invitrogen). A obtenção de vetores recombinantes compreendendo promotores ligados a ácidos nucleicos é conhecida no estado da técnica e pode ser encontrada em Sambrook et al. (Sambrook, J., Russell, D. W., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989).[58] The term "vector" refers to a replicon, such as a plasmid, phage or virus, to which other genetic sequences or elements (whether DNA or RN A) can be linked. In this way, the genes can be replicated together with the vector. Such vectors can be obtained commercially, including those supplied by Clontech Laboratories, Inc (Paio Alto, Calif.), Stratagene (La Jolla, Calif), Invitrogen (Carlsbad, Calif.), New England Biolabs (Beverly, Mass.) And Promega (Madison, Wis.). Some examples of vectors, but not limited, are the pKannibal vectors (Wesley SV, Heliwell CA, Smith NA, Wang M, Rouse DT, Liu Q, Gooding PS, Singh SP, Abbott D, Stoutjesdijk PA, Robinson SP, Gleave AP, Green AG, Waterhouse PM (2001) Construct design for efficient, effective and highthroughput Gene silencing in plants. Plant J. 27: 581590) pGLYP, pAC321, pCambia series (BioForge Co.), pBI121 (Chen, Ρο-Yen; Wang, Chen-Kuen; Soong, Shaw-Ching; To, Kin-Ying. Complete sequence of the binary vector pBI121 and its application in cloning T-DNA insertion from transgenic plants .. Molecular Breeding vol. 11 issue 4 May 2003. p. 287 -293), pBSK (Addgene Co.), pGEM-T easy (Promega Corporation), pETIOl / D-TOPO (Invitrogen). Obtaining recombinant vectors comprising promoters linked to nucleic acids is known in the art and can be found in Sambrook et al. (Sambrook, J., Russell, D.W., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989).
[59] O termo “expressão” refere-se à transcrição de uma dada sequência de DNA. Mais especificamente nessa invenção, refere-se à transcrição e acumulação estável do RNA dupla-fita derivado dos fragmentos de ácidos nucleicos da invenção.[59] The term "expression" refers to the transcription of a given DNA sequence. More specifically in that invention, it relates to the transcription and stable accumulation of double-stranded RNA derived from the nucleic acid fragments of the invention.
[60] “Inibição por interferência” ou “supressão da expressão” refere-se à produção de transcritos de dsRNA capazes de prevenir a expressão do gene alvo.[60] "Interference inhibition" or "expression suppression" refers to the production of dsRNA transcripts capable of preventing expression of the target gene.
[61] “Transformação” refere-se a transferência do gene exógeno para dentro do genoma de um organismo hospedeiro e sua consequente inclusão na herança geneticamente estável.[61] "Transformation" refers to the transfer of the exogenous gene into the genome of a host organism and its consequent inclusion in the genetically stable inheritance.
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 40/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 40/79
20/36 [62] “Plantas” referem-se a organismos pluricelulares, eucariotos, autotróficos e fotossintéticos, pertencentes ao Reino Plantae. O termo planta aqui usado pode referir-se a toda planta ou parte de uma planta, por exemplo, sementes, e inclui plantas com níveis de ploidia variáveis, incluindo aneuploidia, poliplóide, diplóides e haploides. O termo parte da planta, aqui utilizado, refere-se a brotos, órgãos vegetativos e/ou estruturas (por exemplo, folhas, hastes e tubérculos), ramos, raízes, flores e órgãos florais (por exemplo, brácteas, sépalas, pétalas, estames, carpelos e anteras), óvulos (incluindo as células antípodas, sinérgides e núcleos polares), sementes (incluindo zigoto, embrião, endosperma e revestimento da semente), fruto (por exemplo, o ovário maduro), plântulas e tecidos de plantas (por exemplo, tecido vascular, tecido subterrâneo e semelhante), bem como células individuais, grupos de células (por exemplo, células vegetais em cultura), protoplastos, extratos vegetais e sementes. A classe de plantas que podem ser utilizadas nos métodos da invenção é geralmente tão ampla como vegetais superiores e inferiores passíveis de técnicas de transformação, incluindo angiospermas (monocotiledônea e plantas dicotiledôneas), gimnospermas, pteridófitas, briófitas e algas.20/36 [62] “Plants” refer to multicellular, eukaryotic, autotrophic and photosynthetic organisms, belonging to the Plantae Kingdom. The term plant used here can refer to any plant or part of a plant, for example, seeds, and includes plants with varying levels of ploidy, including aneuploidy, polyploid, diploid and haploid. The term plant part, used here, refers to shoots, vegetative organs and / or structures (for example, leaves, stems and tubers), branches, roots, flowers and floral organs (for example, bracts, sepals, petals, stamens, carpels and anthers), eggs (including antipode cells, synergids and polar nuclei), seeds (including zygote, embryo, endosperm and seed coating), fruit (for example, the mature ovary), seedlings and plant tissues ( for example, vascular tissue, underground tissue and the like), as well as individual cells, groups of cells (for example, cultured plant cells), protoplasts, plant extracts and seeds. The class of plants that can be used in the methods of the invention is generally as wide as upper and lower vegetables subject to transformation techniques, including angiosperms (monocots and dicots), gymnosperms, pteridophytes, bryophytes and algae.
[63] A presente invenção também inclui prover moléculas de dsRNA, as quais podem ser obtidas por transcrição das moléculas contidas nas construções gênicas, e que são úteis para os métodos de acordo com a invenção.[63] The present invention also includes providing dsRNA molecules, which can be obtained by transcribing the molecules contained in the gene constructs, and which are useful for the methods according to the invention.
[64] Um outro objeto da presente invenção é prover células eucariotas e organismos eucariotas contendo moléculas de dsRNA da invenção, ou contendo os gene quiméricos ou as construções gênicas capazes de produzir moléculas de dsRNA da invenção. As construções gênicas podem estar estavelmente integradas no genoma das células de organismos eucariotas.[64] Another object of the present invention is to provide eukaryotic cells and eukaryotic organisms containing dsRNA molecules of the invention, or containing the chimeric genes or gene constructs capable of producing dsRNA molecules of the invention. Gene constructs can be stably integrated into the cell genome of eukaryotic organisms.
[65] As construções gênicas ou genes quiméricos da invenção podem ser introduzidos dentro do genoma da planta hospedeira desejada através de uma variedade de técnicas convencionais. Por exemplo, a construção pode ser introduzida diretamente no tecido vegetal utilizando-se métodos balísticos, tais como bombardeamento de partículas recobertas com DNA, como descrito em Rech EL, Vianna GR, Aragão FJL (2007) High transformation efficiency by biolistics of soybean, bean and cotton[65] The gene constructs or chimeric genes of the invention can be introduced into the genome of the desired host plant through a variety of conventional techniques. For example, the construction can be introduced directly into the plant tissue using ballistic methods, such as bombarding particles covered with DNA, as described in Rech EL, Vianna GR, Aragão FJL (2007) High transformation efficiency by biolistics of soybean, bean and cotton
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 41/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 41/79
21/36 transgenic plants, Nature Protocols, 3 (3): 410-418. Também podem ser introduzidos diretamente dentro do DNA genômico da célula vegetal utilizando técnicas tais como eletroporação e microinjeção de protoplastos de células de plantas. Outra forma de introdução de DNA exógeno em plantas se dá utilizando Agrobacterium tumefaciens, como descrito em Martins et al. A simple and highly efficient Agrobacterium-mediated transformation protocol for Setaria viridis. Biotechnology Reports, v. 6, p. 41-44, (2015).21/36 transgenic plants, Nature Protocols, 3 (3): 410-418. They can also be introduced directly into the plant cell's genomic DNA using techniques such as electroporation and microinjection of plant cell protoplasts. Another way of introducing exogenous DNA into plants is using Agrobacterium tumefaciens, as described in Martins et al. A simple and highly efficient Agrobacterium-mediated transformation protocol for Setaria viridis. Biotechnology Reports, v. 6, p. 41-44, (2015).
[66] Células de plantas transformadas que são derivadas de qualquer uma das técnicas de transformação descritas acima podem ser cultivadas para regenerar uma planta inteira que possua o genótipo transformado e, consequentemente, o fenótipo esperado. Tais técnicas de regeneração contam com a manipulação de certos fítohormônios em meio de crescimento de cultura de tecidos, tipicamente contendo um marcador biocida e/ou herbicida, que deve ser introduzido junto com a sequência de nucleotídeos desejada. Regeneração de plantas a partir de cultura de protoplastos é descrita em Evans et al., Protoplasts Isolation and Culture, Handbook of Plant Cell Culture, pp. 124-176, MacMillilan Publishing Company, New York, 1983; e Binding, Regeneration of Plants, Plant Protoplasts, pp. 21-73, CRC Press, Boca Raton, 1985 (como mencionado no pedido de patente US20020152501). A regeneração pode ser também obtida através de calos de planta, explantes, órgãos, ou parte da mesma. Tais técnicas de regeneração são descritas geralmente em Klee et al., Ann. Ver. Of Plant Phys. 38:467-486, 1987 1985 (como mencionado no pedido de patente[66] Transformed plant cells that are derived from any of the transformation techniques described above can be grown to regenerate an entire plant that has the transformed genotype and, consequently, the expected phenotype. Such regeneration techniques rely on the manipulation of certain phytohormones in tissue culture growth medium, typically containing a biocidal and / or herbicide marker, which must be introduced together with the desired nucleotide sequence. Plant regeneration from protoplast culture is described in Evans et al., Protoplasts Isolation and Culture, Handbook of Plant Cell Culture, pp. 124-176, MacMillilan Publishing Company, New York, 1983; and Binding, Regeneration of Plants, Plant Protoplasts, pp. 21-73, CRC Press, Boca Raton, 1985 (as mentioned in patent application US20020152501). Regeneration can also be achieved through plant calluses, explants, organs, or part of it. Such regeneration techniques are generally described in Klee et al., Ann. Ver. Of Plant Phys. 38: 467-486, 1987 1985 (as mentioned in the patent application
US20020152501).US20020152501).
[67] O termo biomassa, aqui utilizado, refere-se a material vegetal que é processado para gerar um produto, por exemplo, biocombustível, tais como o etanol, ou alimentação animal, ou celulose para indústria de papel e celulose. Tal material vegetal pode incluir plantas inteiras ou partes de plantas, por exemplo, caules, folhas, ramos, os brotos, raízes, tubérculos e semelhantes.[67] The term biomass, used here, refers to plant material that is processed to generate a product, for example, biofuel, such as ethanol, or animal feed, or cellulose for the paper and cellulose industry. Such plant material may include whole plants or parts of plants, for example, stems, leaves, branches, shoots, roots, tubers and the like.
[68] O termo diminuição do conteúdo de ácido ferúlico no contexto desta invenção refere-se a uma diminuição da quantidade de ácido ferúlico presente na parede celular ou folha em uma planta geneticamente modificada da presente invenção, em[68] The term decrease in ferulic acid content in the context of this invention refers to a decrease in the amount of ferulic acid present in the cell wall or leaf in a genetically modified plant of the present invention, in
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 42/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 42/79
22/36 comparação com uma planta tipo selvagem. Na presente invenção, a diminuição de ácido ferúlico é normalmente considerada como diminuída quando a quantidade de ácido ferúlico na parede celular ou da folha é reduzida em pelo menos 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70 %, 80%, 90% ou mais em relação à quantidade do ácido ferúlico na parede celular ou da folha de uma planta tipo selvagem. O teor de ácido ferúlico pode ser avaliado utilizando qualquer método conhecido na arte.22/36 compared to a wild type plant. In the present invention, the decrease in ferulic acid is normally considered to be decreased when the amount of ferulic acid in the cell or leaf wall is reduced by at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70 %, 80%, 90% or more in relation to the amount of ferulic acid in the cell wall or leaf of a wild type plant. The ferulic acid content can be assessed using any method known in the art.
[69] O termo diminuição do conteúdo de ácido ferúlico também abrange formas de concretização onde a razão de ácido ferúlico para ácido p-cumárico é reduzida em comparação a uma planta tipo selvagem. Assim, em algumas formas de concretização, a quantidade de ácido ferúlico pode ser o mesmo de uma planta tipo selvagem, mas em relação ao p-cumárico, pode ser aumentada, diminuindo assim a razão de ácido ferúlico para p-cumárico, quando comparada com uma planta do tipo selvagem. Na presente invenção, a razão de ácido ferúlico para /?-cumárico é normalmente considerada como diminuída quando a razão na parede celular ou folha é reduzida em pelo menos 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% ou mais em relação à razão da quantidade de ácido ferúlico na parede celular ou folha em uma planta de tipo selvagem.[69] The term decrease in ferulic acid content also encompasses embodiments where the ratio of ferulic acid to p-cumaric acid is reduced compared to a wild type plant. Thus, in some embodiments, the amount of ferulic acid can be the same as that of a wild-type plant, but in relation to p-cumárico, it can be increased, thus decreasing the ratio of ferulic acid to p-cumárico, when compared with a wild type plant. In the present invention, the ratio of ferulic acid to /? - cumharic is normally considered to be decreased when the ratio in the cell wall or leaf is reduced by at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or more in relation to the ratio of the amount of ferulic acid in the cell wall or leaf in a wild type plant.
[70] O termo reação de sacarificação refere-se a um processo conversão de biomassa, normalmente biomassa celulósica ou lignocelulósica, em açúcares monoméricos, tais como glicose e xilose.[70] The term saccharification reaction refers to a process of converting biomass, usually cellulosic or lignocellulosic biomass, into monomeric sugars, such as glucose and xylose.
[71] O termo açúcar solúvel refere-se a um açúcar monomérico, dimérico ou trimérico que é produzido a partir da sacarificação da biomassa.[71] The term soluble sugar refers to a monomeric, dimeric or trimeric sugar that is produced from the saccharification of biomass.
[72] O termo quantidade aumentada refere-se a uma quantidade de açúcar ou açúcar solúvel obtido a partir de uma planta manipulada da presente invenção, refere-se a um aumento na quantidade ou rendimento de açúcar que é obtido a partir da sacarificação da biomassa por quantidade de material inicial, em comparação com a biomassa correspondente de planta do tipo selvagem. No contexto da presente invenção, biomassa correspondente de planta do tipo selvagem refere-se ao material vegetal que é da mesma parte da planta, como a biomassa a partir de uma planta geneticamente modificada para os níveis de ácido hidroxicinâmico. Como entendido na arte, o[72] The term increased amount refers to an amount of sugar or soluble sugar obtained from a manipulated plant of the present invention, refers to an increase in the amount or yield of sugar that is obtained from the saccharification of biomass by amount of starting material, compared to the corresponding wild-type plant biomass. In the context of the present invention, corresponding wild-type plant biomass refers to plant material that is from the same part of the plant, such as biomass from a plant genetically modified for hydroxycinnamic acid levels. As understood in art, the
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 43/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 43/79
23/36 aumento da quantidade ou aumento do rendimento baseia-se em comparações da mesma quantidade de material da planta correspondente.23/36 increase in quantity or increase in yield is based on comparisons of the same amount of material from the corresponding plant.
[73] O termo reação de conversão, como utilizado aqui, refere-se a uma reação que converte a biomassa em uma forma de bioenergia. Exemplos de reações de conversão incluem, mas não estão limitados a combustão (queima), gaseificação, pirólise, e hidrólise de polissacarídeo (enzimática ou química).[73] The term conversion reaction, as used here, refers to a reaction that converts biomass into a form of bioenergy. Examples of conversion reactions include, but are not limited to, combustion (burning), gasification, pyrolysis, and polysaccharide hydrolysis (enzymatic or chemical).
[74] O termo aumento de produção, quando se refere a uma quantidade de produção de bioenergia obtido a partir de uma planta geneticamente modificada da presente invenção, refere-se a um aumento da quantidade de bioenergia que é produzido a partir da biomassa de uma planta geneticamente modificada submetida a uma reação de conversão (por exemplo, combustão, gaseificação, pirólise ou hidrólise de polissacarídeo), em comparação com a quantidade de bioenergia que é produzida a partir da biomassa correspondente de planta do tipo selvagem.[74] The term increase in production, when referring to a quantity of bioenergy production obtained from a genetically modified plant of the present invention, refers to an increase in the amount of bioenergy that is produced from the biomass of a genetically modified plant subjected to a conversion reaction (for example, combustion, gasification, pyrolysis or polysaccharide hydrolysis), compared to the amount of bioenergy that is produced from the corresponding wild-type plant biomass.
[75] Tal como aqui utilizado, o termo BAHD1 acil transferase refere-se a uma acil transferase que participa da modificação do arabinoxilano de uma gramínea. O termo engloba variantes e interespécies homólogas aos polipeptídeos específicos aqui descritos. Um ácido nucléico que codifica uma acil transferase de BAHD1 refere-se a um gene, pré-RNA mensageiro, RNA mensageiro, e semelhantes, incluindo os ácidos nucléicos que codificam variantes polimórficos, alelos, mutantes e homólogos entre espécies das sequências de aminoácidos aqui descritas. Tal como aqui utilizado, o termo BAHD3 acil transferase refere-se a uma acil transferase que participa da modificação do arabinoxilano de uma gramínea. O termo engloba variantes e interespécies homólogas aos polipeptídeos específicos aqui descritos. Um ácido nucléico que codifica uma acil transferase de BAHD3 refere-se a um gene, pré-RNA mensageiro, RNA mensageiro, e semelhantes, incluindo os ácidos nucléicos que codificam variantes polimórficos, alelos, mutantes e homólogos entre espécies das sequências de aminoácidos aqui descritas. Tal como aqui utilizado, o termo BAHD5 acil transferase refere-se a uma acil transferase que participa da modificação do arabinoxilano de uma gramínea. O termo engloba variantes e interespécies homólogas aos polipeptídeos específicos aqui descritos. Um ácido nucléico que codifica uma acil transferase de[75] As used herein, the term BAHD1 acyl transferase refers to an acyl transferase that participates in the modification of a grass's arabinoxylan. The term encompasses variants and interspecies homologous to the specific polypeptides described herein. A nucleic acid encoding a BAHD1 acyl transferase refers to a gene, messenger pre-RNA, messenger RNA, and the like, including nucleic acids encoding polymorphic variants, alleles, mutants and homologs between species of the amino acid sequences described here . As used herein, the term BAHD3 acyl transferase refers to an acyl transferase that participates in the modification of a grass's arabinoxylan. The term encompasses variants and interspecies homologous to the specific polypeptides described herein. A nucleic acid encoding a BAHD3 acyl transferase refers to a gene, messenger pre-RNA, messenger RNA, and the like, including nucleic acids encoding polymorphic variants, alleles, mutants and homologs between species of the amino acid sequences described here . As used herein, the term BAHD5 acyl transferase refers to an acyl transferase that participates in the modification of a grass's arabinoxylan. The term encompasses variants and interspecies homologous to the specific polypeptides described herein. A nucleic acid encoding an acyl transferase of
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 44/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 44/79
24/3624/36
BAHD5 refere-se a um gene, pré-RNA mensageiro, RNA mensageiro, e semelhantes, incluindo os ácidos nucléicos que codificam variantes polimórficos, alelos, mutantes e homólogos entre espécies das sequências de aminoácidos aqui descritas. Tal como aqui utilizado, o termo BAHD8 acil transferase refere-se a uma acil transferase que participa da modificação do arabinoxilano de uma gramínea. O termo engloba variantes e interespécies homólogas aos polipeptídeos específicos aqui descritos. Um ácido nucléico que codifica uma acil transferase de BAHD8 refere-se a um gene, pré-RNA mensageiro, RNA mensageiro, e semelhantes, incluindo os ácidos nucléicos que codificam variantes polimórficos, alelos, mutantes e homólogos entre espécies das sequências de aminoácidos aqui descritas.BAHD5 refers to a gene, pre-messenger RNA, messenger RNA, and the like, including nucleic acids encoding polymorphic variants, alleles, mutants and homologs between species of the amino acid sequences described herein. As used herein, the term BAHD8 acyl transferase refers to an acyl transferase that participates in the modification of a grass's arabinoxylan. The term encompasses variants and interspecies homologous to the specific polypeptides described herein. A nucleic acid encoding a BAHD8 acyl transferase refers to a gene, messenger pre-RNA, messenger RNA, and the like, including nucleic acids encoding polymorphic variants, alleles, mutants, and homologs between species of the amino acid sequences described here .
[76] Os termos redução do nível de atividade, atividade reduzida e diminuição da atividade referem-se a uma redução da quantidade ou atividade enzimática dos polipeptídeos BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8 pela manipulação dos genes BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8 para diminuir a quantidade de atividade em comparação com o não transgênico. Em algumas formas de concretização, a atividade reduzida é resultante da redução dos níveis de expressão. Uma redução do nível de atividade ou um nível reduzido de expressão pode ser uma redução na quantidade de atividade ou expressão dos genes BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8 de, pelo menos, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, ou 90% ou maior. Em algumas formas de concretização, o nível reduzido de atividade ou nível de expressão reduzido ocorre, ao longo de todos os tecidos da planta transformada. Em algumas formas de concretização, a redução da quantidade de atividade ou expressão está localizada em um ou mais tecidos da planta transformada, tal como no citosol. Em algumas formas de concretização, os BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8 não são reduzidos em quantidade, mas são modificados na sequência de aminoácidos de modo a que a atividade enzimática é reduzida direta ou indiretamente. Redução da expressão ou atividade dos genes ou dos polipeptídeos BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8 podem ser avaliadas por qualquer número de ensaios, incluindo, mas não limitado a medição do nível de RNA codificado pelos genes BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8, o nível dos polipeptídeos BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8, o nível das atividades enzimáticas[76] The terms reduced activity level, reduced activity and decreased activity refer to a reduction in the amount or enzymatic activity of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 polypeptides by manipulating the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes to decrease the amount of activity compared to non-GM. In some embodiments, reduced activity is a result of reduced levels of expression. A reduction in the level of activity or a reduced level of expression can be a reduction in the amount of activity or expression of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes of at least 10%, 20%, 30%, 40%, 50% , 60%, 70%, 80%, or 90% or greater. In some embodiments, the reduced level of activity or reduced level of expression occurs throughout all tissues of the transformed plant. In some embodiments, the reduction in the amount of activity or expression is located in one or more tissues of the transformed plant, such as in the cytosol. In some embodiments, BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 are not reduced in quantity, but are modified in the sequence of amino acids so that the enzymatic activity is reduced directly or indirectly. Reduction of the expression or activity of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes or polypeptides can be evaluated by any number of assays, including, but not limited to, the measurement of the level of RNA encoded by the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes, the level polypeptides BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8, the level of enzymatic activities
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 45/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 45/79
25/36 dos BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8, ou pela medição do ácido ferúlico da parede celular e/ou teor de ácido p-cumárico da parede celular.25/36 of BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8, or by measuring cell wall ferulic acid and / or cell wall p-cumaric acid content.
[77] A invenção fornece um método para gerar plantas com níveis reduzidos de ácido ferúlico e aumento na sacarificação. Plantas transgênicas produzidas por tal estratégia poderão ser usadas tanto para produção de biocombustível via etanol de segunda geração (2G) quanto para produção de ração animal.[77] The invention provides a method for generating plants with reduced levels of ferulic acid and increased saccharification. Transgenic plants produced by this strategy can be used both for the production of biofuel via second generation ethanol (2G) and for the production of animal feed.
[78] Em um aspecto, a invenção provê um método de produzir uma planta com estrutura de parede celular alterada através da inserção na dita planta de uma molécula de DNA cuja expressão resulta em uma molécula de RNA cuja sequência compreenda pelo menos um segmento de 18 ou mais nucleotídeos contíguos complementares a pelo menos um fragmento de SEQ ID No 1, SEQ ID No 3, SEQ ID No 5 ou SEQ ID No 7. O referido segmento de nucleotídeo pode ser transcrito em orientações sense e antisense, resultando no RNA, pelo menos em parte, dupla fita. A invenção também prevê a planta e/ou partes da planta produzida pelo referido método. Tal planta pode pertencer à família Poaceae, mais especificamente as espécies Brachypodium distachyon, Setaria viridis, Setaria italica, Saccharum spp., Saccharum offlcinarum,Saccharum spontaneum, Zea mays, Sorghum bicolor, Brachiaria spp., Brachiaria brizantha, Brachiaria ruziziensis, Bracharia humidicola, Pennisetum spp., Panicum spp., Miscanthus spp., Erianthus spp., Triticum spp., Triticum aestivum, Secale cereale, Hordeum vulgare, Avena spp., Avena sativa, Brachypodium spp., Setaria spp., Oryza sativa, Oryza spp., Paspalum spp., Phalaris arundinacea, Miscanthus x giganteus, Lolium multiflorum, Lolium spp., Festuca spp., Arundo donax. Também são previstos fruto, semente ou partes propagáveis da dita planta.[78] In one aspect, the invention provides a method of producing a plant with altered cell wall structure by inserting into said plant a DNA molecule whose expression results in an RNA molecule whose sequence comprises at least a segment of 18 or more contiguous nucleotides complementary to at least one fragment of SEQ ID No 1, SEQ ID No 3, SEQ ID No 5 or SEQ ID No 7. The said nucleotide segment can be transcribed in sense and antisense orientations, resulting in the RNA, by less in part, double tape. The invention also provides for the plant and / or parts of the plant produced by said method. Such plant may belong to the family Poaceae, more specifically the species Brachypodium distachyon, Setaria viridis, Setaria italica, Saccharum spp., Saccharum offlcinarum, Saccharum spontaneum, Zea mays, Sorghum bicolor, Brachiaria spp., Brachiaria brizantha, Brachiaria ruziziensis, Pennisetum spp., Panicum spp., Miscanthus spp., Erianthus spp., Triticum aestivum, Secale cereale, Hordeum vulgare, Avena spp., Avena sativa, Brachypodium spp., Setaria spp., Oryza sativa, Oryza spp. , Paspalum spp., Phalaris arundinacea, Miscanthus x giganteus, Lolium multiflorum, Lolium spp., Festuca spp., Arundo donax. Fruit, seed or propagable parts of said plant are also provided.
[79] Em outro aspecto, a invenção fornece molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12. Também é prevista a molécula de ácido nucléico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou até 100% de similaridade com o complemento da sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12.[79] In another aspect, the invention provides an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 or SEQ ID No 12. An isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or up to 100% similarity to the complement of the sequence described in SEQ ID No 9 , SEQ ID NO 10, SEQ ID NO 11 or SEQ ID NO 12.
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 46/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 46/79
26/36 [80] Um aspecto adicional da invenção fornece um gene quimérico que compreenda pelo menos um polinucleotídeo compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12 ligado operacionalmente a um promotor ativo. Ainda é previsto que o gene quimérico pode compreender uma sequência de acordo com SEQ ID No 13 ou em SEQ ID No 14. Também é abordada uma construção gênica compreendendo um ou mais do referido gene quimérico.26/36 [80] A further aspect of the invention provides a chimeric gene that comprises at least one polynucleotide comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID NO 10, SEQ ID NO 11 or SEQ ID NO 12 operationally linked to an active promoter. It is further envisaged that the chimeric gene may comprise a sequence according to SEQ ID No 13 or in SEQ ID No 14. Also addressed is a gene construct comprising one or more of said chimeric gene.
[81] A invenção ainda prevê uma construção gênica que compreenda uma primeira região com uma sequência de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos tendo pelo menos 90, 95, 99 ou até 100% de similaridade com pelo menos uma sequência de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos da sequência de nucleotídeos sense selecionada dentre SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 e SEQ ID No 12 e uma segunda região com uma sequência de nucleotídeos de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos tendo pelo menos 90, 95, 99 ou até 100% de similaridade de sequência com o complemento de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos de pelo menos uma sequência de nucleotídeos selecionada dentre SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 e em SEQ ID No 12. A primeira e a segunda regiões da referida construção gênica podem ser capazes de formar uma região de RNA dupla-fita, a qual pode conter uma região espaçadora, podendo tal região espaçadora apresentar uma extensão de 100 a 800 nucleotídeos e pode ser um íntron.[81] The invention further provides for a gene construct comprising a first region with a sequence of 18 or more consecutive nucleotides having at least 90, 95, 99 or up to 100% similarity with at least one sequence of 18 or more consecutive nucleotides from sense nucleotide sequence selected from SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 and SEQ ID No 12 and a second region with a nucleotide sequence of 18 or more consecutive nucleotides having at least 90, 95, 99 or even 100% sequence similarity with the complement of 18 or more consecutive nucleotides from at least one nucleotide sequence selected from SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 and SEQ ID No 12. The first and second regions of the aforementioned gene construct may be able to form a double-stranded RNA region, which may contain a spacer region, with such a spacer region ranging from 100 to 800 nucleotides and po to be an intron.
[82] Em outro aspecto é fornecido um método para produção de uma célula de planta transgênica, planta, semente ou parte de planta capaz de expressar um dsRNA capaz de suprimir a expressão de do gene BAHD1, BAHD3, BAHD5 ou BAHD8, através da transformação de uma célula vegetal com uma construção gênica como descrita acima.[82] In another aspect, a method is provided for producing a transgenic plant cell, plant, seed or plant part capable of expressing a dsRNA capable of suppressing the expression of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 or BAHD8 gene, through transformation of a plant cell with a gene construct as described above.
[83] A invenção ainda provê um vetor que compreende uma molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12, assim como a molécula de RNA dupla-fita produzida a partir da expressão do referido vetor.[83] The invention further provides a vector comprising an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10 , SEQ ID NO 11 or SEQ ID NO 12, as well as the double-stranded RNA molecule produced from the expression of said vector.
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 47/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 47/79
27/36 [84] Também são fornecidas célula e planta transformada compreendendo uma molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12, assim como semente ou parte propagativa da planta. A referida célula pode ser uma célula eucariótica ou até, mais especificamente, uma célula vegetal.27/36 [84] Cell and transformed plant comprising an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID NO 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 or SEQ ID No 12, as well as seed or propagating part of the plant. Said cell can be a eukaryotic cell or even, more specifically, a plant cell.
[85] Em outro aspecto, é abordado um método de alteração de estrutura de parede celular através da exposição de planta ou parte da planta à molécula de RNA dupla-fíta cuja sequência compreende pelo menos um segmento de 18 ou mais nucleotídeos consecutivos de pelo menos uma sequência selecionada dentre SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No lie SEQ ID No 12. Ainda é previsto que a molécula de RNA dupla-fita pode ser sintetizada quimicamente ou produzida por expressão em microorganismo ou por expressão em célula vegetal.[85] In another aspect, a method of altering cell wall structure by exposing plant or part of the plant to the double-stranded RNA molecule whose sequence comprises at least a segment of 18 or more consecutive nucleotides of at least a sequence selected from SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No lie SEQ ID No 12. It is further predicted that the double-stranded RNA molecule can be chemically synthesized or produced by expression in a microorganism or by expression in a plant cell .
[86] Também é prevista uma composição contendo molécula de ácido nucleico isolada compreendendo uma sequência de ácido nucleico com pelo menos 90, 95, 99 ou 100% de similaridade com a sequência descrita em SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11 ou em SEQ ID No 12. Tal composição pode compreender um tratamento sólido, líquido, em pó, em suspensão, em emulsão, em spray, encapsulado, com microbeads, com carreadores particulados, em filme, em matriz ou semente. Ainda é fornecido um método de produzir uma planta com estrutura de parede celular alterada através da exposição da planta à referida composição. A referida planta também é fornecida.[86] A composition containing an isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid sequence with at least 90, 95, 99 or 100% similarity to the sequence described in SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No. 11 or SEQ ID No. 12. Such composition may comprise a solid, liquid, powder, suspension, emulsion, spray, encapsulated, microbeaded, particulate, film, matrix or seed treatment. A method of producing a plant with altered cell wall structure is also provided by exposing the plant to said composition. Said plant is also provided.
Experimentos realizados e resultados obtidos:Experiments performed and results obtained:
Construções gênicas:Genetic constructions:
[87] As regiões de silenciamento foram determinadas (SEQ ID No 9, SEQ ID No 10, SEQ ID No 11, SEQ ID No 12, SEQ ID No 31, SEQ ID No 32, SEQ ID No 33 e SEQ ID No 34) e clonadas em vetores binários. Os vetores (Figura 1) apresentam no seu TDNA o marcador de seleção hpt, que confere resistência ao antibiótico higromicina[87] Silencing regions have been determined (SEQ ID NO 9, SEQ ID NO 10, SEQ ID NO 11, SEQ ID NO 12, SEQ ID NO 31, SEQ ID NO 32, SEQ ID NO 33 and SEQ ID NO 34) and cloned into binary vectors. The vectors (Figure 1) have the hpt selection marker on their TDNA, which confers resistance to the antibiotic hygromycin
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 48/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 48/79
28/36 (transformação de S. viridis) e o gene bar, que confere resistência ao herbicida glufosinato de amônio (transformação de cana-de-açúcar). No vetor para S. viridis, a expressão do gene hpt é dirigida pelo promotor constitutivo 2x CaMV 35S (vetor para silenciamento do BAHD1) e pelo promotor constitutivo Actina de arroz (Act-1) (vetores para silenciamento dos genes BAHD3, BAHD5 e BAHD8 e dos vetores contendo os promotores específicos de parede celular secundária SzIRXl e /?z/IRX5). No vetor para cana-de-açúcar a expressão do gene marcador de seleção (bar) é dirigida pelo promotor constitutivo Actina de arroz (Act-1). Além disso, os cassetes de silenciamento em ambos os vetores são dirigidos pelos promotores: Ubiquitina de milho (ZwUbi-1) para expressão constitutiva do dsRNA e pelos promotores SiIRX1 e Z?z/1RX5 para expressão específica do dsRNA na parede celular secundária.28/36 (transformation of S. viridis) and the bar gene, which confers resistance to the herbicide glufosinate ammonium (transformation of sugarcane). In the vector for S. viridis, the expression of the hpt gene is driven by the 2x CaMV 35S constitutive promoter (vector for silencing BAHD1) and the constitutive promoter Actin in rice (Act-1) (vectors for silencing the BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes and vectors containing the secondary cell wall specific promoters SzIRX1 and /? z / IRX5). In the sugarcane vector, the expression of the selection marker gene (bar) is directed by the constitutive promoter Actin of rice (Act-1). In addition, the silencing cassettes in both vectors are directed by the promoters: corn ubiquitin (ZwUbi-1) for constitutive expression of the dsRNA and by the promoters SiIRX1 and Z? Z / 1RX5 for specific expression of the dsRNA in the secondary cell wall.
Transformação genética e obtenção de linhagens homozigotas de Setaria viridis, Brachypodium distachyon e cana-de-açúcar:Genetic transformation and obtaining homozygous strains of Setaria viridis, Brachypodium distachyon and sugar cane:
[88] A transformação genética de S. viridis foi mediada ροτ Agrobacterium de acordo com o protocolo descrito por Martins et al., A simple and highly efficient Agrobacterium-mediated transformation protocol for Setaria viridis. Biotechnology Reports, v. 6, p. 41-44,2015. Calos embriogênicos obtidos a partir de sementes maduras de S. viridis foram induzidos e usados como explante. Aproximadamente 50 calos foram incubados por 5 minutos na suspensão de Agrobacterium contendo os vetores descritos acima. Após 4 a 6 semanas em meio de cultura, as plântulas que sobreviveram à seleção com higromicina foram transplantadas para vasos e aclimatadas em câmaras Fitotron. A confirmação molecular da transgenia foi realizada por PCR com iniciadores específicos para o gene hpt (SEQ ID No 35 e SEQ ID No 36). Para cada construção, a eficiência de transformação foi calculada pela seguinte fórmula: número de plantas PCR positivas/número total de calos inoculados x 100 (Tabela 1).[88] The genetic transformation of S. viridis was mediated ροτ Agrobacterium according to the protocol described by Martins et al., A simple and highly efficient Agrobacterium-mediated transformation protocol for Setaria viridis. Biotechnology Reports, v. 6, p. 41-44,2015. Embryogenic calluses obtained from mature S. viridis seeds were induced and used as an explant. Approximately 50 calli were incubated for 5 minutes in the Agrobacterium suspension containing the vectors described above. After 4 to 6 weeks in culture medium, the seedlings that survived the hygromycin selection were transplanted into pots and acclimated in Fitotron chambers. Molecular confirmation of the transgenia was performed by PCR with specific primers for the hpt gene (SEQ ID No 35 and SEQ ID No 36). For each construction, the transformation efficiency was calculated using the following formula: number of PCR positive plants / total number of inoculated calli x 100 (Table 1).
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 49/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 49/79
29/3629/36
Tabela 1 Transformação genética de calos embriogênicos de S. viridis com os genes BAHDs.Table 1 Genetic transformation of S. viridis embryogenic calli with BAHDs genes.
positivas/número total de calos inoculados x 100.positive / total number of inoculated calli x 100.
Tabela 2 Exemplo da segregação para a resistência à higromicina na geração Tl de plantas transformadas com os genes BAHD.Table 2 Example of segregation for hygromycin resistance in the Tl generation of plants transformed with the BAHD genes.
a Número de plântulas sobreviventes no meio contendo 30 mg L'1 de higromicina. b Número de plântulas sensíveis no meio contendo 30 mg L'1 de higromicina. c Significativamente diferente P< 0.05. a Number of surviving seedlings in the medium containing 30 mg L ' 1 of hygromycin. b Number of sensitive seedlings in the medium containing 30 mg L ' 1 of hygromycin. c Significantly different P <0.05.
d Razão de plântulas resistentes vs sensíveis em higromicina [89] Para obtenção de linhagens homozigotas dos eventos positivos foi realizada análise de segregação em sementes Tl para estimar o número de inserções, para cada gene, em cada evento obtido. Primeiramente, sementes maduras de cada evento foram tratadas com ácido sulfúrico concentrado promovendo a quebra da dormência. As d Ratio of resistant vs sensitive seedlings in hygromycin [89] To obtain homozygous strains of positive events, segregation analysis in Tl seeds was performed to estimate the number of insertions, for each gene, in each event obtained. First, mature seeds from each event were treated with concentrated sulfuric acid, promoting dormancy break. At
Petição 870170085237, de 06/11/2017, pág. 50/79Petition 870170085237, dated 11/06/2017, p. 50/79
30/36 sementes foram cultivadas em meio de cultura seletivo contendo 50 mg/L de higromicina. Após 7 dias, o número de plantas resistentes e sensíveis foi avaliado e a proporção analisada estatisticamente usando o teste χ2 (Tabela 2). Os eventos com única inserção segregando na proporção mendeliana 3:1 foram selecionados (Ev.17.3 e Ev.18.1). As sementes T2 desses eventos foram cultivadas em meio seletivo para seleção das linhagens transgênicas homozigotas.30/36 seeds were grown in selective culture medium containing 50 mg / L of hygromycin. After 7 days, the number of resistant and sensitive plants was evaluated and the proportion was statistically analyzed using the χ 2 test (Table 2). Events with a single insertion segregating in the Mendelian proportion 3: 1 were selected (Ev.17.3 and Ev.18.1). The T2 seeds of these events were grown in a selective medium to select homozygous transgenic strains.
[90] A transformação genética de B. distachyon foi seguindo o protocolo descrito por Vogei J e Hill T. High-efficiency Agrobacterium-mediated transformation of Brachypodium distachyon inbred line Bd21-3. Plant Cell Reports, v. 27, n. 3, p. 471478,2008. Calos embriogênicos da linhagem Bd21-3 foram obtidos a partir de embriões imaturos e usados como explantes para transformação genética via Agrobacterium tumefaciens.[90] The genetic transformation of B. distachyon was following the protocol described by Vogei J and Hill T. High-efficiency Agrobacterium-mediated transformation of Brachypodium distachyon inbred line Bd21-3. Plant Cell Reports, v. 27, n. 3, p. 471478,2008. Embryogenic calluses of the Bd21-3 strain were obtained from immature embryos and used as explants for genetic transformation via Agrobacterium tumefaciens.
[91] A transformação genética de cana-de-açúcar foi mediada por Agrobacterium usando culturas de calos embriogênicos derivados de palmitos com idade de 6-8 meses da variedade comercial SP80-3280.[91] The sugarcane genetic transformation was mediated by Agrobacterium using embryogenic callus cultures derived from palm hearts aged 6-8 months of the commercial variety SP80-3280.
Quantificação relativa da expressão gênica dos BAHDs em eventos homozigotos deRelative quantification of BAHD gene expression in homozygous events of
S. viridis:S. viridis:
[92] A expressão relativa dos genes BAHD1, BAHD3, BAHD5 e BAHD8 nas plantas transgênicas T0 e T2 homozigotas foi quantificada através da técnica de PCR em tempo real como descrito por Martins, PK. et al. Selection of reliable reference genes for RTqPCR analysis during developmental stages and abiotic stress in Setaria viridis. Scientific Reports, v. 6, 2016. Após a extração do RNA total, síntese de cDNA e reação de PCR em tempo real a quantificação da expressão dos genes nas plantas T0 e T2, em relação às plantas não transformadas (NT), mostrou uma redução significativa na expressão dos genes em todos os tecidos analisados e de forma constitutiva sob controle do promotor ZmUbi-1 (Figura 2 e Figura 3, respectivamente). O mesmo resultado foi observado nas plantas cujos genes foram silenciados de forma específica, sob controle do promotor de parede celular secundária SzIRXl (Figura 4).[92] The relative expression of the BAHD1, BAHD3, BAHD5 and BAHD8 genes in homozygous T0 and T2 transgenic plants was quantified using the real-time PCR technique as described by Martins, PK. et al. Selection of reliable reference genes for RTqPCR analysis during developmental stages and abiotic stress in Setaria viridis. Scientific Reports, v. 6, 2016. After the extraction of total RNA, cDNA synthesis and real-time PCR reaction, the quantification of gene expression in T0 and T2 plants, in relation to untransformed plants (NT), showed a significant reduction in the expression of genes in all tissues analyzed and constitutively under the control of the ZmUbi-1 promoter (Figure 2 and Figure 3, respectively). The same result was observed in plants whose genes were specifically silenced, under the control of the secondary cell wall promoter SzIRXl (Figure 4).
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Determinação de ácidos fenólicos (FA e pCA) ligados à parede celular dos eventos homozigotos de S. viridis:Determination of phenolic acids (FA and pCA) bound to the cell wall of homozygous events of S. viridis:
[93] Os ácidos fenólicos ligados à parede celular das amostras de S. viridis (NT, Ev 17.3 e Ev 18.1) foram quantificados por cromatografia líquida de ultra-alta performance com detector de matriz de diodos (UHPLC-DAD). O preparo das amostras foi de acordo com o método de hidrólise alcalina (NaOH 2M) do resíduo insolúvel em álcool (AIR) descrito por Molinari, HBC. et al., Grass cell wall feruloylation: distribution of bound ferulate and candidate gene expression in Brachypodium distachyon. Frontiers in Plant Science, v. 4, p. 50, 2013.[93] Phenolic acids bound to the cell wall of S. viridis samples (NT, Ev 17.3 and Ev 18.1) were quantified by ultra high performance liquid chromatography with a diode array detector (UHPLC-DAD). The preparation of the samples was according to the alkaline hydrolysis method (2M NaOH) of the alcohol insoluble residue (AIR) described by Molinari, HBC. et al., Grass cell wall feruloylation: distribution of bound ferulate and candidate gene expression in Brachypodium distachyon. Frontiers in Plant Science, v. 4, p. 50, 2013.
[94] Os eventos Ev 17.3 e 18.1, com níveis reduzidos dos transcritos do gene BAHD1 deveríam também produzir menor quantidade de ferulatos ligados à parede celular e, assim, gerar uma redução do cross-linking entre os polímeros da mesma. Após a quantificação, os resultados mostraram uma redução significativa no conteúdo do ácido trans-ferúlico (TFA), em todos dos tecidos, quando comparados com o controle NT (Figuras 5, 6 e 7). No entanto, em colmo e raiz o conteúdo de /2-cumárico aumentou significativamente em relação ao NT (Figuras 5 e 7).[94] Events Ev 17.3 and 18.1, with reduced levels of BAHD1 gene transcripts, should also produce less amount of ferulates linked to the cell wall and, thus, generate a reduction in cross-linking between its polymers. After quantification, the results showed a significant reduction in the content of trans-ferulic acid (TFA), in all tissues, when compared with the NT control (Figures 5, 6 and 7). However, in stem and root the content of / 2-cumárico increased significantly in relation to the NT (Figures 5 and 7).
Quantificação da lignina pelo método de brometo de acetila e dos monômeros de lignina em HPLC dos eventos homozigotos de S. viridis'.Quantification of lignin by the method of acetyl bromide and lignin monomers on HPLC of homozygous events of S. viridis'.
[95] Para a quantificação da lignina, primeiramente as amostras foram secas, trituradas e a biomassa foi lavada exaustivamente para a retirada de interferentes como proteínas solúveis, compostos fenólicos e proteínas hidrofóbicas. Assim, 20 mg da fração da parede celular livre de proteínas foi incubada com 0,5 mL de brometo de acetila 25% (v/v) a 70°C por 30 min. Para a solubilização da lignina utilizou-se 4 mL de ácido acético gelado para as amostras de folha e colmo e 5 mL para as amostras de raízes. As amostras foram então centrifugadas (3300 RPM por 5 min) e o sobrenadante diluído foi utilizado para as leituras em espectrofotômetro (280 nm). A concentração de lignina foi por fim determinada de acordo com uma curva padrão e os resultados[95] For the quantification of lignin, the samples were first dried, crushed and the biomass was thoroughly washed to remove interferents such as soluble proteins, phenolic compounds and hydrophobic proteins. Thus, 20 mg of the protein-free cell wall fraction was incubated with 0.5 mL of 25% (v / v) acetyl bromide at 70 ° C for 30 min. For the solubilization of lignin, 4 ml of cold acetic acid was used for leaf and stem samples and 5 ml for root samples. The samples were then centrifuged (3300 RPM for 5 min) and the diluted supernatant was used for the spectrophotometer readings (280 nm). The lignin concentration was finally determined according to a standard curve and the results
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32/36 expressos em mg lignina g'1 de parede celular isenta de proteínas (Adaptado de Moreira-Vilar, FC, et al. The acetyl bromide method is faster, simpler and presents best recovery of lignin in different herbaceous tissues than klason and thioglycolic acid methods. PloS one, v. 9, n. 10, p. el 10000,2014).32/36 expressed in mg lignin g ' 1 of protein-free cell wall (Adapted from Moreira-Vilar, FC, et al. The acetyl bromide method is faster, simpler and presents best recovery of lignin in different herbaceous tissues than klason and thioglycolic acid methods. PloS one, v. 9, n. 10, p. el 10000,2014).
[96] Como mostrado na figura 11 A, o conteúdo de lignina no colmo dos eventos transgênicos não foi alterado. No entanto, uma pequena redução foi observada na raiz (Figura 8C) dos dois eventos em relação ao NT e um aumento no conteúdo de lignina nas folhas do Ev. 17.3 (Figura 8B).[96] As shown in figure 11A, the lignin content in the stem of transgenic events has not been changed. However, a small reduction was observed at the root (Figure 8C) of the two events in relation to the NT and an increase in the lignin content in the leaves of the Ev. 17.3 (Figure 8B).
[97] Para a quantificação dos monômeros por HPLC foram usados 50 mg da parede celular isenta de proteínas. As amostras foram incubadas com 1 mL de NaOH 2M e 0,1 mL de nitrobenzeno em estufa a 170°C por 150 minutos. Após resfriamento, as amostras foram colocadas em funil de separação para lavagens com água destilada. As fases foram separadas com clorofórmio e após descarte da fase clorofórmica as amostras foram acidificadas com HCL e uma nova separação de fase foi realizada para coleta da fase clorofórmica em balão de vidro. As amostras foram rotoevaporadas e ressuspendidas em 1 mL de metanol PA, diluídas 20 vezes em fase móvel (Metanol 20% em ácido acético 4%) e lidas em HPLC, coluna Cl8 15 cm, em comprimento de onda de 290 nm com fluxo de 1,2 mL/min. (Adaptado de Lima, RB. et al. Enhanced lignin monomer production caused by cinnamic acid and its hydroxylated derivatives inhibits soybean root growth. PloS one, v. 8, n. 12, p. e80542, 2013).[97] For the quantification of monomers by HPLC, 50 mg of the protein-free cell wall was used. The samples were incubated with 1 ml of 2M NaOH and 0.1 ml of nitrobenzene in an oven at 170 ° C for 150 minutes. After cooling, the samples were placed in a separating funnel for washing with distilled water. The phases were separated with chloroform and after discarding the chloroform phase the samples were acidified with HCL and a new phase separation was performed to collect the chloroform phase in a glass flask. The samples were rotoevaporated and resuspended in 1 mL of methanol PA, diluted 20 times in a mobile phase (20% methanol in 4% acetic acid) and read on HPLC, Cl8 column 15 cm, at a wavelength of 290 nm with a flow of 1 , 2 ml / min. (Adapted from Lima, RB. Et al. Enhanced lignin monomer production caused by cinnamic acid and its hydroxylated derivatives inhibits soybean root growth. PloS one, v. 8, n. 12, p. E80542, 2013).
[98] Os resultados mostraram que não houve alteração dos monômeros H, S e G no colmo dos eventos em relação ao NT (Figura 9). Nas folhas e raiz nota-se um aumento dos monômeros H e S nos dois eventos (Figura 9).[98] The results showed that there was no change in the monomers H, S and G in the culm of the events in relation to the NT (Figure 9). In the leaves and roots, there is an increase in monomers H and S in both events (Figure 9).
Sacarificação enzimática dos eventos homozigotos de 5. viridis'.Enzymatic saccharification of homozygous events of 5. viridis'.
[99] Amostras dos eventos 17.3 e 18.1 e NT foram submetidas à sacarificação (sem pré-tratamento) com coquetel comercial enzimático Cellic®Ctec3 a 10 FPU (Unidades de papel filtro) /g de biomassa. Cada parte da planta (folhas e colmo) foi analisada separadamente. A hidrólise enzimática foi realizada com 2% (w/v) de biomassa em 0,5[99] Samples from events 17.3 and 18.1 and NT were subjected to saccharification (without pre-treatment) with commercial enzymatic cocktail Cellic®Ctec3 at 10 FPU (Filter paper units) / g of biomass. Each part of the plant (leaves and stem) was analyzed separately. Enzymatic hydrolysis was performed with 2% (w / v) of biomass in 0.5
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M de tampão de citrato pH 5,0 a 50°C com agitação de 1000 rpm. Foram analisadas alíquotas de 0, 6 e 24 horas. As reações foram realizadas em tubos de 2 mL Eppendorf Thermomixer utilizando um incubador de microplacas (Eppendorf, Alemanha). Ao final, as amostras foram centrifugadas a lO.OOOg durante 15 min (Centrífuga 5418, Eppendorf), e aquecidas a 80°C por 5 minutos para inativação das enzimas. Os carboidratos estruturais foram determinados conforme Procedimento Analítico de Laboratório Determinação de Carboidratos Estruturais e Lignina em Biomassa, do Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL). Todas as dosagens foram realizadas em três réplicas biológicas e cada réplica dosada em triplicata. Os resultados foram expressos nas médias em gramas por litro. O teste estatístico adotado foi ANOVA bidirecional seguida pelo teste de Bonferroni, com p <0,05 (*) e p <0,01 (**).M citrate buffer pH 5.0 at 50 ° C with 1000 rpm agitation. Rates of 0, 6 and 24 hours were analyzed. The reactions were performed in 2 ml Eppendorf Thermomixer tubes using a microplate incubator (Eppendorf, Germany). At the end, the samples were centrifuged at 10.000g for 15 min (Centrifuge 5418, Eppendorf), and heated at 80 ° C for 5 minutes to inactivate the enzymes. Structural carbohydrates were determined according to the Laboratory Analytical Procedure Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass, from the National Renewable Energy Laboratory (NREL). All dosages were performed in three biological replicates and each replica was dosed in triplicate. The results were expressed as averages in grams per liter. The statistical test adopted was bidirectional ANOVA followed by the Bonferroni test, with p <0.05 (*) and p <0.01 (**).
[100] Os resultados mostraram que o evento mais efetivo para contribuição na hidrólise de biomassa foi o evento Ev. 18.1 tanto no colmo quanto na folha (Figura 10). No entanto, os colmos foram as amostras que liberaram mais açúcar redutor já com 6 horas de sacarificação (Tabela 3).[100] The results showed that the most effective event to contribute to biomass hydrolysis was the Ev event. 18.1 in both the stem and the leaf (Figure 10). However, the culms were the samples that released more reducing sugar after 6 hours of saccharification (Table 3).
Tabela 3 Aumento na concentração de glicose liberada (em percentagem) no ensaio de sacarificação para os dois eventos de S. viridis em comparação com o controle (Planta não transgênica).Table 3 Increase in the concentration of glucose released (in percentage) in the saccharification test for the two events of S. viridis in comparison with the control (Non-transgenic plant).
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Fenotipagem dos eventos homozigotos de 5. viridis e cana-de-açúcar:Phenotyping of homozygous events of 5. viridis and sugarcane:
[101] Para a amostragem de biomassa, 10 plantas de cada evento e NT senescentes foram selecionadas. Os órgãos da planta (excluindo raiz) foram completamente secos em forno a 65°C por 72 h para se obter a biomassa seca da parte aérea. As sementes foram coletadas após 90 dias e o peso de mil sementes foi estimada.[101] For biomass sampling, 10 plants from each event and senescent NT were selected. The plant organs (excluding root) were completely dried in an oven at 65 ° C for 72 h to obtain the dry biomass of the aerial part. The seeds were collected after 90 days and the weight of a thousand seeds was estimated.
[102] Alguns estudos sugerem que a dimerização TF A desempenha um papel no crescimento das plantas através da inibição do alongamento da parede celular e de expansão (Macadam, J W; Grabber, JH. Relationship of growth cessation with the formation of diferulate cross-links and p-coumaroylated lignins in tall fescue leaf blades. Planta, v. 215, n. 5, p. 785-793, 2002; Obel N et al., Dynamic changes in cell wall polysaccharides during wheat seedling development. Phytochemistry, v. 60, n. 6, p. 603-610, 2002; Sasayama D et al., Involvement of cell wall-bound phenolic acids in decrease in cell wall susceptibility to expansins during the cessation of rapid growth in intemodes of floating rice. Joumal Plant Physiology, v. 168, p. 121-127, 2011). Assim, com a redução do teor de dímero FA, seria esperado plantas menores diminuindo a capacidade de sustentar-se ou maiores, devido à maior expansão das células durante o crescimento. De fato, progênies de milho com redução de ésteres de ácido ferúlico na fase de mudas, tiveram aumento de aproximadamente 8% da biomassa em ensaios de campo (Jung, HG & Phillips, RL. Putative seedling ferulate ester maize mutant: morphology, biomass yield, and stover cell wall composition and rumen degradability. Crop Science, v. 50, η. 1, p. 403-418, 2010). Nas plantas transgênicas de 5. viridis observamos um aumento significativo de biomassa e no número de sementes do Ev. 18.1 em relação ao NT. No entanto, para o EV. 17.3 não houve diferença significativa na biomassa em relação ao NT (Figura 11).[102] Some studies suggest that TF A dimerization plays a role in plant growth by inhibiting cell wall elongation and expansion (Macadam, JW; Grabber, JH. Relationship of growth cessation with the formation of diferulate cross-links and p-coumaroylated lignins in tall fescue leaf blades .Plant, v. 215, n. 5, p. 785-793, 2002; Obel N et al., Dynamic changes in cell wall polysaccharides during wheat seedling development. Phytochemistry, v. 60, n. 6, pp. 603-610, 2002; Sasayama D et al., Involvement of cell wall-bound phenolic acids in decrease in cell wall susceptibility to expansins during the cessation of rapid growth in intemodes of floating rice. Physiology, v. 168, p. 121-127, 2011). Thus, with the reduction of the FA dimer content, smaller plants would be expected to decrease the ability to sustain themselves or larger ones, due to the greater expansion of cells during growth. In fact, corn progenies with reduced ferulic acid esters in the seedling phase, had an increase of approximately 8% of the biomass in field trials (Jung, HG & Phillips, RL. Putative seedling ferulate ester maize mutant: morphology, biomass yield , and stover cell wall composition and rumen degradability (Crop Science, v. 50, η. 1, p. 403-418, 2010). In transgenic plants of 5. viridis we observed a significant increase in biomass and in the number of seeds of Ev. 18.1 in relation to the NT. However, for the EV. 17.3 there was no significant difference in biomass compared to NT (Figure 11).
[103] Com relação às plantas transgênicas de cana-de-açúcar na figura 14D é possível observar que não há diferença fenotípica entre a planta não transformada (NT) e os eventos transgênicos.[103] Regarding the transgenic sugarcane plants in Figure 14D, it is possible to observe that there is no phenotypic difference between the untransformed plant (NT) and the transgenic events.
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Quantificação relativa da expressão gênica do BAHD1 em eventos de cana-deaçúcar:Relative quantification of BAHD1 gene expression in sugarcane events:
[104] A expressão relativa do gene BAHD1 nas plantas transgênicas foi quantificada através da técnica de PCR em tempo real como descrito por Reis RR. et al., Induced over-expression of AtDREB2A CA improves drought tolerance in sugarcane. Plant Science, v. 221-222, p. 59-68, 2014. Após a extração do RNA total das folhas, síntese de cDNA e reação de PCR em tempo real a quantificação da expressão do gene BAHD1 nos 14 eventos gerados, em relação à planta não transformadas (NT), mostrou uma redução significativa na expressão do BAHD1 em 7 eventos (Figura 12).[104] The relative expression of the BAHD1 gene in transgenic plants was quantified using the real-time PCR technique as described by Reis RR. et al., Induced over-expression of AtDREB2A CA improves drought tolerance in sugarcane. Plant Science, Vol. 221-222, p. 59-68, 2014. After extracting the total RNA from the leaves, cDNA synthesis and real-time PCR reaction, the quantification of the expression of the BAHD1 gene in the 14 events generated, in relation to the untransformed plant (NT), showed a reduction expression of BAHD1 in 7 events (Figure 12).
Determinação de ácidos fenólicos (FA e pCA) ligados à parede celular dos eventos de cana-de-açúcar:Determination of phenolic acids (FA and pCA) linked to the cell wall of sugarcane events:
[105] Os ácidos fenólicos ligados à parede celular das amostras de cana-de-açúcar (NT, Ev. 1.0, Ev. 2.4, Ev. 3.6, Ev. 4.0 e Ev. 5.0) foram quantificados por cromatografia líquida de ultra-alta performance com detector de matriz de diodos (UHPLC-DAD). O preparo das amostras foi de acordo com o método de hidrólise alcalina (NaOH 2M) do resíduo insolúvel em álcool (AIR) descrito por Molinari HBC et al., Grass cell wall feruloylation: distribution of bound ferulate and candidate gene expression in Brachypodium distachyon. Frontiers in Plant Science, v. 4, p. 50, 2013.[105] Phenolic acids bound to the cell wall of sugarcane samples (NT, Ev. 1.0, Ev. 2.4, Ev. 3.6, Ev. 4.0 and Ev. 5.0) were quantified by ultra high-performance liquid chromatography performance with diode array detector (UHPLC-DAD). The preparation of the samples was in accordance with the alkaline hydrolysis method (2M NaOH) of the alcohol insoluble residue (AIR) described by Molinari HBC et al., Grass cell wall feruloylation: distribution of bound ferulate and candidate gene expression in Brachypodium distachyon. Frontiers in Plant Science, v. 4, p. 50, 2013.
[106] Os eventos com níveis reduzidos dos transcritos do gene BAHD1 deveríam também produzir menor quantidade de ferulatos ligados à parede celular e, assim, gerar uma redução do cross-linking entre os polímeros da mesma. Após a quantificação, os resultados mostraram uma redução significativa no conteúdo do ácido trans-ferúlico (TFA), nas folhas, dos eventos Ev 1.0, Ev 3.6 e Ev. 4.0, quando comparados com o controle NT (Figura 13A). No caso do Ev 2.3 a redução foi tão drástica que a quantidade de TFA não pode ser detectada por ficar abaixo do menor ponto da curva de calibração do método. O conteúdo de /j-cumárico (pCA) aumentou significativamente em relação ao NT somente no Ev 2.4 e diminuiu no Ev 2.3 (Figura 13B).[106] Events with reduced levels of BAHD1 gene transcripts should also produce lesser amounts of ferulates bound to the cell wall and, thus, generate a reduction in cross-linking between its polymers. After quantification, the results showed a significant reduction in the content of trans-ferulic acid (TFA), in the leaves, of the events Ev 1.0, Ev 3.6 and Ev. 4.0, when compared to the NT control (Figure 13A). In the case of Ev 2.3, the reduction was so drastic that the amount of TFA cannot be detected because it is below the lowest point on the calibration curve of the method. The content of / j-cumárico (pCA) increased significantly in relation to NT only in Ev 2.4 and decreased in Ev 2.3 (Figure 13B).
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Sacarificação enzimática dos eventos de cana-de-açúcar:Enzymatic saccharification of sugarcane events:
[107] Amostras de folhas dos eventos 2.3, 3.1 e 4.0 e NT foram submetidas à sacarificação (sem pré-tratamento) com coquetel comercial enzimático Cellic®Ctec 3 a 5 FPU (Unidades de papel filtro) /g de biomassa. A hidrólise enzimática foi realizada com 2% (w/v) de biomassa em 0,5 M de tampão de citrato pH 5,0 a 50° C com agitação de 200 rpm. Foram retiradas alíquotas após 0, 3, 6, 10 e 24 horas de hidrólise enzimática e colocadas em Eppendorf de 2 mL. As amostras foram centrifugadas a lO.OOOg durante 15 minutos (Centrífuga 5418, Eppendorf) e o sobrenadante armazenado para análise dos carboidratos. Os carboidratos estruturais foram determinados conforme Procedimento Analítico de Laboratório Determinação de Carboidratos Estruturais e Lignina em Biomassa, do Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL). Todas as dosagens foram realizadas em três réplicas biológicas e cada réplica dosada em triplicata. Os resultados foram expressos nas médias em gramas por litro. O teste estatístico adotado foi ANOVA bidirecional seguida pelo teste de Bonferroni, com p < 0,05 (*) e p < 0,01 (**).[107] Leaf samples from events 2.3, 3.1 and 4.0 and NT were subjected to saccharification (without pre-treatment) with commercial enzymatic cocktail Cellic®Ctec 3 to 5 FPU (Filter paper units) / g of biomass. Enzymatic hydrolysis was carried out with 2% (w / v) biomass in 0.5 M citrate buffer pH 5.0 at 50 ° C with 200 rpm agitation. Aliquots were removed after 0, 3, 6, 10 and 24 hours of enzymatic hydrolysis and placed in 2 ml Eppendorf. The samples were centrifuged at 10.000g for 15 minutes (Centrifuge 5418, Eppendorf) and the supernatant stored for carbohydrate analysis. Structural carbohydrates were determined according to the Laboratory Analytical Procedure Determination of Structural Carbohydrates and Lignin in Biomass, from the National Renewable Energy Laboratory (NREL). All dosages were performed in three biological replicates and each replica was dosed in triplicate. The results were expressed as averages in grams per liter. The statistical test adopted was bidirectional ANOVA followed by the Bonferroni test, with p <0.05 (*) and p <0.01 (**).
[108] Os resultados mostraram que o evento mais efetivo para contribuição na hidrólise de biomassa foi o evento Ev. 2.3 nos tempos de 6, 10 e 24 horas de hidrólise (Figura 15). Mas os três eventos apresentaram aumento na sacarificação nos tempos 6, 10 e 24 horas em relação ao controle.[108] The results showed that the most effective event to contribute to biomass hydrolysis was the Ev event. 2.3 at 6, 10 and 24 hours of hydrolysis (Figure 15). But the three events showed an increase in saccharification at times 6, 10 and 24 hours compared to the control.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] |