Understanding sugarcane cell wall to increase 2G ethanol production [recurso eletrônico]
Rafael Henrique Gallinari
TESE
Inglês
T/UNICAMP G137u
[Compreendendo a parede celular de cana de açúcar para o aumento da produção de etanol 2G]
Campinas, SP : [s.n.], 2020.
1 recurso online (183 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientadores: Marcelo Menossi, Pedro Araújo
Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia
Resumo: Existe uma demanda crescente por fontes renováveis de energia. O bioetanol de cana-de-açúcar está entre as melhores alternativas devido ao seu baixo custo. O bagaço da cana-de-açúcar, de alto potencial energético, tornou-se recentemente alvo para a produção de etanol de segunda geração (2G)....
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Resumo: Existe uma demanda crescente por fontes renováveis de energia. O bioetanol de cana-de-açúcar está entre as melhores alternativas devido ao seu baixo custo. O bagaço da cana-de-açúcar, de alto potencial energético, tornou-se recentemente alvo para a produção de etanol de segunda geração (2G). No entanto, a estrutura das paredes celulares das plantas evoluiu de tal forma que a liberação dos monossacarídeos usados para produzir o etanol 2G é um grande desafio. Em organismos modelo, foi demonstrado que o gene GUX2 está envolvido na estrutura da hemicelulose, um dos principais polissacarídeos da parede celular vegetal. Quando o GUX2 é silenciado, a quantidade de ácido glucurônico (GlcA) depositado no xilano é reduzida, o que acaba diminuindo a recalcitrância da parede celular para o processo de sacarificação. Neste trabalho, identificamos e caracterizamos duas enzimas GUX da cana-de-açúcar (ScGUX1 e ScGUX2) por meio de ensaios in vitro e in vivo. Estudos de complementação usando mutantes de Arabidopsis para GUX1 ou GUX2 indicaram que as atividades de ScGUX1 e ScGUX2 são conservadas entre mono e dicotiledôneas. Em relação ao padrão de deposição de GlcA sobre o xilano nessas plantas, observamos que ScGUX1 tem preferência em adicionar GlcA a cada seis xiloses, enquanto ScGUX2 adiciona GlcA a cada cinco e sete xiloses. Além disso, o gene ScGUX2 da cana-de-açúcar foi silenciado, resultando em plantas com redução significativa na deposição de GlcA sobre o xilano. Nessas plantas silenciadas com ScGUX2, o padrão de adição de GlcA - a cada cinco e sete xiloses, desapareceu, corroborando os ensaios in vivo e in vitro anteriores. Essa alteração resultou em um bagaço com maior sacarificação: foram liberados até 22% mais glicose e até 43% mais xilose. Curiosamente, as plantas silenciadas não mostraram qualquer anormalidade no seu desenvolvimento em comparação com os controles do tipo selvagem. Estes resultados indicam que a recalcitrância da parede celular nos eventos silenciados é reduzida em comparação com as plantas do tipo selvagem
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Abstract: There is an increasing demand for renewable energy sources. Bioethanol from sugarcane is among the best alternatives due to its cost effectiveness. The sugarcane bagasse, which has a high energy potential, recently became a target for the production of second-generation ethanol (2G)....
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Abstract: There is an increasing demand for renewable energy sources. Bioethanol from sugarcane is among the best alternatives due to its cost effectiveness. The sugarcane bagasse, which has a high energy potential, recently became a target for the production of second-generation ethanol (2G). However, the structure of the plant cell walls evolved in such a way that the release of monosaccharides used to produce 2G ethanol is a major challenge. In model organisms it was shown that the GUX2 gene is involved in the structure of hemicellulose, one of the main polysaccharides in plant cell walls. When GUX2 is silenced, the amount of glucuronic acid (GlcA) deposited on xylan is reduced, which ultimately decreases the cell wall recalcitrance for the saccharification process. In this work, we identified and characterized two sugarcane GUX enzymes (ScGUX1 and ScGUX2) through in vitro and in vivo assays. Complementation studies using Arabidopsis mutants for GUX1 or GUX2 indicated that the ScGUX1 and ScGUX2 activities are conserved between mono and dicots. Regarding the GlcA deposition patterning over the xylan in these plants, we observed that ScGUX1 has a preference to add GlcA every six xyloses, while ScGUX2 adds GlcA every five and seven xyloses. Moreover, the ScGUX2 gene from sugarcane was silenced, resulting in plants with a significantly reduction in GlcA deposition over xylan. In these ScGUX2-silenced plants the GlcA addition pattern – every five and seven xyloses, disappeared, corroborating the previous in vivo and in vitro assays. This change resulted in a bagasse with a higher saccharification: up to 22% more glucose and up to 43% more xylose were released. Interestingly, the silenced plants did not show any abnormality in their development compared to wild type controls. These results indicate that the recalcitrance of the cell wall in the silenced events is reduced in comparison to wild type plants
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Aberto
Menossi, Marcelo, 1968-
Orientador
Araújo, Pedro, 1985-
Coorientador
Ferraz, Andre Luis
Avaliador
Cesarino, Igor, 1984-
Avaliador
Mortimer, Jennifer Charlotte
Avaliador
Buckeridge, Marcos Silveira
Avaliador
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