Resumo: O uso de biocombustíveis como estratégia de curto prazo tem sido uma ótima estratégia para diminuir a dependência de combustíveis fósseis para geração de energia. A biomassa tem um papel fundamental nessa cadeia de produção e a expansão de plantações de culturas bioenergéticas para regiões semiáridas é essencial para a aceitação dessa estratégia mundialmente. Nesse contexto, é importante estudar culturas que podem prosperar em áreas semiáridas com altas temperaturas, alta insolação e baixa disponibilidade de água, especialmente sem irrigação, como é o caso das agaves. No Brasil, as agaves são cultivadas principalmente por sua fibra de sisal, que é extraída das folhas de certas espécies, como Agave sisalana e genótipos híbridos (H11648 e H400L). A. tequilana é outra espécie importante amplamente usada para bebidas alcoólicas (tequila, mezcal etc.) no México e notável por sua adequação na produção de biocombustíveis devido ao seu alto teor de açúcar e ciclo de vida mais curto. No contexto deste projeto de mestrado, usamos genômica populacional, análise de SNPs/Indels e genômica comparativa para entender os processos biológicos subjacentes aos mecanismos relacionados aos fenótipos de interesse para a produção, como produtividade de biomassa, resistência a doenças, tolerância à seca e teor de açúcar/fibra, que podem ser alvos para engenharia genética e melhoria da produtividade das culturas. O sequenciamento ddRAD e a análise de 10 indivíduos H11648, 8 H400L e 77 A. sisalana revelaram 15.887 SNPs e 5.302 Indels para H11648; 15.105 SNPs e 5.235 Indels para H400L; e 12.168 SNPs e 9.003 Indels para A. sisalana. As análises genômicas populacionais mostraram uma clara diversidade genética entre H11648 e H400L e entre as subpopulações de A. sisalana de 3 diferentes regiões produtoras. O enriquecimento de GO identificou processos biológicos relacionados aos processos catabólicos de glutationa, resposta de defesa a fungos, respostas celulares à privação de ferro e resposta à estrigolactona. Na análise genômica comparativa, identificamos 28.719 ortogrupos, dos quais 6.818 específicos de cada espécie e 9.460 ortogrupos com todas as espécies presentes. Para a análise de famílias gênicas, obtivemos 1.545 famílias expandidas e 2.788 famílias contraídas para A. sisalana; 3.515 famílias expandidas e 751 famílias contraídas para H11648; 1.678 famílias expandidas e 856 famílias contraídas para A. tequilana. A análise de GO mostrou ortogrupos exclusivos e famílias gênicas associados aos fenótipos de interesse para produção. Nossas descobertas aumentam nossa compreensão sobre Agaves e nos dão uma base para uma possível engenharia genética que visa melhorar a produtividade das culturas, contribuindo para o avanço da produção sustentável de biocombustíveis e reduzindo a dependência de combustíveis fósseis Ver menos

Abstract: The use of biofuels as a short-term strategy has been a great strategy to diminish the reliance on fossil fossil fuels for energy generation. Biomass has a fundamental role in this production chain and the expansion of bioenergetic crops plantations to semiarid regions is a way of increasing the production of biofuels around the world. In this context, it is important to study crops that can thrive in such semiarid areas with high temperatures, high insolation, and low water availability, especially without irrigation, as is the case for agaves, drought-resistant plants. In Brazil, agaves are primarily grown for their sisal fiber, which is extracted from the leaves of certain species, like Agave sisalana and Hybrid genotypes (H11648 and H400L). A. tequilana is another important species that is widely used for sprits (tequila, mezcal etc) in Mexico and notable for its suitability in biofuel production due to its high sugar content and shorter life cycle. In the context of this master's project, we used population genomics, SNPs/Indels analysis and comparative genomics to understand the biological processes underlying mechanisms related to phenotypes of interest for production, such as biomass productivity, disease resistance, drought tolerance and sugar/fiber content, which can be targets for further genetic engineering and crop productivity improvement. ddRAD sequencing and analysis of 10 H11648, 8 H400L, and 77 A. sisalana individuals revealed 15,887 SNPs and 5,302 Indels for H11648; 15,105 SNPs and 5,235 Indels for H400L; and 12,168 SNPs and 9,003 Indels for A. sisalana. Population genomics analyses showed a clear genetic diversity between H11648 and H400L and between the subpopulations of agave sisalana from 3 different production regions. GO enrichment identified biological processes related to glutathione catabolic processes, defense response to fungus, cellular responses to iron starvation, and response to strigolactone. In the comparative genomics analysis, we identified 28,719 orthogroups, of which 6,818 species-specific and 9,460 orthogroups with all species present. For the gene families analysis, we obtained 1545 expanded families and 2788 contracted families for A. sisalana; 3515 expanded families and 751 contracted families for H11648; 1678 expanded families and 856 contracted families for A. tequilana. The GO analysis showed exclusive orthogroups and gene families associated with the phenotypes of interest for production. Our findings enhance our understanding of Agave and give us a base to future genetic engineering aimed at improving crop productivity, contributing to the advancement of sustainable biofuel production and reducing reliance on fossil fuels Ver menos