RNA-guided silencing pathways in Coffea spp.: genome-transcriptome-wide analyses

Abstract

O Brasil é o maior produtor e exportador de café, a segunda commodity mais comercializada no mundo. O café é uma cultura bianual cuja fenologia é fortemente influenciada por fatores ambientais, como fotoperíodo, temperatura e distribuição de chuvas. A planta do cafeeiro apresenta desenvolvimento floral sequencial e vários eventos de florescimento. Esses eventos levam à maturação desigual dos frutos e, portanto, a uma baixa qualidade da bebida e a um aumento nos custos de produção. Dentro do panorama das mudanças climáticas, são extremamente necessários estudos que visem esclarecer os mecanismos de regulação do desenvolvimento para o melhoramento genético. Os microRNAs (miRNAs) são uma classe de RNAs pequenos não codificantes (sRNAs), com 21 nt de comprimento, em média, que regulam a expressão de mRNA em plantas inibindo a sua tradução com ou sem clivagem do alvo. O objetivo desta tese foi fornecer uma ampla análise de miRNAs de café e desvendar as vias de silenciamento guiadas por RNA nesta cultura. Para isso, o genoma de C. canephora foi pesquisado para a identificação e caracterização dos miRNAs e dos componentes das vias de silenciamento de RNA. Além disso, foram construídas bibliotecas de RNAseq pequenos RNAs a partir de gemas florais de C. arabica em diferentes estádios de desenvolvimento, visando identificar genes miRNAs conservados e de gênero específico relacionados ao desenvolvimento floral no café. Estes dois estudos representam um trabalho pioneiro que oferece um passo significativo para uma melhor compreensão da regulação transcricional e pós- transcricional desta grande cultura. A identificação e caracterização dos componentes das vias de silenciamento guiadas por RNA nesta importante cultura não somente proporcionam conhecimento da biologia destas plantas, mas também fornecem base para o melhoramento vegetal através de ferramentas biotecnológicas para lidar com as restrições dessa cultura.

Brazil is the major producer and exporter of coffee beans, which are the second most traded commodity worldwide. Coffee is a biannual crop whose phenology is strongly influenced by environmental factors, such as photoperiod, temperature and rainfall distribution. The coffee tree presents sequential flower development and several blossoming events. These events lead to unequal maturation of fruits and, therefore, impair the quality of the beverage and increase the production costs. Within the panorama of climate changes, studies aiming to clarify the regBrazil is the major producer and exporter of coffee beans, which are the second most traded commodity worldwide. Coffee is a biannual crop whose phenology is strongly influenced by environmental factors, such as photoperiod, temperature and rainfall distribution. The coffee tree presents sequential flower development and several blossoming events. These events lead to unequal maturation of fruits and, therefore, impair the quality of the beverage and increase the production costs. Within the panorama of climate changes, studies aiming to clarify the regulation of developmental mechanisms for crop breeding are extremely required. microRNAs (miRNAs) are a class of non-coding small RNAs (sRNAs), 21 nt long on average, that regulate mRNA expression in plants inhibiting their translation with or without cleavage of the target. The aim of this dissertation was to provide a wide analysis of coffee miRNAs and to unravel the RNA-guided silencing pathways. To do that, the Coffea canephora genome was surveyed for the identification and characterization of the miRNAs and the components of RNA-silencing pathways. Furthermore, small-RNAseq libraries were constructed from floral buds in different development stages, aiming to identify conserved and genus-specific miRNAs related to floral development in coffee. These two studies represent a pioneering work that offers a significant step towards a better understanding of the transcriptional and post-transcriptional regulation of floral development in this major crop. The identification and characterization of the components in the RNA-guided silencing pathways in this important crop provide not only knowledge of the plant biology, but also basis for further enhancement through biotechnological tools to address its constraints.