Estrutura populacional e diversidade genética de Coffea Canephora detectadas por marcadores moleculares

Abstract

A integração de marcadores moleculares consiste em estratégia eficiente para o estudo genético e auxílio dos programas de melhoramento genético da espécie cafeeira Coffea canephora. Nesse contexto, os marcadores microssatélites (SSR) e, mais recentemente, os marcadores de polimorfismo único (SNP) têm sido preferencialmente escolhidos e utilizados, pois agregam informações importantes ao programa. Esses marcadores apresentam reprodutibilidade e expressão codominante, bem como permitem analisar regiões polimórficas do genoma dos diferentes cafeeiros. Nos programas de melhoramento, esses marcadores podem ser utilizados para diferentes finalidades com destaque para os estudos de diversidade genética, que auxiliam na avaliação de recursos genéticos disponíveis, seleção de genitores, identificação e caracterização de acessos de germoplasma. Assim, o presente trabalho objetivou caracterizar e identificar a estrutura populacional e diversidade genética em populações de C. canephora utilizando marcadores moleculares. Além disso, a eficiência dos dois marcadores, SSR e SNP, foi avaliada e comparada para essa espécie cafeeira. No capítulo 1, caracterização molecular e estudo de diversidade genética foram realizados em 96 cafeeiros cultivados na Amazônia Ocidental. Dentre esses cafeeiros estão acessos do banco de germoplasma (BAG) e híbridos do programa de melhoramento da Embrapa Rondônia, bem como clones plantados pelos produtores da região. As relações genéticas por agrupamentos hierárquicos, estrutura e análises discriminantes revelaram uma distinção entre as variedades botânicas Conilon e Robusta, havendo maior diversidade na variedade Robusta. Foi possível identificar acessos com classificações errôneas, que estavam sendo considerados Conilon ou Robusta, mas que os marcadores demostraram ser genótipos híbridos entre as duas variedades botânicas. Grande diversidade genética foi detectada na população estudada, demonstrando seu potencial para a sustentabilidade da cafeicultura da Amazônia e para a obtenção de novas cultivares de C. canephora. Para o estudo de comparação da eficiência de marcadores SSR e SNP para análise da estrutura genética e diversidade populacional de cafeeiros da espécie C. canephora (capítulo 2), foram avaliados 165 acessos do BAG da Universidade Federal de Viçosa. Entre os acessos estão incluídos cafeeiros das variedades botânicas Conilon e Robusta, além de Híbridos interpopulacionais. O resultado demonstrou que, quando comparado com SNP, um menor número de marcadores SSR são necessários para classificar eficientemente a população em estudo, mostrando seu potencial para análises de diversidade genética. As vantagens e desvantagens de cada tipo de marcador foi discutida. Dessa forma, os resultados obtidos nesse estudo mostraram a importância dos marcadores moleculares para estudos genéticos e para auxiliar a condução de programas de melhoramento de C. canephora. No presente trabalho, foram disponibilizadas informações e conhecimentos para a manutenção e uso dos recursos genéticos, fornecendo subsídios para a seleção de plantas e desenvolvimento de novas cultivares. Palavras-chave: Melhoramento do cafeeiro. Banco de germoplasma. Marcadores SSR. Marcadores SNP.

The integration of molecular markers is an efficient strategy for the genetic study and support of genetic improvement programs for the coffee species Coffea canephora. In this context, microsatellite markers (SSR) and, more recently, single polymorphism markers (SNP) have been preferentially chosen and used, as they add important information to the program. These markers show reproducibility and codominant expression, as well as allowing the analysis of polymorphic regions of the genome of different coffee plants. In breeding programs, these markers can be used for different purposes, with emphasis on genetic diversity studies, which help in the evaluation of available genetic resources, selection of parents, identification and characterization of germplasm accessions. Thus, the present work aimed to characterize and identify the population structure and genetic diversity in populations of C. canephora using molecular markers. In addition, the efficiency of the two markers, SSR and SNP, was evaluated and compared for this coffee species. In chapter 1, molecular characterization and genetic diversity study were carried out in 96 coffee trees of interest to the Amazon. Among these coffee trees are accessions from the germplasm bank (BAG) and hybrids from the Embrapa Rondônia breeding program, as well as clones planted by producers in the region. Genetic relationships by hierarchical clusters, structure and discriminant analysis revealed a distinction between the botanical varieties Conilon and Robusta, with greater diversity in the Robusta variety. It was possible to identify accessions with erroneous classifications, which were being considered Conilon or Robusta, but that the markers showed to be hybrid genotypes between the two botanical varieties. Great genetic diversity was detected in the studied population, demonstrating its potential for the sustainability of coffee production in the Amazon and for obtaining new cultivars of C. canephora. For the study to compare the efficiency of SSR and SNP markers to analyze the genetic structure and population diversity of coffee trees of the species C. canephora (chapter 2), 165 accessions from the BAG of the Universidade Federal de Viçosa were used. Among the accessions, coffee plants of the botanical varieties Conilon and Robusta were included, as well as interpopulation hybrids. The result showed that, when compared to SNP, a smaller number of SSR markers are needed to efficiently classify the population under study, showing its potential for genetic diversity analysis. The advantages and disadvantages of each type of marker were discussed. Thus, the results obtained in this study showed the importance of molecular markers for genetic studies and to assist in the conduct of breeding programs for C. canephora. Important knowledge concerning germplasm management, selection of genotypes for crosses, selection of the best molecular marker to be used and genetic diversity were made available. Keywords: Coffee breeding. Germplasm collection. Molecular markers. SSR marker. SNP marker.