Análise in silico de genes potencialmente envolvidos na resposta aos estresses abióticos, presentes na base de dados do genoma café

Abstract

Os danos potenciais dos estresses abióticos tais como seca, salinidade e temperaturas extremas na produção agrícola mundial é alarmante, tendo em vista as constantes alterações climáticas observadas nas últimas décadas ao redor do globo. Desta forma, a ampliação do conhecimento científico acerca dos fatores genéticos envolvidos na tolerância dos vegetais a esses estresses, com vistas ao melhoramento genético destas características, é prioritário. Foi concluído recentemente, com o apoio do Consórcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento do Café (CBP&D-Café), o projeto Genoma Café. Este projeto consistiu no seqüenciamento em larga escala de genes expressos (ESTs) de café e teve como meta, identificar e anotar de 20 a 30.000 genes de Coffea spp. a partir do seqüenciamento de 200.000 clones de ESTs obtidos de diversas bibliotecas de cDNA, inclusive aquelas oriundas de material vegetal submetido a estresses abióticos. Com a conclusão do projeto, está disponível para pesquisa um banco de dados contendo uma parcela significativa dos genes expressos em café (transcriptoma), associados às diversas condições de estresse submetidas ou tecidos utilizados para a construção das bibliotecas. O objetivo do presente trabalho, foi realizar uma análise prospectiva dos fatores genéticos potencialmente associados à resposta aos estresses abióticos, presentes na Base de Dados do Genoma Café. Essa análise baseou-se na identificação de genes de café com alta similaridade aos previamente descritos, caracterizados como genes envolvidos na resposta aos estresses abióticos (EREA), em outras espécies vegetais. Através das análises de tBlastn, genes de café com alto nível de similaridade (e-value [=ou<] 10-20) aos 355 genes EREA pesquisados, foram identificados, em mais de 91% dos casos. Apenas 5% dos genes EREA pesquisados, não resultaram em genes análogos de café, com nível significativo de similaridade (e-value [=ou<] 10-5). A observação de que a maioria desses genes não encontrados na base de dados do café, são genes relacionados às respostas ao frio, pode ser justificada pela ausência de ESTs provenientes de bibliotecas de cDNA, com esse tipo de estresse. Por outro lado, essas diferenças poderiam estar relacionadas às diferenças fisiológicas marcantes entre arabidopsis e cafeeiro, com relação à tolerância ao frio, uma vez que grande parte dos genes EREA utilizados nesta pesquisa, são provenientes de arabidopsis. Pode-se concluir com os resultados obtidos, que a utilização da Base de Dados do Genoma Café é uma ferramenta poderosa na rápida identificação e seleção de potenciais genes de interesse agronômico de café, para a realização de ensaios experimentais de caracterização funcional.

Abiotic stresses, such as drought, salinity and extreme temperatures, are serious threats to agriculture due to severe climate changes observed in the last decades, around the globe. Therefore, the identification of the molecular mechanisms involved in abiotic stress responses aiming at improving breeding for abiotic-stress tolerance in crop plants is considered priority in plant biotechnology programs. Supported by the Consórcio Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento do Café (CBP&D-Café), it was recently concluded the Brazilian Coffee EST-project. The project aimed at identifying 20 to 30 thousand genes from a large-scale sequencing effort (200.000 EST), obtained from several coffee-cDNA libraries, including those made from plants submitted to abiotic stresses. The conclusion of this project provided to coffee researchers a database containing a large set of transcribed genes, associated with the diverse stress conditions applied before the construction of the cDNA libraries. The aim of the present work was to identify in the Coffee-EST database, genes potentially involved in the response to abiotic stresses. The analysis consisted iniatially on the identification of coffee genes displaying high degree of sequence similarity to well characterized genes, described as to be involved in the abiotic stress responses (IASR), from other plant species. Results of tBlastn analysis indicated that coffee ESTs displaying high degree of primary-sequence similarity (e-value [=or<] 10-20) to 355 IASR genes, could be identifyed in more than 90% of the cases. The results also show that only 5% of the IASR genes searched for, could not be identified at a significative level of similarity (e-value [=or<] 10-5). The observation that the majority of these "non-identified" ESTs correspond to genes involved in response to cold stresses, could be explained by the fact that there was no cDNA library made under cold stress. Another explanation could be related to the obvious differences between arabidopsis and coffee, regarding cold-tolerance, in view of the fact that most of the IASR sequences used for screening the database are genes from arabidopsis. The results of this work indicate that the use of the Coffee-EST database provided a fast and efficient way to identify and select candidate genes involved in abiotic-stress responses in coffee, that will be further studied and characterized.