Análise molecular e fisiológica do etileno durante o amadurecimento de frutos de café

Abstract

A qualidade do café está diretamente associada ao estádios de maturação dos frutos na época da colheita, o qual é frequentemente desuniforme devido ao florescimento sequencial presente no café, elevando o custo de produção e gerando bebida de baixa qualidade. Alguns estudos sugerem que o café seja um fruto climatérico indicando que o etileno apresenta um importante papel no processo de maturação do café. As cultivares precoces geralmente apresentam um processo de maturação mais uniforme, no entanto pouco se sabe sobre os fatores genéticos que promovem a precocidade da maturação. Assim, com o objetivo de melhor entender os fatores fisiológicos e genéticos envolvidos na regulação do tempo de maturação, os perfis da produção de etileno e da respiração durante a maturação de frutos de cultivares precoce (Catucaí 785-15) e tardia (Acauã) foram analisados. Assim como os perfis da expressão de elementos das rotas de biossíntese e sinalização do etileno. As análises de respiração e de etileno mostraram diferentes comportamentos entre as duas cultivares de café. Os frutos da Catucaí 785-15 apresentaram uma típica elevação climatérica na respiração e na produção de etileno durante a maturação, enquanto que os frutos da Acauã apresentaram somente pequenas mudanças nesses parâmetros. As análises in silico permitiram a identificação de prováveis membros de quase todos os passos das rotas de biossíntese e sinalização do etileno. As análises de RT-qPCR demonstraram que os genes da biossíntese (CaACS1-like; CaACO1-like; CaACO4-like e CaACO5) analisados nesse estudo, foram induzidos nos estádios finais da maturação em ambas cultivares, com destaque para CaACS1-like e CaACO4-like que apresentaram maiores níveis de expressão do que aqueles encontrados em folhas e flores, indicando que estes genes possam apresentar um importante papel na maturação do café. Por outro lado, os membros da rota de sinalização do etileno apresentaram um padrão distinto daquele encontrado para os genes da biossíntese, com todos os genes, de ambas cultivares, apresentando níveis de expressão um pouco maiores nos estádios iniciais de desenvolvimento. As análises de expressão dos genes da biossíntese CaACO1-like e CaACO4-like e do receptor de etileno CaETR4-like, sugerem que os maiores níveis de produção de etileno nos frutos da Catucaí 785- 15 possam induzir uma maior degradação do CaETR4-like, levando a um aumento na sensibilidade ao etileno e consequentemente à precocidade no processo de maturação desta cultivar. A produção de etileno nos frutos da Acauã pode não ser suficiente para desativar os níveis de CaETR4-like e assim as mudanças na maturação ocorrem em um ritmo mais lento, sugerindo que esta cultivar apresente um fenótipo climatérico suprimido.

Coffee quality is directly associated to the fruit ripening stage at harvest time, which is often highly asynchronous due to the sequential flowering found in coffee trees, and usually leads to a higher production costs and also a lower cup quality. Some studies suggest that coffee may constitute a climateric fruit indicating that ethylene plays an important role in the coffee fruit ripening process. Coffee early cultivars usually show a more uniform ripening process, although little is known about the genetic factors that promote the earliness of ripening. Thus, in order to better understand the physiological and genetic factors involved in the regulation of ripening time, ethylene and respiration patterns during coffee ripening of early (Catucaí 785-15) and late (Acauã) cultivars were analyzed, as well as the expression patterns of elements from the ethylene biosynthesis and signaling pathways. Ethylene and respiration analyses showed different patterns the between two coffee cultivars. Catucaí 785-15 fruits displayed a typical climacteric raise in respiration and in ethylene production during ripening, while Acauã fruits showed only a slight increased on these parameters. In silico analysis allowed the identification of putative members from almost every step of the ethylene biosynthesis and signaling pathways. RT- qPCR analysis of the four biosynthesis genes (CaACS1-like; CaACO1-like; CaACO4-like e CaACO5) analyzed in this study, showed that they were all induced at the final stages of fruit ripening in both cultivars, specially for CaACS1-like and CaACO4-like that showed higher expression levels than those found in leaves and flowers, indicating that these genes may play an important role on coffee fruit ripening.On the other hand, members of the ethylene signaling pathway (CaETR1-like; CaETR4-like; CaEIN2-like; CaEIN3-like e CaERF1) showed a distinct pattern from that observed for biosynthesis genes, with all of the genes, in both cultivars, showing slightly higher expression levels during the initial stages of development. The expression analysis of the ethylene biosynthesis genes CaACO1-like and CaACO4-like and the ethylene receptor CaETR4-like, suggest that the higher ethylene production levels in Catucaí 785- 15 fruits may induce an enhance CaETR4-like degradation, leading to an increase in ethylene sensitivity and consequently an earliness in the ripening process of this cultivar. Ethylene production in Acauã fruits may not be sufficient to inactivate the CaETR4-like levels and thus ripening changes occur in a slower pace, suggesting that this cultivar show a suppressed climacteric phenotype.