Identificação e caracterização de genes candidatos para a tolerância à seca em cafeeiro

Abstract

A cultura cafeeira é importante economicamente e amplamente explorada no Brasil. A área plantada está bem difundida em todo território, onde são produzidos C. arabica e C. canephora, dependendo da região plantada. De modo geral, seca e temperaturas desfavoráveis são as principais limitações climáticas à produção do cafeeiro. A importância de tais limitações deve aumentar, em função das mudanças reconhecidas no clima global e, também, porque a cafeicultura vem sendo expandida para regiões marginais onde secas e temperaturas desfavoráveis se constituem em grandes limitações à produção do café. Por isso a pesquisa científica com foco em minimizar os danos causados pelos estresses abióticos é de fundamental importância para a cafeicultura. O objetivo deste trabalho foi identificar genes candidatos para a tolerância à seca, utilizando diferentes estratégias. Inicialmente foi avaliada a expressão diferencial de genes de bibliotecas de folhas de café cultivado em condições de estresse hídrico, por meio de análises in silico dos dados do Genoma Café. Em seguida, foram realizados experimentos com hibridização de macroarranjos de cDNA de café a partir de RNA obtido de folhas de duas cultivares de café, uma tolerante ao estresse hídrico (Clone 14) e outra sensível (Clone 22), ambas submetidas a irrigação normal (controle) e a restrição no fornecimento de água. Por último, a expressão diferencial de 29 genes pré-selecionados nos experimentos de macroarranjo foi analisada, utillizando-se a técnica de PCR quantitativo em tempo real (qPCR). Para as reações de qPCR as amostras utilizadas foram o Clone 22 irrigado e não irrigado e outros três clones tolerantes (Clone 14, 73 e 120 irrigados e não irrigados). Os resultados obtidos com as análises de qPCR, mostraram que a maioria dos genes testados apresentaram expressão diferencial entre os tratamentos controle e não irrigado, confirmando os dados obtidos nos experimentos de macroarranjos..Todas as técnicas utilizadas neste trabalho, foram eficientes em identificar genes candidatos para a tolerância à seca em cafeeiro, sendo que alguns genes apresentaram resultado positivo de expressão diferencial em todas as três metodologias utilizadas. Os vários genes candidatos responsivos à seca em cafeeiro, identificados neste trabalho, permitem uma melhor compreênsão das estratégias utilizadas pela planta para suportar o déficit hídrico e esses genes, podem também ser usados, para o melhoramento biotecnológico do cafeeiro. Além disto, marcadores moleculares associados à tolerância à seca em cafeeiro podem ser desenvolvidos com base nos genes candidatos identificados, visando-se um programa de melhoramento genético do cafeeiro, por seleção assistida.

Coffee is economically important and widely cultivated in Brazil. The cultivated area is well distributed throughout the territory, whereby C. arabica and C. canephora are produced, depending on the region. Usually, drought and adverse temperatures are the major weather constraints to coffee production. The importance of such limitations should increase, according to the recognized global climate changes and also because coffee is being expanded to marginal areas where drought and temperatures are unfavorable and are major limitations for coffee production. Therefore research focused on minimizing the damage caused by abiotic stresses is of fundamental importance for coffee. The goal of this study was to identify candidate genes for drought tolerance in coffee by using different strategies. Initially, differential expression of genes from coffee cDNA libraries of leaves, obtained from plants cultivated under water stress conditions, was evaluated by an in silico analysis using the Coffee Genome Database. In addition, hybridization experiments with cDNA macroarrays of coffee were performed using RNA from leaves of two coffee varieties of C. canephora ,one tolerant to drought stress (Clone 14) and one sensitive (Clone 22), both under normal irrigation (control) and restriction of water. Finally, the differential expression of 29 pre-selected genes with the macroarray experiments were examined using the technique of quantitative real time PCR (qPCR). For qPCR reactions the samples used were leaves of the Clone 22 irrigated and non irrigated and also from three other tolerant clones (Clone 14, 73 and 120 irrigated and not irrigated). Results obtained by the qPCR analysis, showed that most of the genes tested displayed differential expression between the treatments controlled and non irrigated conditions, confirming the data obtained with the macroarrays experiments. All techniques used in this study were efficient in indentifying candidate genes for drought tolerance in coffee, whereby some genes displayed positive results of differential expression by all three methodologies used. The several candidate genes for drought tolerance in coffee, identified in this work, allow a better understanding of the strategies used by the plant to sustain drought periods and such genes, may also be used for biotechnological coffee improvement. Besides, molecular markers associated with drought tolerance in coffee can be developed based on the candidate genes identified aiming at a breeding program based on marker-assisted selection.