Ethylene regulation under different watering conditions and its possible involvement in coffee (Coffea arabica L.) flowering : Ethylene is involved in coffee flowering regulation

Abstract

Coffee is one of the world's favourite beverage and the second most traded commodity after oil However, coffee quality can be greatly affected by fruit ripening stage at harvest time, which is often asynchronous due to the sequential flowering in this species. Coffee sequential flowering is a result of asynchronies in bud development and also environmental factors, since anthesis is triggered by precipitation after a period of water deficit. This series of events is commonly associated with an increase in ethylene production levels, suggesting that ethylene may be involved in the control of coffee anthesis promotion and its regulation might help to reduce the number of flowering events and thus promoting blossoming concentration. Thus, it was hypothesised that a drought- rewatering-induced ethylene burst might be the basis of the drought-rewatering- induced flowering in coffee trees. In order to test this hypothesis, this study aimed to access the effects of exogenous 1-MCP application on flowering of coffee trees under field conditions and, under greenhouse conditions, we aimed to study the ethylene regulation, through quantification of ethylene levels and expression levels of genes of the ethylene biosynthesis and signaling pathways, in coffee plants under well-watered and water-deficit conditions, as well as, after plant rehydration and 1-MCP treatment.1-MCP exogenous application, at the concentrations of 50 and 100 mg of a.i. per litre and with spray volume of one litre per plant, was able to promote coffee anthesis in trees of the cultivar ‘Acaiá Cerrado' under field conditions. Ethylene production rates in coffee seedlings from two cultivars, ‘Bourbon Amarelo' and ‘Obatã Vermelho’, growth under greenhouse conditions, were similar under well-watered and water-deficit conditions. Plant rehydration and 1-MCP treatment did not change ethylene release rates from both cultivars when compared to plants under well-watered and water-deficit conditions. However, the analysis of the ethylene regulation, through gene expression analysis, shortly after plant rehydration and 1-MCP treatment, suggest that increased levels may occur, helping to explain anthesis promotion upon 1-MCP application, and supporting the hypothesis that a drought-rewatering-induced ethylene burst might be the basis of the drought- rewatering-induced flowering in coffee trees.

O café é umas bebidas favoritas do mundo e a segunda commodity mais comercializada no mundo após o petróleo. Entretanto, a qualidade do café pode ser grandemente afetada pelo estádio de maturação dos frutos na época de colheita, se mostrando frequentemente bastante desuniforme devido ao florescimento sequencial nessa espécie. O florescimento sequencia do cafeeiroé resultante do desenvolvimento desuniforme de suas gemas e também devido a fatores ambientais, tendo em vista que a antese é desencadeada por precipitação após um período de restrição hídrica. Esta série de eventos é comumente associada com um aumento nos níveis de etileno, sugerindo que o etileno possa estar envolvido no controle da promoção da antese do cafeeiro e a regulação de seus níveis poderia auxiliar na redução do número de floradas a assim promover a concentração das floradas. Assim, foi proposto nesse trabalho, que um grande aumento na produção de etileno em resposta à reidratação após um período de seca promove o florescimento do cafeeiro. Para testar esta hipótese, analisou-se os efeitos da aplicação exógena de 1-MCP no florescimento do cafeeiro em condições de campo e em condições de casa de vegetação, objetivando-se estudar a regulação do etileno, por meio da quantificação de níveis e por meio de análises da expressão de genes das rotas de biossíntese e sinalização do etileno, em plantas mudas de cafeeiro bem-irrigadas e sob déficit-hídrico, assim como após a reidratação e aplicação do 1-MCP. A aplicação exógena de 1-MCP, nas concentrações de 50 e 100 mg de i. a. por litro e com um volume de aplicação de um litro por planta, foi capaz de induzir a antes do cafeeiro em plantas da cultivar ‘Acaiá Cerrado’ em condições de campo. As taxas de produção de etileno em mudas de cafeeiro de duas cultivares, ‘Bourbon Amarelo' e ‘Obatã Vermelho’, mantidas em casas de vegetação, foi similar em plantas bem- irrigadas e sob déficit-hídrico. A reidratação das plantas e o tratamento com 1- MCP não promoveu mudanças nas taxas de produção de etileno em ambas as cultivares e quando comparado com os níveis de etileno produzido em plantas bem-irrigadas e sob déficit-hídrico. Entretanto, a análise da regulação do etileno, por meio das análises da expressão gênica, logo após a reidratação das plantas e aplicação do 1-MCP, sugere que elevados níveis de etileno possam ocorrer, auxiliando na compreensão da promoção da antese pela aplicação de 1-MCP, e dando suporte a hipótese de que um grande aumento na produção de etileno em resposta à reidratação após um período de seca possa promover o florescimento do cafeeiro.