Expressão de genes envolvidos na biosíntese de manitol em Coffea arabica submetido a estresses abióticos e contribuição de homeólogos de Coffea canephora

Abstract

O Brasil se destaca como principal produtor e exportador mundial de café. Em 2013, o país deverá colher mais de 50 milhões de sacas de café beneficiado. Embora a produtividade e o consumo aumentem a cada ano, os cafeeiros ainda são sujeitos a oscilações de produção, o que pode ser explicado pelo ciclo bienal da planta e também por condições ambientais, como estresses abióticos. Dentre estes destacam-se seca, salinidade e altas temperaturas. Quando submetidas a estresses, as plantas podem sintetizar osmoprotetores, como o álcool açúcar manitol, um composto ainda pouco estudado em espécies perenes, como o café. Além disso, enquanto alotetraploide, as respostas transcricionais de Coffea arabica são um conjunto da expressão de dois subgenomas. Assim, o presente trabalho teve como objetivo investigar a influência da seca, salinidade e alta temperatura no perfil transcricional dos genes envolvidos na síntese e catabolismo de manitol, bem como a concentração de carboidratos sob esses estresses; além da contribuição do homeólogo de C. canephora na regulação transcricional destes genes. Para estudar a transcrição gênica, normalizadores foram previamente avaliados, onde, verificou- se que em condições de alta salinidade os normalizadores mais adequados são EF1, EF1α e UBQ10, e em condições de alta temperatura são os genes MDH, GAPDH e EF1α. Para o déficit hídrico, utilizou-se dois normalizadores da literatura, GAPDH e UBQ10. Esta avaliação possibilitou a inclusão de dois novos genes para normalização de dados, MDH e EF1. Este estudo também demonstrou que a síntese de manitol é alterada em condições de estresses abióticos; que há modulação transcricional dos genes CaM6PR, CaPMI e CaMTD, principalmente sob condição de seca; e que o subgenoma Coffea canephora é o principal responsável pelo perfil transcricional destes genes.

Brazil stands out as the main world coffee producer and exporter. In 2013 Brazil‘s production is estimated in more than 50 million bags of coffee. Although production and consumption increase every year, the coffee plants are still subjected to production variations, which could be explained by two year cycle of the plant and also by environmental conditions such as abiotic stresses. Among them, we can outline drought, salinity and high temperatures. When subjected to stress, plants can synthesize osmoprotectors, like the sugar alcohol mannitol, a compound poorly studied, especially in coffee. Moreover, being an allotetraploid, transcriptional responses of Coffea arabica are an expression set of two subgenomes. Thus, the present study aimed to investigate the influence of drought, salinity and high temperature in the transcriptional profile of genes involved in synthesis and catabolism of mannitol, as well as the contribution of Coffea canephora homeolog in the transcriptional pattern of these genes and the carbohydrates concentration under these stresses. To assess gene transcriptional pattern, potential reference genes were previously evaluated, where it was found that under conditions of high salinity the most suitable reference genes were EF1, EF1α and UBQ10 and under high temperature were MDH, EF1α and GAPDH. In water deficit, we used two reference genes from literature, GAPDH and UBQ10. This study allowed the inclusion of two new genes for data normalization, MDH and EF1. This study also showed that the mannitol synthesis is regulated in abiotic stress conditions; that there is transcriptional modulation of CaM6PR, CaPMI and CaMTD, mainly under drought; and that Coffea canephora is the main responsible for the transcriptional profile of these genes.