Caracterização in silico e análise da expressão de genes das rotas de biossíntese e sinalização do etileno em frutos de diferentes cultivares de café (coffea arabica)

Abstract

O café é a segunda mercadoria mais comercializada no mundo se colocando como uma importante fonte de renda e de empregos em vários países, principalmente nos países em desenvolvimento, como o Brasil, o maior produtor e segundo maior consumidor mundial de café. A qualidade do café, dentre outros fatores, está diretamente associada ao estádio de maturação dos frutos na época da colheita, o qual frequentemente apresenta uma grande desuniformidade devido ao florescimento sequencial do cafeeiro. Alguns trabalhos sugerem que o café constitua um fruto climatérico indicando que o etileno apresenta um importante papel na sua maturação. As cultivares precoces de café geralmente apresentam uma maior uniformidade na maturação de seus frutos, no entanto, pouco se sabe sobre os fatores genéticos que regulam esta característica de precocidade da maturação. Assim, este trabalho teve como objetivos realizar a caracterização in silico de prováveis genes das rotas de biossíntese e sinalização do etileno e analisar a expressão de alguns destes genes durante a maturação de frutos de uma cultivar tardia (Acauã) e precoce (Catucaí 785-15). As sequências selecionadas a partir das buscas realizadas no banco de dados CAFEST tiveram sua similaridade analisada por árvores filogenéticas sendo que seus perfis de expressão in silico foram analisados por Northerns eletrônicos. Os frutos do cafeeiro foram coletados no período de março a junho de 2008 e 2009 em intervalos de 30 dias e as análises de expressão gênica foram feitas por qRT- PCR. O banco de dados CAFEST apresentou um grande número de sequências relacionadas aos genes envolvidos na biossíntese e sinalização do etileno, permitindo a identificação de prováveis membros destas rotas em quase todos seus pontos. As árvores filogenéticas demonstraram a alta similaridade entre as sequências encontradas no CAFEST e aquelas de outras espécies, e os Northerns eletrônicos detectaram suas expressões em diferentes tecidos, estádios de desenvolvimento e condições de estresse. As análises de expressão para os prováveis genes que codificam para ACO (CaACO3) e para o receptor de etileno (CaETR4) mostraram que esses genes são diferencialmente regulados durante a maturação, com elevações de seus níveis nas coletas com maior porcentagem de frutos nas colorações vermelho-claro e cereja em ambas cultivares. O provável fator de transcrição ERF (CaERF4) parece apresentar elevados níveis de expressão durante todas as coletas não sendo diferencialmente expresso durante a maturação nas cultivares em estudo.

Coffee is the second most commercialized product in the world posing as an important source of income and jobs in several countries, mainly in developing countries such as Brazil, the largest producer and the second largest consumer of coffee in the world. Coffee quality, among other factors, 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, this study aimed to in silico characterize the putative genes of the ethylene biosynthesis and signaling pathways and to analyze the expression of some of these genes during the fruit ripening process of a late (Acauã) and an early (Catucaí 785-15) coffee cultivars. The selected sequences obtained from the searches performed in the CAFEST database had their phylogeny assessed by phylogenetic trees and their in silico expression profiles were analysed by electronic Northerns. Coffee fruits were harvested in the periods from March to June of 2008 and 2009 with an interval of approximately 30 days between each harvest and the gene expression analyses were carried out by qRT-PCR. The CAFEST database showed a high number of sequences related to the genes of the ethylene biosynthesis and signaling pathways allowing the identification of putative members from almost every step of them. The phylogenetic trees demonstrated a high similarity between the sequences found in the CAFEST and those form other species, and the electronic Northerns detected their expression in different tissues, development stages and stress conditions. The expression analyses of the genes encoding a putative ACO (CaACO3) and a putative ethylene receptor (CaETR4) showed that these genes are differentially expressed through the ripening process, with higher expression levels found at the times in which a major percentage of fruits in the light-red and cherry colors were present for both cultivars. The putative ERF transcription factor (CaERF4) seems to show an increased expression level throughout the experiment and were not differentially expressed during the fruit ripening period of both studied cultivars.