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Caracterização de uma região genômica do híbrido de timor CIFC 832/2 associada à resistência à Hemileia vastatrix
(Universidade Federal de Viçosa, 2019-07-31) Alves, Danúbia Rodrigues; Caixeta, Eveline Teixeira; Mendes, Tiago Antônio de Oliveira; Almeida, Dênia Pires de
A ferrugem do cafeeiro, causada pelo fungo biotrófico Hemileia vastatrix é a principal doença de importância econômica dessa cultura, sendo responsável por grandes prejuízos à cafeicultura mundial. Novas raças do patógeno têm surgido infectando cultivares de café comercializados como resistentes a essa doença. Desse modo, devido ao alto potencial adaptativo do fungo, a busca por cafeeiros resistentes a essa doença é uma atividade recorrente nos programas de melhoramento. Estudos com o Híbrido de Timor (HdT), tem sido realizados em pesquisas que visam resistência durável à ferrugem e outras doenças do cafeeiro. Compreender a natureza da resistência duradoura em genótipos do HdT e descrever os genes envolvidos na defesa das plantas é fundamental para o uso eficiente dos recursos disponíveis nesse híbrido natural. A utilização de ferramentas moleculares e de bioinformática tem mostrado resultados significativos para a ampliação do conhecimento dos genes envolvidos no patossistema Coffea - H. vastatrix. Desse modo, objetivou-se com esse estudo sequenciar e caracterizar, por meio de análises de bioinformática, uma região do genoma do Híbrido de Timor CIFC 832/2, que contém marcadores associados à resistência à H. vastatrix. Para isso foi realizado o sequenciamento do clone BAC 70-22F contendo a marca funcional de resistência, por meio da Plataforma Illumina MiSeq (paired – end reads). Posteriormente foi feita a montagem dos contigs e a predição dos genes. Realizou-se a anotação gênica com base nos genomas de Coffea arabica, Coffea canephora e Coffea eugenioides, utilizando a ferramenta BLAST. A anotação gênica revelou a presença de genes candidatos relacionados ao mecanismo de resistência de hospedeiros contra patógenos. Foram anotados 991 genes do clone BAC 70-22F. Desses genes, 340 foram anotados com similaridade com o genoma de C. arabica (var. Caturra), 337 com o genoma de C. eugenioides e 314 com o genoma de C. canephora (clone IF 200). Com base na anotação gênica foram selecionadas duas sequências de genes candidatos a receptores like kinases (RLK) e desenhados primers para estudo do perfil de expressão gênica durante a interação Coffea - H. vastatrix. Um possível gene de resistência, LRR receptor-like serine/threonine-protein kinase GSO2, foi descrito e apresentou um perfil de expressão correspondente a uma resposta de resistência pré-haustorial. O outro possível receptor like kinase em estudo, apresentando um domínio LRR, exibiu uma diminuição na expressão gênica pré-haustorial em genótipos incompatíveis. As análises filogenéticas desses genes, bem como os estudos de identidade e similaridade genética da região genômica clonada, demonstraram uma relação mais próxima entre o clone BAC 70-22F e a espécie C. arabica e corroboram com a diversidade genética descrita para o HdT. Os resultados sugerem que a região genômica clonada do HdT CIFC 832/2 possui importantes genes candidatos a resistência do cafeeiro à H. vastatrix e apresentam informações relevantes para ampliar o conhecimento sobre o HdT, podendo contribuir para futuros planejamentos de estratégias de melhoramento do cafeeiro.
Dosagem alélica em Coffea arabica: evidências de pareamento homeólogo e identificação de OTL associados à resistência a Hemileia vastatrix
(Universidade Federal de Viçosa, 2024-09-11) Alves, Danúbia Rodrigues; Caixeta, Eveline Teixeira; Almeida, Dênia Pires de; Pereira, Guilherme da Silva
Entre as 141 espécies do gênero Coffea, C. arabica e C. canephora são as mais cultivadas devido à sua relevância econômica, sendo o café arábica responsável por cerca de 57% da produção mundial. A espécie C. arabica é um alopoliploide resultante da hibridação natural entre C. eugenioides e C. canephora, seguida da duplicação de todo o genoma. Evidências moleculares recentes sugerem a ocorrência de rearranjos genômicos e trocas homeólogas no genoma da espécie, destacando a complexidade genética desse poliploide. Contudo, a base genética das cultivares de C. arabica é estreita, devido à sua origem recente e a gargalos evolutivos, o que compromete sua resistência a estresses bióticos e abióticos. A ferrugem do cafeeiro, causada pelo fungo Hemileia vastatrix é uma das doenças que mais causa prejuízo na produção do café arábica. O plantio de cultivares resistentes é a estratégia mais eficaz para controlar a doença, mas o alto potencial evolutivo do patógeno frequentemente supera a resistência das cultivares desenvolvida. Os programas de melhoramento genético de C. arabica têm se concentrado na seleção de progênies superiores e na transferência de genes de resistência durável, com destaque para o Híbrido de Timor (HdT). No Capítulo 1, foi apresentada uma revisão bibliográfica abordando temas relevantes que contribuíram para o embasamento e a elaboração dos capítulos subsequentes. No capítulo 2, foram investigados a dosagem alélica e possíveis pareamento homeólogos em C. arabica, utilizando genotipagem em larga escala com marcadores SNP em população F2. Os resultados indicaram menores distorções de segregação dos marcadores ao utilizar a chamada de variantes tetraploides em comparação com chamadas diploides, além de evidências para um suposto pareamento não preferencial entre os dois subgenomas que constituem a espécie. O capítulo 3, teve como objetivo identificar QTL relacionados à resistência de C. arabica às raças I, II, XXXIII e ao patótipo 001 de H. vastatrix, utilizando genotipagem em larga escala com marcadores SNP e mapeamento de QTL por análise de marcas individuais. Foram identificados QTL associadas à resistência às diferentes raças de H. vastatrix, incluindo marcas inéditas para a resistência à raça XXXIII e novas marcas para as raças I, II e o patótipo 001. As descobertas desta pesquisa têm implicações significativas para programas de melhoramento de C. arabica. Elas fornecem novas informações sobre o genoma da espécie, evidenciando a relevância de considerar a dosagem alélica e o pareamento homeólogo em estudos sobre esse alotetraploide, além de evidenciar regiões genômicas associadas à resistência a diferentes raças de H. vastatrix. Palavras-chave: alopoliploide; marcador molecular; melhoramento do cafeeiro; ferrugem do cafeeiro; snp.
New and efficient AS-PCR molecular marker for selection of coffee resistant to coffee leaf rust
(Crop Breeding and Applied Biotechnology, 2024-10-15) Almeida, Dênia Pires de; Carneiro, Deisy Guimarães; Caixeta, Eveline Teixeira; Alves, Danúbia Rodrigues; Zambolim, Laércio
Coffee leaf rust, caused by Hemileia vastatrix, is the most important disease affecting Coffea arabica. The use of molecular markers through marker-assisted selection (MAS) is an effective approach to develop cultivars with multiple and durable resistance, which is economically and environmentally beneficial for this disease control. In this work, a new molecular marker based on allele-specific polymerase chain reaction (AS-PCR) associated with the quantitative trait locus (QTL) of the linkage group 5 (LG5), which confers resistance to races I, II and pathotype 001 of H. vastatrix, was developed. The CaRHv10-AS marker was validated in a segregating genetic mapping population of 247 F2 genotypes and demonstrated selection efficiency greater than 97% for genotypes with resistance to three races. Thus, this work provides a fast, robust, and affordable molecular marker for use in MAS, facilitating the development of coffee plants with multiple resistance and ensuring sustainable coffee production.
New and efficient AS-PCR molecular marker for selection of coffee resistant to coffee leaf rust
(Crop Breeding and Applied Biotechnology, 2024-10-15) Almeida, Dênia Pires de; Carneiro, Deisy Guimarães; Caixeta, Eveline Teixeira; Alves, Danúbia Rodrigues; Zambolim, Laércio
Coffee leaf rust, caused by Hemileia vastatrix, is the most important disease affecting Coffea arabica. The use of molecular markers through marker-assisted selection (MAS) is an effective approach to develop cultivars with multiple and durable resistance, which is economically and environmentally beneficial for this disease control. In this work, a new molecular marker based on allele-specific polymerase chain reaction (AS-PCR) associated with the quantitative trait locus (QTL) of the linkage group 5 (LG5), which confers resistance to races I, II and pathotype 001 of H. vastatrix, was developed. The CaRHv10-AS marker was validated in a segregating genetic mapping population of 247 F2 genotypes and demonstrated selection efficiency greater than 97% for genotypes with resistance to three races. Thus, this work provides a fast, robust, and affordable molecular marker for use in MAS, facilitating the development of coffee plants with multiple resistance and ensuring sustainable coffee production.
Receptor-Like Kinase (RLK) as a candidate gene conferring resistance to Hemileia vastatrix in coffee
(Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", 2021) Almeida, Dênia Pires de; Castro, Isabel Samila Lima; Mendes, Tiago Antônio de Oliveira; Alves, Danúbia Rodrigues; Barka, Geleta Dugassa; Barreiros, Pedro Ricardo Rossi Marques; Zambolim, Laércio; Sakiyama, Ney Sussumu; Caixeta, Eveline Teixeira
The biotrophic fungus Hemileia vastatrix causes coffee leaf rust (CLR), one of the most devastating diseases in Coffea arabica. Coffee, like other plants, has developed effective mechanisms to recognize and respond to infections caused by pathogens. Plant resistance gene analogs (RGAs) have been identified in certain plants as candidates for resistance (R) genes or membrane receptors that activate the R genes. The RGAs identified in different plants possess conserved domains that play specific roles in the fight against pathogens. Despite the importance of RGAs, in coffee plants these genes and other molecular mechanisms of disease resistance are still unknown. This study aimed to sequence and characterize candidate genes from coffee plants with the potential for involvement in resistance to H. vastatrix. Sequencing was performed based on a library of bacterial artificial chromosomes (BAC) of the coffee clone ‘Híbrido de Timor’ (HdT) CIFC 832/2 and screened using a functional marker. Two RGAs, HdT_ LRR_RLK1 and HdT_LRR_RLK2, containing the motif of leucine-rich repeat-like kinase (LRR-RLK) were identified. Based on the presence or absence of the HdT_LRR_RLK2 RGA in a number of differential coffee clones containing different combinations of the rust resistance gene, these RGAs did not correspond to any resistance gene already characterized (SH1-9). These genes were also analyzed using qPCR and demonstrated a major expression peak at 24 h after inoculation in both the compatible and incompatible interactions between coffee and H. vastatrix. These results are valuable information for breeding programs aimed at developing CLR-resistant cultivars, in addition to enabling a better understanding of the interactions between coffee and H. vastatrix.