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Estudo das famílias gênicas CcPYL, CcPP2C e CcSnRK2: Componentes centrais na via aba-dependente para a resposta ao déficit hídrico em Coffea canephora

Guitton Cotta Michelle, Bocs Stéphanie, Silva Rêgo Erica Cristina, Santos Costa Tatiana, De Aquino Oliveira Sinara, De Araújo Carneiro Fernanda, This Dominique, Marraccini Pierre, Carvalho Andrade Alan. 2015. Estudo das famílias gênicas CcPYL, CcPP2C e CcSnRK2: Componentes centrais na via aba-dependente para a resposta ao déficit hídrico em Coffea canephora. In : Anais do IX Simpósio de Pesquisa dos Cafés do Brasil. Consórcio Pesquisa Café. Curitiba : Consórcio Pesquisa Café, 6 p. Simpósio de Pesquisa dos Cafés do Brasil. 9, Curitiba, Brésil, 24 June 2015/26 June 2015.

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Abstract : O déficit hídrico e altas temperaturas são consequências atuais e diretas do aquecimento global e fatores-chave que afetam o desenvolvimento e a produtividade cafeeira. Apesar das complexas estratégias utilizadas por plantas perenes para adaptarem-se à seca, existe no gênero Coffea variabilidade genética que pode ser utilizada como ferramenta para potencializar a tolerância das plantas a esse estresse. O Ácido abscísico (ABA) é o hormônio central que regula a fisiologia da planta na resposta ao déficit hídrico. O objetivo do presente trabalho foi identificar e caracterizar os genes componentes do sistema tripartite (PYL-PP2C-SnRK2) de percepção e transdução de sinal de ABA em Coffea canephora. Clones tolerantes (14, 73 e 120) de C. canephora Conilon têm sido caracterizados como plantas vigorosas com alta produtividade durante anos em regime de escassez hídrica e apresentam-se como valiosos modelos de estudo. Receptores intracelulares (PYR/PYL/RCAR) envolvidos na percepção do sinal de ABA foram recentemente identificados em plantas. Um mecanismo de transdução de sinal de ABA foi proposto, envolvendo tais receptores interagindo com fosfatases do tipo PP2C e quinases SnRK2. Neste trabalho, as sequências proteicas de Arabidopsis, citros, arroz, uva, tomate foram escolhidos como query para a busca das respectivas sequências ortólogas de café em bancos de dados. Essa abordagem permitiu identificar 24 genes candidatos (9 PYL/RCAR, 6 PP2Cs e 9 SnRK2) no genoma de C. canephora. Os domínios protéicos específicos de cada família gênica foram verificados nas sequencias aminoacídicas preditas o que permitiu caracterizá-las como receptores (PYR/PYL/RCAR), fosfatases (PP2C) ou quinases (SnRK2) da via de sinalização de ABA. Análises filogenéticas permitiram classificar as sequências polipeptídicas nas subclasses e subfamílias esperadas. As estruturas gênicas (éxons, íntrons e UTRs) foram funcionalmente anotadas no genoma de C. canephora (Coffea Genome Hub: http://coffee-genome.org/). Expressão diferencial foi observada in silico para esses genes nos órgãos (folha, semente, raiz e órgãos florais) de C. canephora. Em condições de déficit hídrico, dados de transcriptoma de raiz mostraram diferentes perfis de expressão entre os clones tolerantes (14, 73 e 120) e o sensível (22). Os resultados de qPCR evidenciaram perfis transcriptômicos diferenciais inclusive entre os clones tolerantes sugerindo a existência de múltiplos mecanismos biológicos para a tolerância à seca por meio da via dependente de ABA no cafeeiro. Outros resultados enfatizaram mecanismos comuns de indução gênica para todos os clones na condição não-irrigada. Tais informações podem ser úteis na identificação do determinismo genético da tolerância à seca no cafeeiro e para obtenção de marcadores moleculares visando auxiliar programas de melhoramento. (Résumé d'auteur)

Résumé (autre langue) : Water deficit and high temperatures are direct and actual consequences of global warming which as key-factors affect coffee development and production. Despite the complexity of strategies used by perennial plants to cope with drought, there is in Coffea genus genetic variability that can be used as a tool to enhance the plant tolerance to this stress. The abscisic acid (ABA) is the central hormone that regulates plant physiology in response to water deficit. The aim of this study was to identify and characterize the components genes of a tripartite system (PYL-PP2C-SnRK2) from Coffea canephora concerning ABA perception and signal transduction. Tolerant clones (14, 73 e 120) of C. canephora Conilon have been characterized as vigorous plants with high productivity during years without water and present themselves as valuable study models. Intracellular receptors (PYR/ PYL/ RCAR) involved in the perception of ABA signal have been identified recently in plants. An ABA signal transduction mechanism has been proposed, involving such receptors interacting with the PP2C phosphatases and SnRK2 kinases. In this work, protein sequences from Arabidopsis, citrus, rice, grapes, tomatoes and potatoes were chosen as query to search the coffee orthologous sequences in databases. This approach allows identify 24 candidate genes (9 PYL / RCAR, 6 and 9 PP2Cs SnRK2) in C. canephora genome. The specific protein domains of each gene family were localized at predicted amino acid sequences which allowed characterize them as receptors (PYR/PYL/RCAR), phosphatases (PP2C) or kinases (SnRK2). Phylogenetic analyzes allowed to classify the polypeptide sequences in the expected subclasses and subfamilies. The gene structures (exons, introns and UTRs) were functionally annotated in C. canephora genome (Coffea Genome Hub: http://coffee-genome.org/). In silico differential expression was observed for these genes in C. canephora organs (leaves, seeds, roots and floral organs). Regarding drought conditions, root transcriptome data showed different expression profiles between the tolerant clones (14, 73 and 120) and the sensitive (22). qPCR results showed differential transcriptomic profiles between the tolerant suggesting the existence of multiple biological mechanisms for drought tolerance using ABA pathway in coffee. Other results emphasized common mechanisms among all clones in a non-irrigated condition. Such information may be useful to identify the genetic determinism of drought tolerance in coffee as well as to obtain molecular markers to speed-up breeding programs. (Résumé d'auteur)

Classification Agris : F30 - Plant genetics and breeding
F62 - Plant physiology - Growth and development
H50 - Miscellaneous plant disorders

Auteurs et affiliations

  • Guitton Cotta Michelle, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA)
  • Bocs Stéphanie, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (FRA) ORCID: 0000-0001-7850-4426
  • Silva Rêgo Erica Cristina, UNESP (BRA)
  • Santos Costa Tatiana, CAPES [Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior] (BRA)
  • De Aquino Oliveira Sinara, CAPES [Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior] (BRA)
  • De Araújo Carneiro Fernanda, CAPES [Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior] (BRA)
  • This Dominique, Montpellier SupAgro (FRA)
  • Marraccini Pierre, CIRAD-BIOS-UMR AGAP (BRA) ORCID: 0000-0001-7637-6811
  • Carvalho Andrade Alan, EMBRAPA (BRA)

Source : Cirad-Agritrop (https://agritrop.cirad.fr/576596/)

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