UFLA - Teses
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Item Embriogênese somática e validação do sistema CRISPR/CAS9 em Coffea canephora(Universidade Federal de Lavras, 2020-05-11) Casarin, Tatiane; Diniz, Leandro Eugenio Cardamone; Paiva, Luciano VilelaCoffea canephora é a segunda espécie mais cultivada do gênero Coffea, representando cerca de 25% da produção brasileira e sendo especialmente utilizada na indústria do café solúvel e em blends com Coffea arabica. A espécie apresenta alta variabilidade genética, tendo os programas de melhoramento buscado a identificação, seleção e propagação de genótipos com características superiores. Entretanto o melhoramento convencional demanda muito tempo e a aplicação de ferramentas biotecnológicas pode ajudar a acelerar este processo. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram testar diferentes protocolos de indução de embriogênese somática (ES) direta para C. canephora visando a sua aplicação em trabalhos futuros de transformação genética, a validação da aplicação de uma estratégia multiplex do sistema CRISPR/Cas9 através do silenciamento do gene CcPDS, e a obtenção de plantas com redução do teor de cafeína através do silenciamento, via CRISPR/Cas9, dos genes das enzimas de biossíntese da cafeína: xantosina metiltransferase (XMT), 7-metilxantina metiltransferase (MXMT) e 3,7-dimetilxantina metiltransferase (DXMT). Para a avaliação da indução de ES direta foram utilizados explantes provenientes de folhas de plântulas in vitro e de folhas de plantas de casa de vegetação de C. canephora clone 22, submetidos a três diferentes tratamentos de indução. O mais eficiente para indução de ES direta foi o Meio 3, com 96,25% de eficiência de indução e média de 34 embriões por explante de folhas in vitro e 67% de eficiência de indução e média de 67 embriões por explante de casa de vegetação. Em ambos experimentos de edição genômica, foram utilizados calos embriogênicos de C. canephora clone 14 e diferentes construções gênicas multiplex, nas quais os sgRNAs estavam sob a regulação de promotores U6 de C. canephora ou Arabidopisis thaliana. Plântulas e embriões apresentando os fenótipos albino, variegado e verde foram obtidas na transformação com as construções contendo sgRNAs para o gene CcPDS, sendo que 71,4% das plantas avaliadas apresentaram algum tipo de mutação, a maioria em homozigose. Seis plantas possivelmente transformadas para o silenciamento dos genes de síntese de cafeína foram analisadas e cinco estavam efetivamente transformadas. Destas, apenas uma apresentou mutações nas regiões reconhecidas pelos sgRNAs, sendo uma mutação em heterozigose no segundo alvo do gene XMT, uma mutação também em heterozigose nos dois alvos do gene DXMT e nenhuma mutação observada no gene MXMT. Com os resultados obtidos, é possível concluir que a ES direta é uma estratégia muito mais rápida de regeneração de embriões de cafeeiro e o genótipo parece ter forte influência no sucesso de estratégias de silenciamento gênico em C. canephora, assim como os genes a serem silenciados, que podem afetar o desenvolvimento das plantas editadas.Item Área foliar remanescente, boro, zinco e sacarose na produção de mudas de Coffea arabica L. por miniestaquia(Universidade Federal de Lavras, 2022-11-30) Honda Filho, Cássio Pereira; Guimarães, Rubens JoséA mini estaquia pode ser considerada uma especialização da estaquia convencional. Basicamente consiste na utilização de brotações de plantas propagadas pelo processo de estaquia, ou mudas produzidas por sementes. Além disso, pode representar uma alternativa potencialmente viável para espécies lenhosas cujo processo de estaquia convencional resulta em percentual de enraizamento variável e baixa qualidade na formação de raízes, como é o caso da espécie Coffea arabica L. Objetivou-se avaliar a influência de boro, zinco, sacarose e a área foliar remanescente no enraizamento de miniestacas de Coffea arabica L. Foram então realizados dois experimentos em delineamento inteiramente ao acaso, dispostos em fatorial triplo 2x3x3, sendo: presença ou não de boro (experimento 1) ou zinco (experimento 2) na solução de enraizamento com AIB; sacarose a 0, 10 e 20% de concentração aplicada a cada 20 dias; níveis de área foliar remanescente nas miniestacas (25, 50 e 75%). Em ambos os experimentos se notou que a presença de B e Zn foram eficientes para um bom crescimento radicular; o aumento na concentração de sacarose na calda de pulverização foi benéfica para o crescimento radicular em ambos os experimentos; tratamentos com 75% de área foliar remanescente foram superiores aos demais tratamentos. Conclui-se que o atual protocolo de enraizamento de miniestacas de café arábica deve ser ampliado com: adição de B ou Zn na solução com AIB; utilização de doses de sacarose exógena a 20% de concentração em um intervalo de 20 dias; opção da manutenção de um maior percentual da área foliar remanescente para um enraizamento de miniestacas mais eficiente e homogêneo.Item Gene regulatory networks: co-expression modules of protein coding genes and small RNAS governing essential biological processes in Coffea arabica L.(Universidade Federal de Lavras, 2023-01-30) Ribeiro, Thales Henrique Cherubino; Chalfun Junior, Antonio; Meyers, Blake C.; Oliveira, Raphael Ricon deCoffee plants are the source of one of the most world-wide traded commodities. From harvesting, though processing to commercializing the coffee bean moves an international market that supports the livelihood of millions. The progressing understanding of how plants function at a cellular, molecular, and physiological level has enabled successive technological breakthroughs, this, in turn, has allowed a positive balance between the supply and demand for food. These successive breakthroughs of frontiers in agricultural knowledge are taking place along centuries of civilization. At this point, one of the most relevant frontiers of biology is at the molecular level. The understanding of how plants organize their physiological processes at the molecular level may be the way to finally balance agriculture with sustainable development. Advances in molecular biology are making this understanding possible by investigating how complex networks of regulatory elements coordinate the functioning of plants and other organisms. This thesis has the objective of contributing to the effort of revealing the functional dynamics of Coffea arabica metabolism using integrated biological data. From genome and transcriptome sequencing data of coffee samples, I was able to identify evolutionary phenomena such as gene balance, to predict and ascertain for the presence of metabolites, and to reveal multiple types of RNAs involved in control and/or developmental processes of flowering in Coffea arabica. Our discoveries regarding the organization and possible evolutionary trends of this genome can guide future works with the objective of maintaining the continuity of coffee.Item Respostas anatomofisiológicas de clone de Coffea canephora submetidos ao manejo de irrigação do Cerrado do Planalto Central(Universidade Federal de Lavras, 2020-12-22) Matos, Nagla Maria Sampaio de; Botelho, César Elias; Carvalho, Milene Alves de FigueiredoA região do Cerrado brasileiro apresenta grande potencial produtivo para a cultura do café, participando de aproximadamente 40% do âmbito nacional, devido ao fato de apresentar um clima favorável ao cultivo, topografia, uso de cultivares e mudas clonais mais adaptados, sistema de irrigação, dentre outros. Além disso, aproveitando o sistema irrigado e o clima bem definido, pode ser realizada a suspensão da irrigação no período de inverno, visando a sincronização de florada, resultando em maior produção de frutos cerejas. Objetivou-se com o presente estudo avaliar o comportamento de clones de Coffea canephora submetidos ao manejo de irrigação do Cerrado do Planalto Central, através de avaliações de características anatômicas, fisiológicas e bioquímicas, para a seleção de plantas que sejam mais adaptadas ao ambiente de cultivo. As avaliações foram realizadas em seis clones da espécie Coffea canephora, sendo quatro da variedade Robusta e duas da variedade Conilon, dos quais um é tolerante a seca (clone 14) e o outro sensível (clone 22). Foram realizadas avaliações em quatro períodos, nos anos de 2016 e 2017, compreendendo antes (APSI) e no final (FPSI) do período de suspensão da irrigação, dois dias (2dARI) e três meses após o retorno da irrigação (3mARI). Foram avaliadas características anatômicas foliares como densidade e relação diâmetro polar e equatorial dos estômatos, diâmetro, número e frequência dos vasos do xilema, área total do xilema, área total do floema, índice de vulnerabilidade e condutância hidráulica relativa. As características fisiológicas analisadas foram taxa fotossintética líquida, condutância estomática, taxa transpiratória, eficiência do uso da água, eficiência de carboxilação, potencial hídrico foliar, eficiência quântica potencial do fotossistema II, índices de clorofila A, B e total e conteúdo relativo de água. Foi avaliado ainda o sistema antioxidante enzimático através da dismutase do superóxido, catalase e peroxidase do ascorbato e não enzimático com a quantificação do ascorbato. Para avaliação do estresse ocasionado foram quantificados peróxido de hidrogênio, peroxidação lipídica e extravasamento de eletrólitos. Os clones 14, 8 e 125 apresentaram comportamentos semelhantes e maior desenvolvimento de características para sobreviver ao ambiente de cultivo, como alteração nas trocas gasosas, potencial hídrico relativamente alto sob deficiência hídrica, eficiência do uso da água, desenvolvimento e alteração nos vasos xilemáticos, responsáveis pelo transporte de água. Já o clone 30 apresentou maior sensibilidade, semelhante ao clone 22, com maior dano oxidativo quando expostos ao déficit hídrico. Já o clone 114 apresentou um mecanismo de sobrevivência intermediário. Conclui-se que os clones apresentaram diferentes estratégias de adaptação e sobrevivência frente ao déficit hídrico imposto.Item Técnicas inovadoras na produção de mudas de café por sementes e estacas(Universidade Federal de Lavras, 2021-02-12) Lima, Amador Eduardo de; Guimarães, Rubens JoséA produção de mudas com qualidade é importante para o desenvolvimento da cafeicultura, e a utilização de técnicas inovadoras de produção e clonagem podem auxiliar na melhoria genética e na qualidade das mudas. Sendo assim, objetivou-se com este trabalho, avaliar a produção de mudas de Coffea arabica e Coffea canephora em diferentes sistemas de produção e recipientes. Para o acompanhamento do crescimento das mudas foram avaliadas semanalmente a permanência de folhas, número de brotos e sobrevivência de estacas. Ao final dos processos de produção de mudas, foram realizadas análises de crescimento (altura da muda, diâmetro de caule, número total de pares de folhas, área foliar, área radicular, peso da matéria seca da parte aérea e raiz), fisiológicas (teores de clorofila a, b e total e condutância estomática) e anatômicas (microscopia eletrônica de varredura e microanálise de raios x). Mudas de Coffea arabica L. por estaquia, produzidas em sistema hidropônico modificado apresentam maior crescimento e melhores características anatômicas e fisiológicas que as produzidas em casa de vegetação com sistema de nebulização. Mudas obtidas por estaquia da espécie Coffea canephora, com utilização de tubetes de 50 ou 120 cm3 , apresentam em sistema hidropônico modificado, maior taxa de sobrevivência de estacas, além de maior crescimento e melhores características anatômicas e fisiológicas que as produzidas em viveiro. Mudas de Coffea arabica produzidas por sementes, apresentam melhor desenvolvimento em sistema inovador de produção de mudas de café em hidroponia modificada em combinação com o uso de sacos de polietileno como recipiente.Item Visão computacional aplicada a análise de frutos de C. Arabica(Universidade Federal de Lavras, 2023-03-16) Botega, Gustavo Pucci; Gonçalves, Flávia Maria AvelarAt coffee research centers, various traits are phenotyped by researchers. Some of these traits are directly determined by fruit phenotyping, such as ripening. Fruit ripening is an important trait to measure, because it allows for cultivars release with different ripening cycles, which is essential for farmers as it allows for the scaling of production and maximization of efficiency and profitability. However, measuring this trait in breeding programs presents several challenges. This study was divided into three chapters that present a comprehensive evaluation of coffee fruit and aspects associated with the selection and evaluation of ripening in Coffea arabica. In the first chapter, coffee fruits obtained from a phenotyping platform were thoroughly evaluated, by examining their morphological and color characteristics using computer vision. To achieve it, a classification model based on convolutional neural networks was created to classify the different stages of ripening. In the second chapter, images were synthesized from the generated image dataset to train a computer vision model based on the YOLO neural network architecture for direct classification and detection of coffee fruits in numerous scenarios and environments. In chapter 3, the objective was to establish the ideal sample size for ripening fruit evaluation and to verify the associated errors in adopting each sample size, as well as to demonstrate that the K-means clustering method can be an alternative to assist researchers in making decisions about the constituent genotypes of the breeding population. Detailed analysis was conducted on fruits from 21 cultivars, providing valuable information to researchers about their morphological and color characteristics. A total of 36.879 images of coffee fruits at different ripening stages were created. The use of the YOLO architecture allows for the direct evaluation of coffee fruits in different scenarios and environments, reducing and facilitating the process of phenotyping the trait. It was found that samples larger than 500 ml of fruits demonstrate an excellent sample size, and the use of the Kmeans technique to group data into different ripening cycles can be an excellent alternative for researchers, allowing for precise and efficient analysis.Item Influência da interação genótipos por ambientes no melhoramento do cafeeiro(Universidade Federal de Lavras, 2018-12-13) Velasquez, Gustavo Alvares; Gonçalves, Flávia Maria Avelar; Botelho, César EliasO cafeeiro é uma planta perene de ciclo produtivo longo, com acentuada bienalidade. Portanto, são necessários vários anos consecutivos de avaliação da produção, para se estimar o potencial produtivo dos genótipos, o que demanda rigor e precisão nos métodos estatísticos de seleção. A abordagem de modelos mistos permite a seleção de genótipos com um número menor de colheitas, por meio da estimação de parâmetros genéticos e predição de valores genéticos mais acurados. O presente trabalho teve como objetivos avaliar a influência da interação genótipos por ambientes na seleção de genótipos, em diferentes grupos de cultivares de cafeeiro em ambientes-teste e verificar se é possível reduzir o número de colheitas para a seleção de progênies de Coffea arabica, quando se utiliza a abordagem de modelos mistos. Foram avaliados três grupos de experimentos de cafeeiro, conduzidos pela Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (EPAMIG): 1°) 11 genótipos de Icatu e quatro testemunhas; 2°) 15 genótipos de Catuaí e cinco testemunhas; 3°) 34 genótipos de Mundo Novo e uma testemunha. Os experimentos foram implantados nas fazendas particulares Ouro Verde em Campos Altos-MG e Resplendor em Capelinha-MG. O delineamento experimental foi em blocos completos casualizados, com quatro repetições e seis plantas por parcela. Foram analisados dados de seis colheitas consecutivas, 2001/2002 a 2006/2007. Foram realizadas análises individuais por colheita, no esquema de parcelas subdivididas no tempo de colheitas, em cada local e conjunta de locais de produtividade (sc/ha) pela abordagem de modelos mistos, por meio do software R, utilizando-se do pacote Asreml. Estimou-se a correlação classificatória de Spearman entre os valores genéticos preditos (BLUP), considerando as colheitas combinadas e o número total de colheitas. Além disso, estimaram-se o ganho genético e o índice de coincidência com intensidades de seleção de 10, 20 e 30%, para todas as análises. A presença de interação genótipos x ambientes evidencia baixa ou não coincidência dos genótipos nos diferentes ambientes, dificultando a recomendação e lançamento de novas cultivares para as regiões cafeeiras em Minas Gerais. Não é possível realizar a seleção antecipada, antes da quarta colheita, para os genótipos dos grupos de Icatu, de Catuaí e de Mundo Novo.Item Abordagem proteômica de folhas da cultivar Mundo Novo (Coffea arabica L.) induzida para a resistência à ferrugem(Universidade Federal de Lavras, 2015-01-28) Pôssa, Kátia Ferreira; Resende, Mário Lúcio Vilela deO café é um dos mais importantes produtos agrícolas do Brasil, sendo Minas Gerais o estado com maior área de cultivo, representando 54% da área total. No entanto, diversos fatores podem afetar a sua produtividade. A ferrugem alaranjada, causada pelo fungo Hemileia vastatrix é uma das principais doenças do cafeeiro arábica, responsável por até 50% de perdas na produção, se a doença não for controlada. O tratamento com fungicidas tem sido o principal meio de controle desta doença, porém métodos alternativos têm sido desenvolvidos, como os compostos indutores de resistência, para o manejo fitossanitário e sustentável das lavouras. Devido à importância econômica do café, algumas ferramentas biotecnológicas, como a proteômica, têm sido utilizadas para estudar esta cultura. A proteômica de plantas tem sido realizada explorando ao máximo a alta capacidade de resolução e separação das proteínas por eletroforese bi-dimensional (2-DE) em géis de poliacrilamida, seguida de identificação das proteínas por espectrometria de massa (MS). O sucesso desta abordagem depende da qualidade e reprodutibilidade das amostras de proteína extraídas. O objetivo da presente tese foi caracterizar o proteoma de folhas de C. arabica cv. Mundo Novo, e identificar as proteínas que diferiram na abundância após tratamento com os indutores de resistência, GreenForce CuCa e Bion ® , e/ou a infecção com o fungo H. vastatrix. Os extratos proteicos das folhas foram obtidos por precipitação das proteínas em ácido tricloroacético/acetona seguido de um protocolo de purificação otimizado. Após separação das proteínas por 2-DE, os spots polipeptídeos mais abundantes e visíveis foram excisados do gel e a identificação das proteínas foi realizada utilizando a técnica de LC/MS/MS ou MALDI-TOF/TOF- MS.Foram identificadas167 proteínas pertencentes a 55 superfamilias (NCBI), estando envolvidas em diversos processos biológicos nomeadamente; a fotossíntese, metabolismo das proteínas, estresse biótico e abiótico, redox e glicólise entre outros. Destas proteínas 65 mostraram alteração na sua abundância após o tratamento com os indutores de resistência e/ou infecção pela ferrugem. Após a pulverização com GreenForce CuCa, a maioria das proteínas identificadas, foram menos abundante, e as mais abundante estavam envolvidas no metabolismo fotossintético e estresse/defesa. Já no que se refere à pulverização com Bion ® quase a metade foi mais abundante, e estavam envolvidas no metabolismo fotossintético, respiração e estresse. O perfil proteico obtido com o tratamento Bion mostrou-se mais semelhante ao da testemunha do que ao do GreenForce CuCa. Estes são os primeiros resultados obtidos ao nível do proteoma das folhas após tratamento com os indutores de resistência GreenForce CuCa e Bion ® . Os resultados mostraram uma alteração na abundância relativa de proteínas envolvidas no metabolismo energético (fotossíntese e respiração) e estresse/defesa, o que sugere alterações ao nível do metabolismo primário das células após os tratamentos. Estes trabalhos poderão servir de ponto de partida para estudos futuros no que diz respeito à pesquisa de outras proteínas (vias metabólicas) também envolvidas na resistência induzida.Item Fungos micorrízicos arbusculares no desenvolvimento inicial de genótipos de Coffea arabica L.(Universidade Federal de Lavras, 2016-09-16) Fonseca, Arley José; Carvalho, Gladyston RodriguesObjetivou-se com estes trabalhos avaliar o desenvolvimento e a resposta nutricional de mudas de Coffea arabica L., inoculadas com fungos micorrízicos arbusculares (FMA). Para isto foram instalados dois experimentos, sendo um em viveiro com mudas propagadas por embriogênese somática, e outro em vasos, com mudas propagadas por sementes com seis genótipos em casa de vegetação. O experimento 01 objetivou melhorar o processo de produção de mudas por embriogênese somática por meio da inoculação com fungos micorrízicos arbusculares. O delineamento utilizado foi inteiramente casualizado, em esquema fatorial 2 x 7, sendo: os clones de café clone 1 “Catucai Vermelho”, e o clone 2 “Acauã”, inoculados com cinco inóculos diferentes compostos pelos FMAs Rhizophagus clarus, Gigaspora margarita e Acaulospora mellea e desenvolvidas em substrato com redução da adubação; e os controles não inoculados com (Controle) e sem (Padrão) redução da adubação no substrato, com quatro repetições.Aos 180 dias foram avaliadas mudas dos dois clones inoculadas com e sem inoculação FMAs (Controle) e sem (Padrão).As conclusões obtidas foram que o uso de fungos micorrízicos arbusculares melhora o desenvolvimento de mudas micropopagadas de C. arabica L. Os clones comportaram-se de modo diferenciado quando inoculados com os FMAs sendo o clone 1 (Catucaí Vermelho), o de melhor resposta. O experimento 02 objetivou avaliar o efeito da inoculação FMAs Rhizophagus clarus e a mistura Rhizophagus clarus e Gigaspora margarita sobre o desenvolvimento inicial e a resposta nutricional de seis genótipos de C. arabica L. O ensaio foi realizado em Delineamento Inteiramente Casualizado, com esquema fatorial 6 x 3, sendo seis genótipos de C. arabica L. (MGS Aranãs, Catiguá MG2, Paraíso H 419-1, IPR 100, Catuai Vermelho IAC 144 e uma progênie (H 29-1-8-5) em geração F4) e três referente aos FMAs: Rhizophagus clarus, Gigaspora margarita e tratamento não inoculado (Controle), com cinco repetições e uma planta por unidade experimental. As conclusões foram que a inoculação favoreceu o crescimento inicial das plantas de café e sua intensidade variou de acordo com os genótipos. Dos seis genótipos utilizados os destaques foram Catuai Vermelho IAC 144 e Catiguá MG 2 apresentando maiores acúmulos de nutrientes na matéria seca, sendo os mais promissores para o uso de inoculação com fungos micorrízicos arbusculares. Todas as variáveis estudadas, quando as plantas foram inoculadas com os fungos micorrízicos arbusculares Rhizophagus clarus, e a mistura dos fungos Rhizophagus clarus e Gigaspora margarita, apresentaram ganhos, em relação as plantas não inoculadas.Item Indutores de resistência na proteção do cafeeiro contra a cercosporiose e na expressão de genes e proteínas de defesa(Universidade Federal de Lavras, 2015-03-19) Guimarães, Sandra Eliza; Resende, Mário Lucio Vilela deA indução de resistência consiste na ativação dos mecanismos de defesa vegetal para o controle de pragas e doenças. Entender os fenômenos moleculares envolvidos na interface patógeno e hospedeiro, bem como respostas das plantas a eliciadores, tem demandado cada vez mais estudos. A expressão gênica e a proteômica tornaram-se ferramentas importantes para obter informação sobre os mecanismos apresentados pelas plantas sobre uma determinada condição de estresse. O objetivo deste estudo foi analisar produtos indutores como Acilbenzolar —S- Methyl (ASM) e o extrato à base de subprodutos da cadeia produtiva do café- Greenforce CuCa, em mudas de Coffea arabica, cultivar Mundo Novo 376/4, para os quais foi verificada a expressão das enzimas de defesa — lipoxigenase, catalase, glutationa peroxidase, quitinase por meio da técnica qRT-PCR, as quais se mostraram mais expressas com os tratamentos, sendo que o ASM responde mais rapidamente e o Greenforce Cuca tem efeito menor, porém mais duradouro. Outro estudo foi realizado para verificar o perfil proteico das plantas tratadas com estes produtos observando por meio de eletroforese bidimensional e espectrometria de massas. Foi possível verificar a abundância de proteínas relacionadas a processos fotossintéticos e de defesa das plantas. Também foi possível notar que nas plantas tratadas com ASM houve uma redução na abundância das proteínas ao longo das horas após a aplicação deste produto e que o Greenforce CulCa teve uma abundância crescente ao longo das horas após a aplicação para proteínas relacionadas à defesa e a processos fotossintéticos. Em geral, os produtos testados apresentaram efeito indutor de resistência em plantas evidenciado por meio dos resultados obtidos. Palavras-chave: Indutor de resistência. Cercospora coffeicola. Espécies reativas de oxigênio. Proteinas relacionadas à patogênese. Espectrometria de massas. Expressão gênica.