Análise do perfil transcriptômico e proteômico de raízes de diferentes clones de Coffea canephora em condições de déficit hídrico

Abstract

O café é uma das principais commodities agrícolas do mundo, sendo o Brasil o maior produtor. A seca é um problema frequente no país, uma vez que é considerado um fator limitante que possibilita oscilações na produtividade do cafeeiro. Em resposta ao déficit hídrico as plantas ativam mecanismos que a auxiliam suportar períodos de seca, promovendo alterações na fotossíntese, respiração, translocação, absorção de íons, o metabolismo de nutrientes e hormônios. O presente trabalho tem por objetivo avaliar a expressão diferencial de genes e proteínas em raízes de clones de C. canephora var. Conilon, sendo o clone 22 (sensível à seca) e os clones 14, 73 e 120 (tolerantes à seca), cultivados em condições controladas em condições irrigada e sob estresse hídrico. Para cada clone e regime hídrico foi extraído o RNA total e avaliado o perfil transcriptômico e proteômico das raízes por meio do sequenciamento 454 e da espectrometria LC-MS, respectivamente. Os resultados apresentados possibilitaram uma melhor compreensão de alguns mecanismos de resposta em raízes em clones C. canephora quanto a tolerância ao déficit hídrico, por meio da diferença de expressão gênica e dos nos níveis de proteínas entre as condições avaliadas (I e NI). Foi possível verificar que, entre os clones tolerantes há diferentes mecanismos de respostas ao estresse. O pirossequenciamento 454 permitiu gerar mais de 4 milhões de reads a partir de 08 bibliotecas de raízes de C. canephora provenientes dos clones nas duas condições, o que possibilitou a ampliação dos dados de sequências para este tecido. Vários genes candidatos foram identificados e avaliados quanto à resposta da planta ao déficit hídrico, como em relação a biossíntese do ABA e aos estresses osmóticos e oxidativos. A técnica LC-MS permitiu a identificação de 598 proteínas, o que representa cerca de 1% do proteoma conhecido de C. canephora. Para algumas proteínas foi possível identificar diferentes formas alélicas. De forma geral, a resposta dos clones de C. canephora ao déficit hídrico foi evidenciada neste trabalho. Na maioria dos casos há correspondência entre os resultados das técnicas “Omicas” utilizadas. Entretanto, ainda é necessário o aprimoramento das técnicas para identificação proteica, como por meio da utilização de sequências genótipo-específicas, considerada uma alternativa para futuras análises integradas, possibilitando a compreensão dos mecanismos de regulação e dos pontos de controle do fluxo da informação gênica. Em complemento aos trabalhos anteriores, no qual foram utilizadas folhas, também foi possível identificar vários genes de tolerância à seca em raízes de cafeeiro.

Coffee is one of the main agricultural commodities in the world, with Brazil as the largest producer. Drought is a frequent issue in the country, since it is considered a limiting factor that allows oscillations in coffee productivity. In response to the water deficit, the plants activate mechanisms that aid in supporting drought periods, promoting changes in photosynthesis, respiration, translocation, ion absorption and in nutrient and hormone metabolism. The present work has the objective of evaluating the differential expression of genes and proteins in clones of C. canephora var. Conilon roots, with clone 22 (sensitive to drought) and clones 14, 73 and 120 (tolerant to drought), cultivated under controlled conditions and water stress. For each clone and water regime, total RNA was extracted and the transcriptomic and proteomic profile of the roots were evaluated by means of the 454 and LC-MS sequencing, respectively. The results presented allowed the better understanding of some of the response mechanisms in C. canephora clone roots regarding the tolerance to water deficit by means of the difference in gene expression and of the levels of proteins between the conditions evaluated (I and NI). It was possible to verify that, among the tolerant clones, there are different stress response mechanisms. The 454 pyrosequencing allowed us to generate more than four million reads from eight libraries of C. canephora roots derived from the clones in both conditions, which allowed the extension of the data for this tissue. Many candidate genes were identified and evaluated regarding the response of the plant to water deficit, such as in regard to the ABA biosynthesis and the osmotic and oxidative stresses. The LC-MS technique allowed the identification of 598 proteins, which represents around 1% of the proteome known for C. canephora. For some of the proteins, it was possible to identify different allele forms. In general, the response of the C. canephora clones to water deficit was evidenced in this work. In most cases, there is correspondence between the results of the used “Omics” techniques. However, the improvement of the techniques for protein identification is still necessary, such as by means of the use of genotype-specific sequences, considered an alternative for future integrated analyses, allowing the understanding of regulation mechanisms and of the control points of genic information flow. In complement to previous works, in which leaves were used, it was also possible to identify many drought tolerance genes in coffee roots.