Caracterização molecular e estudo de autoincompatibilidade gametofítica em cafeeiros Amazônicos

Abstract

A caracterização dos materiais genéticos de café desempenha um papel crucial no desenvolvimento de variedades mais resilientes e adaptadas às condições climáticas em mudança, contribuindo para a sustentabilidade e o futuro da produção de café. Dentre as centenas de espécies do gênero Coffea já descritas, a espécie Coffea canephora se destaca por apresentar características válidas na adaptação às condições climáticas (resistência a pragas e doenças, tolerância a seca, ampla distribuição geográfica). É uma espécie diploide, alógama e que possui autoincompatibilidade gametofítica. Ampliar os estudos para melhor conhecimento desta autoincompatibilidade também se torna essencial, uma vez que para se obter cruzamentos promissores, é necessário genitores de grupos de compatibilidade diferente, para que ocorra a fertilização. Sendo assim, os objetivos do presente trabalho foram: (i) avaliar a diversidade genética de cafeeiros provenientes do programa de melhoramento da Embrapa Rondônia juntamente com genótipos de produtores locais, via marcadores moleculares SNP; (ii) usar marcadores moleculares para identificação de cafeeiros contendo diferentes genes de resistência às principais doenças da cultura: ferrugem e CBD e (iii) sequenciar e avaliar diferenças em regiões de interesse do gene S, que podem estar relacionadas ao mecanismo de autoincompatibilidade gametofítica na espécie C. canephora. Os marcadores SNPs utilizados permitiram diferenciar e caracterizar com eficiência os cafeeiros em estudo. O dendrograma pela análise destes marcadores ficou dividido em cinco grupos. O grupo I e o grupo IV alocaram dois cafeeiros cada. O grupo II alocou 33, de sua grande maioria pertencentes a variedade botânica Robusta. O grupo III ficou constituído por 18 cafeeiros, pertencentes a variedade botânica Conilon. Por fim, o quinto e maior grupo alocou 85 cafeeiros, sendo a maioria correspondente a híbridos entre as duas variedades botânicas. Marcadores moleculares ligados a genes de resistência a doenças também possibilitaram a identificação de cafeeiros contendo piramidação de alelos de resistência a Hemileia vastatrix e Colletotrichum. kahawae. Quanto ao estudo de autoincompatibilidade, as sequências de DNA dos genótipos dos diferentes grupos de autoincompatibilidade foram alinhadas e não foi encontrado polimorfismo. Ao realizar o BLAST entre a sequência consenso obtida do sequenciamento realizado com o primer HVa3 e o genoma de referência de C. canephora, observou-se que há duas regiões de alinhamento no cromossomo 2, com grande quantidade de mismatch e Gap. Esta diferença observada pode ser decorrente da ampla diversidade genética presente na espécie. Além disso, o genoma de referência disponível foi obtido de um cafeeiro geneticamente distante dos Robustas Amazônicos e Conilons cultivados no Brasil. O alinhamento entre as duas sequencias amplificadas em regiões distintas no genoma de C. canephora com o primer Hva3 mostrou serem idênticas. Este resultado pode ser um indício dessas serem regiões repetitivas dispersas no genoma da espécie. Portanto, foi possível identificar cafeeiros divergentes geneticamente, contendo a piramidação de alelos de resistência a H. vastatrix e C. kahawae. E, este estudo de autoincompatibilidade abre portas para que novos estudos possam ser realizados a partir deste. Palavras­chave: Coffea canephora. Hemileia vastatrix. CBD. SNP. Gene S. Grupos de compatibilidade.

The characterization of coffee genetic materials plays a crucial role in developing varieties that are more resilient and adapted to changing climate conditions, contributing to the sustainability and future of coffee production. Among the hundreds of species of the genus Coffea already described, the species Coffea canephora stands out for presenting valid characteristics in adapting to climatic conditions (resistance to psychological conditions and diseases, tolerance to drought, wide geographic distribution). It is a diploid, allogamous species that has gametophytic self-incompatibility. Expanding studies to better understand this self- incompatibility is also essential, since to obtain promising crosses, parents from different compatibility groups are needed for fertilization to occur. Therefore, the objectives of the present work were: (i) to evaluate the genetic diversity of coffee trees from the Embrapa Rondônia breeding program together with genotypes from local producers, via SNP molecular markers; (ii) use molecular markers to identify coffee plants containing different resistance genes to the main diseases of the crop: rust and CBD and (iii) sequence and verify differences in regions of interest of the S gene, which may be related to the gametophytic self- incompatibility mechanism in species C. canephora. The SNP markers used allowed us to efficiently differentiate and characterize the coffee trees under study. The dendrogram based on the analysis of these markers was divided into five groups. Group I and group IV allocated two coffee plants each. Group II allocated 33, the vast majority of which belonged to the Robusta botanical variety. Group III consisted of 18 coffee plants, belonging to the Conilon botanical variety. Finally, the fifth and largest group allocated 85 coffee plants, the majority of which corresponded to hybrids between the two botanical varieties. Molecular markers linked to disease resistance genes also made it possible to identify coffee plants containing pyramiding of resistance alleles to Hemileia vastatrix and Colletotrichum. kahawae. Regarding the self- incompatibility study, the DNA sequences of the genotypes of the different self-incompatibility groups were aligned and no polymorphism was found. When performing BLAST between the consensus sequence obtained from sequencing carried out with the HVa3 primer and the reference genome of C. canephora, it was observed that there are two regions of alignment on chromosome 2, with a large amount of mismatch and gap. This observed difference may be due to the wide genetic diversity present in the species. Furthermore, the available reference genome was obtained from a coffee plants genetically distant from the Amazonian Robustas and Conilons cultivated in Brazil. The alignment between the two sequences amplified in different regions of the C. canephora genome with the Hva3 primer showed that they were identical. This result may be an appeal to these repetitive regions scattered throughout the species' genome. Therefore, it was possible to identify genetically divergent coffee plants, containing the pyramidation of resistance alleles to H. vastatrix and C. kahawae. And, this self- incompatibility study opens the door for new studies to be carried out based on this. Keywords: Coffea canephora. Hemileia Vastatrix. CBD. SNP markers. Gene S. Compatibility groups.