Physiological and molecular characterization of twocoffea arabica cultivars under diferent heat stress conditions

Abstract

Coffee is one of the most valuable primary products in world trade. Its cultivation, processing, transport, and marketing employs over 120 million people and significantly affects the gross national product (GNP) of 40 countries. Worldwide, coffee is grown on over 10,000,000 hectares of land. Smallholder farmers cultivate over 70% of production, making coffee crucial to the economy of many developing countries. Currently, Brazil is the world's leading producer of coffee, a position the country has held for the last 150 years, producing roughly 40% of h wordl’s supply of A b b n across more than 2,000 farms in 16 states. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change (2014), there is a high probability of temperature increases of 1 to 3°C in the tropics over the next 20 years. The losses to Arabica coffee production, as a result of increasing temperatures, are estimated to be as much as 10% of total production in 20 years. Therefore, in the face of imminent climate changes, the development of cultivars that are tolerant to adverse environmental conditions is essential. To that end, the identification of the key genes involved in plant responses to abiotic stress is critical for improving the crop by either traditional breeding or genetic transformation. Hence, we aimed to understand the impact of heat stress at the physiological and molecular levels on the growth and development of coffee. Moreover, we aimed to identify the genes that are differentially transcribed in response to high temperatures, which may lead to the future development of cultivars with improved quality and higher harvest security.

O café é um dos produtos primários mais valiosos no comércio mundial. Seu cultivo, processamento, transporte e comercialização emprega mais de 120 milhões de pessoas e afeta significativamente o produto interno bruto (PIB) de 40 países. Em todo o mundo, o café é cultivado em mais de 10 milhões de hectares. Os pequenos agricultores cultivam mais de 70% da produção, tornando o café crucial para a economia de muitos países em desenvolvimento. Atualmente, o brasil é o maior produtor mundial de café, uma posição que o país tem ocupado nos últimos 150 anos, produzindo cerca de 40% da oferta mundial de grãos arábica em mais de 2.000 fazendas em 16 estados. De acordo com o painel intergovernamental sobre mudanças climáticas (IPCC), há uma alta probabilidade de aumentos de temperatura de 1 a 3 ° c nos trópicos ao longo dos próximos 20 anos. As perdas na produção de café arábica, como resultado do aumento das temperaturas, são estimadas em até 10% da produção total em 20 anos. Portanto, em face das mudanças climáticas iminentes, o desenvolvimento de cultivares tolerantes a condições ambientais adversas é essencial. Para esse fim, a identificação dos principais genes envolvidos nos processos fisiológicos de interesse é fundamental para melhorar a cultura por seja por melhoramento tradicional ou transformação genética. Por isso, buscamos compreender o impacto do estresse térmico em níveis fisiológicos e moleculares no crescimento e desenvolvimento do café. Além disso, buscou-se identificar os genes que são diferencialmente transcritos em resposta a altas temperaturas, o que pode levar ao desenvolvimento futuro de cultivares com melhor qualidade e maior produção.