Caracterização funcional de genes da família multdrug and toxic compound extrusion (MATE) envolvidos na adaptação de Coffea arabica à solos ácidos

Abstract

A partir da expansão da fronteira agrícola, o cultivo de espécies do gênero Coffea expandiu-se para áreas marginalizadas em termos de fertilidade de solos, como o Cerrado brasileiro. Os primeiros trabalhos relacionados ao levantamento das características deste ambiente evidenciaram, dentre outros aspectos, os problemas relacionados à toxidez do alumínio e a baixa disponibilidade de fosfatos. Apesar das técnicas aplicadas para a correção destes problemas serem amplamente difundidas, estas não são facilmente aplicadas em cultivos perenes e, além disso, baseiam-se na alteração do ambiente para o cultivo do vegetal, o que pode culminar em impacto ambiental. Dessa forma, o estudo dos mecanismos moleculares relacionados à adaptação pode impulsionar o desenvolvimento de programas de melhoramento genético, convencional e baseado em biotecnologia, que culminem na manutenção da produtividade do setor cafeeiro de forma sustentável. Neste contexto, a partir deste trabalho, objetivou-se elucidar os membros da família gênica Multi drug and toxic compound extrusion (MATE) em Coffea canephora afim de identificar, dentre os diversos membros desta família multifuncional, genes relacionados à tolerância ao alumínio e analisar a influência destes genes sobre os mecanismos de tolerância à este estresse em Coffea arabica. O estudo in silico da família MATE possibilitou a identificação de 60 proteínas presentes em C. canephora. Destacaram-se as proteínas CcMATE7 e CcMATE43 provavelmente relacionadas ao transporte de alcalóides em C. canephora, também alguns potenciais transportadores de flavonóides, CcMATE18 e CcMATE20 e a proteína CcMATE42, potencialmente associada ao efluxo do ânion citrato, que pode minimizar os efeitos tóxicos do alumínio solúvel e auxiliar a absorção de fosfatos. A partir deste candidato em potencial, foram identificados dois genes homeólogos em C. arabica, um relacionado ao subgenoma derivado do ancestral C. canephora (CaMATE_C) e outro do ancestral C. eugenióides (CaMATE_E). A partir de um experimento em hidroponia, foi demonstrado por RT-qPCR que estes homeólogos apresentam perfis distintos de expressão gênica sob estresse causado por exposição ao alumínio. O gene CaMATE_E foi considerado mais responsivo à este estímulo e com perfil de expressão condizente com a exsudação de citrato, mesmo não havendo elementos cis-regulatórios especificamente relacionados à tolerância à alumínio que expliquem esta diferença. Em conclusão, este trabalho pode fornecer informações relevantes para os estudos relacionados aos mecanismos de adaptação de espécies do gênero Coffea à solos ácidos, sendo estes pertinentes para o cultivo produtivo e sustentável do cafeeiro neste ambiente.

Since the agricultural boundaries expansion, the cultivation of Coffea genus species expanded to poor soil fertility areas, like the Brazilian Cerrado. The precursors works on survey of this environmental characteristics revealed, beside other factors, the aluminium toxicity and low phosphate bioavailability problems. Although the techniques to overcome this issue were quickly widespread, they are not simple to apply on perennial crops and are based on environmental modifications to sustain the cultivation. On this way, the elucidation of molecular mechanisms related to crop adaptation can stimulate coffee breeding programs development, both on conventional and biotechnological ways, that could maintain the productivity in a sustainable mode. So, the aim with this work was to elucidate the Multi drug and toxic compound (MATE) gene family on Coffea canephora to identifiy, among other members of this multinfunctional family, related genes to aluminium tolerance and to analyze its influence over Coffea arabica tolerance mechanisms. 60 MATE members were identified on C. canephora, divided in many groups and possibly related to specific functions. Some proteins were highlighted, CcMATE7 and CcMATE43, related to alkaloid transport, some flavonoids transporters, CcMATE18 and CcMATE20 and CcMATE 42, potentially associated to citrate efflux that can minimize acid soils constraints. Through this, homeologs genes on Coffea Arabica were identified, related to subgenomes derived by C. canephora (CaMATE_C) ancestor and other by Coffea eugenioides (CaMATE_E). With an experiment conducted on hydroponic culture, it was demonstrated through RT-qPCR that this homeologs have distinct gene expression profiles under aluminium stress and CaMATE_E was consider more responsive to this condition, with the citrate release consistent to expression profile, even any differences on cis-regulatory elements specifically related to aluminium tolerance were found. By conclusion, this work can sustain relevant information to Coffea adaptative mechanism to acid soils, important for the sustainable and productive coffee cultivation.