Caracterização de uma região genômica do híbrido de timor CIFC 832/2 associada à resistência à Hemileia vastatrix

Abstract

A ferrugem do cafeeiro, causada pelo fungo biotrófico Hemileia vastatrix é a principal doença de importância econômica dessa cultura, sendo responsável por grandes prejuízos à cafeicultura mundial. Novas raças do patógeno têm surgido infectando cultivares de café comercializados como resistentes a essa doença. Desse modo, devido ao alto potencial adaptativo do fungo, a busca por cafeeiros resistentes a essa doença é uma atividade recorrente nos programas de melhoramento. Estudos com o Híbrido de Timor (HdT), tem sido realizados em pesquisas que visam resistência durável à ferrugem e outras doenças do cafeeiro. Compreender a natureza da resistência duradoura em genótipos do HdT e descrever os genes envolvidos na defesa das plantas é fundamental para o uso eficiente dos recursos disponíveis nesse híbrido natural. A utilização de ferramentas moleculares e de bioinformática tem mostrado resultados significativos para a ampliação do conhecimento dos genes envolvidos no patossistema Coffea - H. vastatrix. Desse modo, objetivou-se com esse estudo sequenciar e caracterizar, por meio de análises de bioinformática, uma região do genoma do Híbrido de Timor CIFC 832/2, que contém marcadores associados à resistência à H. vastatrix. Para isso foi realizado o sequenciamento do clone BAC 70-22F contendo a marca funcional de resistência, por meio da Plataforma Illumina MiSeq (paired – end reads). Posteriormente foi feita a montagem dos contigs e a predição dos genes. Realizou-se a anotação gênica com base nos genomas de Coffea arabica, Coffea canephora e Coffea eugenioides, utilizando a ferramenta BLAST. A anotação gênica revelou a presença de genes candidatos relacionados ao mecanismo de resistência de hospedeiros contra patógenos. Foram anotados 991 genes do clone BAC 70-22F. Desses genes, 340 foram anotados com similaridade com o genoma de C. arabica (var. Caturra), 337 com o genoma de C. eugenioides e 314 com o genoma de C. canephora (clone IF 200). Com base na anotação gênica foram selecionadas duas sequências de genes candidatos a receptores like kinases (RLK) e desenhados primers para estudo do perfil de expressão gênica durante a interação Coffea - H. vastatrix. Um possível gene de resistência, LRR receptor-like serine/threonine-protein kinase GSO2, foi descrito e apresentou um perfil de expressão correspondente a uma resposta de resistência pré-haustorial. O outro possível receptor like kinase em estudo, apresentando um domínio LRR, exibiu uma diminuição na expressão gênica pré-haustorial em genótipos incompatíveis. As análises filogenéticas desses genes, bem como os estudos de identidade e similaridade genética da região genômica clonada, demonstraram uma relação mais próxima entre o clone BAC 70-22F e a espécie C. arabica e corroboram com a diversidade genética descrita para o HdT. Os resultados sugerem que a região genômica clonada do HdT CIFC 832/2 possui importantes genes candidatos a resistência do cafeeiro à H. vastatrix e apresentam informações relevantes para ampliar o conhecimento sobre o HdT, podendo contribuir para futuros planejamentos de estratégias de melhoramento do cafeeiro.

Coffee leaf rust, caused by the biotrophic fungus Hemileia vastatrix is the main disease of economic importance of this crop, being responsible for major damages to world coffee. New races of the pathogen have emerged infecting coffee cultivars marketed as resistant to this disease. Thus, due to the high adaptive potential of the fungus, the search for coffee resistant to this disease is a recurrent activity in breeding programs. Studies with the Híbrido de Timor (HdT) have been conducted in research aimed at durable resistance to rust and other coffee diseases. Understanding the nature of enduring resistance in HdT genotypes and describing the genes involved in plant defense is critical to the efficient use of the resources available in this natural hybrid. The use of molecular and bioinformatics tools has shown significant results to increase the knowledge of the genes involved in the Coffea - H. vastatrix pathosystem. Thus, the aim of this study was to sequencing and characterize, through bioinformatics analysis, a region of the Híbrido de Timor CIFC 832/2 genome, which contains markers associated with resistance to H. vastatrix. For this, the sequencing of clone BAC 70-22F containing the functional resistance mark was performed by means of the Illumina MiSeq Platform (paired - end reads). Subsequently, the contigs were assembled and the genes predicted. Genic annotation was performed based on the genomes of Coffea arabica, Coffea canephora and Coffea eugenioides, using the BLAST tool. The gene annotation revealed the presence of candidate genes related to the mechanism of host resistance against pathogens. 991 genes of clone BAC 70-22F were noted. Of these genes, 340 were noted similarly with the C. arabica genome (var. Caturra), 337 with the C. eugenioides genome and 314 with the C. canephora genome (clone IF 200). Based on the gene annotation, two sequences of candidate genes receptor like kinases (RLK) were selected and primers designed to study the gene expression profile during the Coffea - H. vastatrix interaction. A possible resistance gene, receptor-like serine / threonine protein kinase GSR2 LRR, has been described and has an expression profile corresponding to a pre-haustorial resistance response. The other possible receptor like kinase under study, presenting an LRR domain, exhibited a decrease in pre-haustorial gene expression in incompatible genotypes. Phylogenetic analyzes of these genes, as well as genetic identity and similarity studies of the cloned genomic region, demonstrated a closer relationship between clone BAC 70-22F and C. arabica and corroborated the genetic diversity described for HdT. The results suggest that the cloned genomic region of HdT CIFC 832/2 has important candidate genes for resistance to H. vastatrix coffee and presents relevant information to increase knowledge about HdT and may contribute to future planning of coffee breeding strategies.