Etileno e o florescimento de Coffea arabica: identificação in silico e análise da expressão gênica da via de biossíntese e sinalização em resposta ao déficit hídrico, reidratação e ação do 1-Metilciclopropeno | Ethylene and the flowering OF coffea arabica: in silico identification and analysis of gene expression of the biosynthesis pathway and signaling in response to water deficit, rehydration and action of 1-Methylcyclopropene

Brazil is the largest producer and exporter of processed coffee in the world and based on the export volume forecast for 2020, those will continue. One of the most important t points is the coffee crop is the quality of beverage for the final consumer, and one of the most important factor influencing on the classification of the quality cup is the fruit ripening stage at the time of harvest. The degree of ripeness of the fruits is related to the flowering events that, in the coffee tree, can occur many times during the same production cycle. This sequential flowering results from the asynchronous development of the flower buds and is an intrinsic characteristic of coffee species, resulting in the uneven maturation of fruits. Drought periods accompanied by rain or irrigation to synchronize the flowering time of coffee tree have been reported, but the influence of these events on the internal processes that are involved in the induction and floral opening of Coffea arabica are not yet fully understood. It is known that during the water deficit changes at the cellular, molecular level occur to coordinate responses in unfavorable conditions. Plant hormones are involved in the quickly response to biotic and abiotic stresses, and ethylene is one of the plant hormones responsive to water deficit. Therefore, the influence of ethylene on coffee flowering was suggested based on the requirements for the floral buds development in coffee. In this sense, the observation of promoted anthesis by an ethylene action inhibitor was unexpected. 1-Methylcyclopropene (1-MCP) is widely marketed as an ethylene action antagonist, but when used in coffee plants showed a positive regulation of genes in the ethylene biosynthesis enzymes (ACS and ACO) and signaling (ETR4) of this hormone in. It was argued that the increase in ethylene biosynthesis may have raised the hormone levels and this would have regulated the opening time of coffee flowers. However, there is not consistent information on the changes in ethylene metabolism triggered by different water conditions and by 1-MCP. Aiming to increase knowledge about the influence of ethylene on the flowering of Coffea arabica, this study analyzed in silico possible genes orthologists from ACS and ACO, and analyzed the gene expression by RT-qPCR of eleven genes related to the biosynthesis and signaling pathways of ethylene in coffee trees submitted to different water treatments and treated with 1-MCP. The leaf water potential was evaluated during the experimental period, in addition to the quantification of ethylene production in each treatment. Coffea arabica has a small multigene family for the enzymes ACS and ACO. The level of expression of these homologous genes is regulated by the water condition and there is a unique and overlapping expression pattern in different organs. 1-MCP positively regulates the biosynthesis pathway by increasing the ethylene concentration in Coffea arabica leaves, possibly through a feedback mechanism due to the loss of negative feedback. However, 1-MCP suppresses the expression of the CaETR1-like receptor, possibly promoting a fine adjustment in sensitivity to ethylene.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

O cenário da cafeicultura mundial destaca o Brasil como o maior produtor e exportador de café beneficiado, e com base no volume de exportação previsto para o ano de 2020, o país mostra uma tendência de predomínio nesse setor. Um dos pontos relevantes da cultura é a qualidade da bebida, e um fator que apresenta forte influência sobre a classificação da xícara é o estádio de maturação dos frutos no momento da colheita. O grau de maturação dos frutos está relacionado com os eventos de florada que, no cafeeiro, pode ocorrer mais de uma vez no decorrer de um mesmo ciclo produtivo. Esse florescimento sequencial resulta do desenvolvimento assincrônico das gemas e é uma característica intrínseca da espécie, acarretando na maturação desuniforme dos frutos. Períodos secos acompanhados por chuva ou irrigação para sincronizar o florescimento do cafeeiro é relatado há algum tempo, mas a influência desses eventos nos processos internos que estão envolvidos na indução e abertura floral de Coffea arabica ainda não estão totalmente esclarecidos. Sabe-se que durante o déficit hídrico alterações em nível celular, molecular e de sistema ocorrem para coordenar respostas rápidas em condições desfavoráveis. Os hormônios integram o grupo de moléculas capazes de responder rapidamente a tensões bióticas e abióticas, e o etileno integra o grupo de hormônios responsivos ao déficit hídrico. Portanto, a influência do etileno no florescimento do cafeeiro foi sugerida baseado nas exigências para o desenvolvimento das gemas florais nessa espécie. Nesse sentido, a observação de antese promovida por um inibidor de ação do etileno foi inesperada. O 1-Metilciclopropeno (1-MCP) é amplamente comercializado como um potente antagonista da ação do etileno, mas regulou positivamente os genes das enzimas de biossíntese (ACS e ACO) e sinalização (ETR4) desse hormônio em Coffea arabica. Foi argumentado que o aumento na biossíntese do etileno pode ter elevado os níveis do hormônio e isso teria regulado o tempo de abertura das flores de café. No entanto, não existem informações consistentes sobre as modificações ocorridas no metabolismo do etileno desencadeada por diferentes condições hídricas e pelo 1-MCP. Visando ampliar o conhecimento sobre a influência do etileno no florescimento de Coffea arabica, esse estudo analisou in silico possíveis ortólogos da ACS e ACO, e analisou a expressão gênica por RT-qPCR de onze genes relacionados com as vias de biossíntese e sinalização do etileno em cafeeiros submetidos a diferentes tratamentos hídricos e pulverizados com 1-MCP. O potencial hídrico foliar foi avaliado durante o período experimental, além da quantificação da produção de etileno em cada tratamento. Coffea arabica possui uma pequena família multigênica para as enzimas ACS e ACO. O nível de expressão desses genes homólogos é regulado pela condição hídrica e existe um padrão de expressão único e sobreposto em diferentes órgãos. O 1-MCP regula positivamente a via de biossíntese elevando a concentração de etileno em folhas de Coffea arabica, possivelmente por um mecanismo de retroalimentação pela perda do feedback negativo. Entretanto, o 1-MCP reprime a expressão do receptor CaETR1-like, possivelmente promovendo um fino ajuste na sensibilidade ao etileno.