Caracterização de genes de cafe (coffea sp.) induzidos durante a infestação do bicho mineiro (leucoptera coffeella)

Orientador: Marcelo Menossi Teixeira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia Resumo: O café é um dos principais produtos agrícolas mundiais. O Brasil é um dos maiores países produtores e consumidores de café. Assim sendo, a cafeicultura possui extrema importância econômica em nosso país. Um dos principais fatores que causam prejuízo à lavoura do café é o ataque do bicho mineiro (Leucoptera coffeella), pois Coffea arabica, principal espécie cultivada do café, é suscetível a essa praga. O Instituto Agronômico de Campinas (IAC) empreende um projeto de melhoramento de Coffea arabica, visando a resistência ao bicho mineiro, através de cruzamentos com C. racemosa, espécie naturalmente resistente a L. coffeella.Neste trabalho isolamos genes diferencialmente expressos durante o ataque do bicho mineiro a plantas de uma progênie híbrida derivada de cruzamentos entre Coffea arabica e C. racemosa. Foram construídos macroarranjos de DNA contendo 1536 ESTs de bibliotecas de subtração enriquecidas em genes preferencialmente expressos em plantas resistentes infestadas. Membranas foram hibridadas com sondas de cDNA obtidas a partir de RNA total de folhas suscetíveis e resistentes ao bicho mineiro, em diferentes momentos da infestação (controle não infestado, pósoviposição e pós-eclosão). Após análises estatísticas e clusterização hierárquica, 21 cDNAs induzidos em pelo menos um tratamento foram selecionados como diferencialmente expressos durante a infestação do bicho mineiro. A expressão diferencial de cinco genes (PR-8, CAX9, SPC25, psaH, BEL) foi confirmada através de RNA blot contendo RNA de um segundo experimento de infestação, demonstrando a eficiência dos macroarranjos de DNA na seleção de genes diferencialmente expressos. O padrão de expressão dos cinco genes citados foi verificado em diferentes órgãos do cafeeiro e durante o desenvolvimento do fruto do café. Nossos resultados sugerem que o mecanismo de resistência ao bicho mineiro é derivado de uma maior expressão basal de genes relacionados a defesa em plantas resistentes do que em plantas suscetíveis, e que plantas resistentes possuem um mecanismo de sinalização de defesa disparado pela oviposição de L. coffeella. Dentre os cDNAs selecionados, destacamos SSH101B04, cuja proteína deduzida é similar a inibidores de protease do tipo Kunitz STI (Soybean Trypsin Inhibitor). Devido a sua alta similaridade com proteínas do tipo miraculina, esse gene foi denominado CoMir (Coffea Miraculin). CoMir foi induzido após a oviposição em plantas resistentes, mas não foi induzido após a eclosão da lagarta do minador em plantas resistentes nem em plantas suscetíveis. Através de ensaios de RNA blot foi verificado que CoMir é expresso em folhas, botões florais verdes e brancos e em frutos verdes imaturos. Ensaios de hibridação in situ demonstraram que CoMir é expresso no metaxilema de folhas, de pétalas e do estigma, e no estômio, endotécio, tapete e feixe vascular da antera. Ensaios de localização subcelular demonstraram que a proteína CoMir localizou-se preferencialmente no apoplasma e no citoplasma de células de epiderme de cebola (Allium cepa). Nossos resultados sugerem que CoMir é uma proteína reguladora de proteólise durante o desenvolvimento do café, que é mobilizada para defesa após a oviposição de L. coffeella Abstract: Coffee is one of the most important crops in the world. Brazil is one of the biggest coffee producer and consumer countries. Therefore, coffee plantations have great relevance in our country. One of the main factors that affect coffee plantations is the attack of the coffee leaf miner (Leucoptera coffeella). This is due to the susceptibility of Coffea arabica, the main cultivated species. The Agronomic Institute of Campinas (IAC) develops a Coffea arabica breeding program aiming the resistance to the infestation of coffee leaf miner, using crosses with C. racemosa, a resistant species. In this work, we have isolated differentially expressed genes during L. coffeella attack to plants of a hybrid progenie between C. arabica and C. racemosa. We have produced cDNA arrays containing ESTs from subtracted cDNA libraries enriched in genes preferentially expressed in infested resistant plants. Arrays were probed with samples from susceptible and resistant leaves, in different treatments (control noninfested, after oviposition and after caterpillar eclosion). After statistical analysis and hierarchical clustering, 21 cDNA clones induced in at least one treatment were selected as differentially expressed during coffee leaf miner infestation. The differential expression of five genes (PR-8, CAX9, SPC25, psaH, BEL) was confirmed by RNA blot containing samples from a second infestation experiment, demonstrating the efficiency of DNA arrays in the identification of differentially expressed genes. The expression profile of these five genes was verified in different organs of coffee plants and during coffee fruit development. Our results suggest that the resistance mechanism against coffee leaf miner is derived from a higher basal expression of defense/stress genes in resistant plants, and that resistant plants have a defense signaling mechanism triggered by L. coffeella oviposition. Among the selected cDNAs, we identified SSH101B04, which deduced protein is similar to Kunitz STI (Soybean Trypsin Inhibitor) protease inhibitors. The gene was named CoMir due to its high similarity to miraculin-like proteins. CoMir was induced after oviposition in resistant plants, but it was not induced after larval eclosion in susceptible and resistant plants. RNA-blot experiments showed that CoMir was expressed in leaves, green flower buds, white flower buds and early green fruits. In situ hybridization showed that CoMir is expressed in the metaxylem vessels of leaves, petals and stigma and in the stomium, endothecium and vascular bundles of anthers. Subcellular localization assays demonstrated that CoMir was localized in the apoplasm and citoplasm of onion (Allium cepa) epidermal cells. Our results suggest that CoMir is a protein that regulates proteolysis during coffee development that is mobilized to defense after L. coffeella oviposition Doutorado Genética Vegetal e Melhoramento Doutor em Genética e Biologia Molecular