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dc.creatorPinto, Renan Terassi-
dc.date.accessioned2020-09-09T12:24:51Z-
dc.date.available2020-09-09T12:24:51Z-
dc.date.issued2020-09-09-
dc.date.submitted2020-08-20-
dc.identifier.citationPINTO, R. T. Genomic analyses of caffeine metabolism and perspectives for gene editing on Coffea canéfora. 2020. 101 p. Tese (Doutorado em Biotecnologia Vegetal) – Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufla.br/jspui/handle/1/42948-
dc.description.abstractHumans cultivate arboreal plants for food production and industrial raw material since the early days of our society. This co-evolutionary process led to the relationship we have today with the tree crops, but the domestication course is hard to track for these species due to frequent hybridization events and the tendency of clonal propagation performed by farmers to preserve the selected phenotypes and, for modern agriculture using arboreal plants, the biggest challenge is breeding. The longer juvenile phase of these plants impairs crossing-related activities, which in turns is the basis for gene introgressions, development of segregating populations for uncovering genetic basis of traits, construction of genetic maps, among others. In face of the climate changes and resources scarcity forecast, it is important to improve the ways of tailoring tree crops and one alternative is using gene editing technology for rational molecular design. Among these arboreal plants, coffee tree is one of the most explored crops, as coffee is worldwide appreciated. Due to the upper mentioned forecast, a diploid species and generally more adapted to higher temperatures and drought like C. canephora could be the focus of coffee breeding programs to sustain coffee production chain. An interesting perspective to this end should consider, initially, using CRISPR-Cas-based gene editing to modify biochemical characteristics associated with coffee beverage quality and surpass self-incompatibility on C. canephora. Among the aspects which influences metabolite accumulation, is the membrane transporters activity and here we identified 1,847 potentially transporter-coding genes through a comprehensive genomic strategy and pointed some of them as possibly related to diterpenes, chlorogenic acids and alkaloid accumulation by gene co-expression analyses using all the public transcriptomic data for coffee. This inventory is the first of its kind constructed for coffee as well as for any tree species. One determinant substance for coffee consumption and for the plant development is caffeine but, despite its importance, little is known about the genetic bases of its accumulation on cells or the regulation of its synthesis. By using field grown C. canephora plants, we performed caffeine quantification on two leaf development stages as well as six points of fruit maturation. We identified putative membrane transporters and transcription factor genes co-expressed with caffeine synthesis-related ones using public RNA-seq data and analyzed its gene expression through RT-qPCR on these caffeine content-contrasting samples. Due to its potential involvement on caffeine transport and synthesis regulation, some identified genes should be further explored and a vector for CRISPR-mediated gene editing was already developed. The analyses performed here help on expanding the knowledge on genetics of caffeine accumulation in coffee and this might be part of the basis for varied rational molecular design strategies, which are essential for preparing agriculture for the challenges we expect to come.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Lavraspt_BR
dc.subjectCRISPR-Cas9pt_BR
dc.subjectTransportadores de membranapt_BR
dc.subjectMelhoramento vegetalpt_BR
dc.subjectCafé - Melhoramento genéticopt_BR
dc.subjectMembrane transporterpt_BR
dc.subjectPlant breedingpt_BR
dc.subjectCoffee - Genetic improvementpt_BR
dc.titleGenomic analyses of caffeine metabolism and perspectives for gene editing on Coffea canephorapt_BR
dc.title.alternativeGenomic analyses of caffeine metabolism and perspectives for gene editing on Coffea canephorapt_BR
dc.typetesept_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetalpt_BR
dc.publisher.initialsUFLApt_BR
dc.publisher.countrybrasilpt_BR
dc.contributor.advisor1Paiva, Luciano Vilela-
dc.contributor.advisor-co1Benedito, Vagner Augusto-
dc.contributor.referee1Andrade, Alan Carvalho-
dc.contributor.referee2Maluf, Mirian Peres-
dc.contributor.referee3Oliveira, Raphael Ricon de-
dc.description.resumoHumanos cultivam plantas arbóreas para produção de alimentos e matérias-primas industriais desde os primeiros dias da nossa sociedade. Esse processo co-evolucionário culminou na atual relação com as plantas lenhosas cultivadas, porém o processo de domesticação destas espécies é difícil de mapear devido à frequencia dos eventos de hibridização e à tendência de utilização da propagação clonal para preservar fenótipos selecionados. Para a utilização destas espécies na agricultura moderna, o maior desafio é desenvolver programas melhoramento. A fase juvenil extensa dificulta a introgressão de genes, o desenvolvimento de populações segregantes para identificação de bases genéticas de caracteres, construção de mapas genéticos, dentre outros aspectos. Em decorrência das previsões de mudanças climáticas e escassez de recursos, é importante aprimorar a adaptabilidade destas plantas e, dentre as alternativas para este fim, destaca-se a utilização de edição genética. O café, produto do cultivo de espécies lenhosas do gênero Coffea, é mundialmente consumido e uma espécie diplóide, de forma geral, mais adptada à altas temperaturas e escasses de água como C. canephora pode ser o foco de programas de melhoramento genético para manutenção desta cadeia produtiva. Uma perspectiva interessante para este fim deveria considerar a utilização de edição gênica via CRISPR-Cas9 para a modificação de características bioquímicas associadas à qualidade da bebida e para superar a auto-incompatibilidade em C. canephora. A atividade de transportadores de membrana (TM) está entre os aspectos que influenciam o acúmulo de metabólitos e, neste trabalho, foram identificados 1.847 genes que potencialmente codificam estas proteínas por meio de uma estratégia genômica e alguns foram destacados como possilvemente relacionados ao acúmulo de diterpenos, ácidos clorogênicos e alcalóides por meio de análises de co-expressão gênica utilizando dados transcriptômicos públicos. Este é o primeiro inventório de proteínas de membrana desenvolvido para o cafeeiro, bem como para qualquer espécie arbórea. Uma das substâncias determinantes tanto para o consumo de café quanto para o desenvolvimento da planta é a cafeína porém, apesar dessa importância, há pouco conhecimento sobre as bases genéticas para seu acúmulo nas células bem como sobre a regulação de sua síntese. Utilizando plantas em campo, a concentração de cafeína foi avaliada em folhas de dois estágios de desenvolvimento e em frutos de diferentes graus de maturação. Foram identificados possíveis genes codificantes de TM e de fatores de transcrição co-expressos com genes relacionados à síntese de cafeína, utilizando dados de RNA-seq públicos, e sua expressão gênica foi avaliada via RT-qPCR nas amostras contrastantes em termos de teor de cafeína. Devido ao potencial envolvimento no transporte de cafeína e na regulação da síntese, alguns genes identificados podem ser futuramente explorados e um vetor para edição gênica via CRISPR-Cas9 já foi desenvolvido. As análises executadas neste trabalho auxiliam na expansão do conhecimento genético relacionado ao acúmulo de cafeína no cafeeiro e podem compor estratégias de design molecular racional, essenciais para aprimorar a agricultura frente aos desafios previstos.pt_BR
dc.publisher.departmentNão especifica vinculação com nenhum departamentopt_BR
dc.subject.cnpqMelhoramento Vegetalpt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/8362778488551569pt_BR
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