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Integrated phenotypic, metabolic, and proteomic profiling to elucidate productivity and quality of C. Arabica cultivars from Cerrado Mineiro

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Universidade Federal de Lavras

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Instituto de Ciências Naturais (ICN)

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Programa de Pós-Graduação

Programa de Pós-Graduação em Botânica Aplicada

Agência de fomento

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior- (CAPES)
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)

Tipo de impacto

Tecnológico

Áreas Temáticas da Extenção

Meio ambiente
Tecnologia e produção

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

ODS 2: Fome zero e agricultura sustentável

Dados abertos

Resumo

O Brasil é o maior exportador mundial de café arábica, com Minas Gerais respondendo por mais da metade da produção nacional. No Estado, a região do Cerrado Mineiro é reconhecida pela produção de cafés especiais, sendo a primeira região brasileira a obter denominação de origem. Por essa razão, avaliações periódicas em campo são essenciais para verificar o desempenho de cultivares Coffea arabica L. que apresentem resiliência e mantenham padrão constante de qualidade da bebida. Para a realização desse estudo foram coletadas amostras de folhas de cinco cultivares C. arabica cultivadas em dois locais experimentais distintos na região do Cerrado Mineiro. Essas cultivares foram selecionadas com base em suas características de produtividade, qualidade de bebida e resistência à ferrugem do cafeeiro e a nematoides. O material foi submetido a uma análise abrangente, incluindo análises anatômicas, determinação de área foliar específica, potencial hídrico foliar e índices espectrais, além da quantificação de amido e proteínas totais. Também foram realizadas análises metabolômicas não direcionadas, proteômicas e de atividade enzimática (especialmente invertases). Foram levantados dados de clima e características de solo, altitude e regime hídrico dos locais experimentais, assim como as características agronômicas das cultivares: qualidade de bebida e produtividade média. Para analisar esse conjunto de dados complexo, foi aplicada uma combinação de métodos estatísticos, incluindo análises univariadas e algoritmos de aprendizado de máquina, para extrair informações significativas sobre o desenvolvimento do campo de cultivares. As cultivares analisadas apresentaram maiores variações no metaboloma e proteoma do que na anatomia foliar. Apesar das semelhanças climáticas entre os locais experimentais, as variáveis ambientais e o estado hídrico das folhas no momento da coleta influenciaram mais o metabolismo das plantas. A análise do metaboloma e do proteoma permitiu identificar vias metabólicas relacionadas ao estresse, especialmente nas cultivares Catiguá MG2 e Paraíso 2. A cultivar Paraíso 2 inclusive demonstrou maior estabilidade agronômica, mantendo alta produtividade e qualidade da bebida nos dois locais de avaliação. A pesquisa contribui para o entendimento da aclimatação de cultivares de café em campo, orientando estratégias de manejo e melhoramento para aumentar a produtividade, a qualidade da bebida e a resiliência frente aos desafios climáticos futuros.

Abstract

Brazil is the world's largest exporter of arabica coffee, with the State of Minas Gerais accounting for more than half of the national production. Within the state, the Cerrado Mineiro region is renowned for specialty coffee production and was the first Brazilian region to receive a designation of origin. For this reason, periodic field evaluations are essential to assess the performance of Coffea arabica L. cultivars that exhibit resilience and maintain consistent cup quality standards. In this study, leaf samples from five C. arabica cultivars were collected from two experimental sites within the Cerrado Mineiro region. These cultivars were selected based on their productivity, cup quality, and resistance to coffee leaf rust and nematodes. The material underwent comprehensive analysis, including anatomical analysis, specific leaf area, leaf water potential, and spectral indices determination and quantification of starch and total proteins. In addition, untargeted metabolomic, proteomic, and enzymatic activity analyses (particularly invertases) were performed. Climate data, soil characteristics, altitude, water regime, and agronomic traits of the cultivars (cup quality and mean productivity) were also retrieved. To analyze this complex dataset, a combination of statistical methods was applied, including univariate analyses and machine learning algorithms, to extract meaningful insights into the field performance of the cultivars. The analyzed cultivars showed higher metabolome and proteome profile variation than in leaf anatomy. Despite similar climatic conditions at the experimental sites, environmental variables and the leaf water status at the sampling time had more influence on plant metabolism. Metabolomic and proteomic analyses revealed stress- related metabolic pathways, particularly in the Catiguá MG2 and Paraíso 2 cultivars. Notably, Paraíso 2 demonstrated higher agronomic stability, maintaining high productivity and cup quality in both environments. This research enhances the understanding of coffee cultivar acclimation in field conditions, guiding management and breeding strategies to improve productivity, beverage quality, and resilience to future climate challenges.

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Arquivo retido, a pedido da autora, até maio de 2026.

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CARRÉRA, Jéfyne Campos. Perfil fenotípico, metabólico e proteômico integrado para elucidar a produtividade e a qualidade das Cultivares de C.Arabica do Cerrado Mineiro. 200 p.(Mestrado em Botânica Aplicada) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2025.

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