Fatores de transcrição da família ERF em coffea arabica : identificação e avaliação transcricional em estresses abióticos

Os fatores de transcrição ethylene response factor (ERF) desempenham importante papel no desenvolvimento e na expressão dos genes que regulam a resposta de defesa em plantas. Sendo assim, o objetivo desse estudo foi identificar os fatores de transcrição ERFs presentes no banco de dados de ESTs em Co...

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Access type:openAccess
Publication Date:2011
Main Author: Silvia Graciele Hülse de Souza
Advisor: Valéria Carpentieri-Pípolo .
Referee: Douglas Silva Domingues, Laurival A. Vilas Bôas, Luiz Gonzaga Esteves Vieira, Ricardo de Tadeu Faria
Document type: Doctoral thesis
Language:por
Published: Universidade Estadual de Londrina. Centro de Ciencias Agrarias. Programa de Pós-Graduação em Agronomia.
Online Access:http://www.bibliotecadigital.uel.br/document/?code=vtls000169526
Portuguese abstract:Os fatores de transcrição ethylene response factor (ERF) desempenham importante papel no desenvolvimento e na expressão dos genes que regulam a resposta de defesa em plantas. Sendo assim, o objetivo desse estudo foi identificar os fatores de transcrição ERFs presentes no banco de dados de ESTs em Coffea arabica e avaliar a atividade transcricional de 13 ERFs no cafeeiro, sob diversas condições de estresses abióticos. Para isso, foram realizadas buscas dentro do banco de dados do Projeto Genoma Café para a identificação e caracterização dos fatores de transcrição ERFs. Foram identificados 36 ERFs em Coffea arabica com o domínio completo AP2/ERF. A identificação dos domínios AP2/ERF foram conservados entre C. arabica e Arabidopsis. A análise in silico do perfil de expressão gênica mostrou que níveis elevados de expressão foram observados em bibliotecas derivadas de tecidos de frutos, folhas, flores e em bibliotecas submetidas à estresse hídrico. A partir da análise in silico, 13 ERFs pertencentes a oito grupos da família ERF foram selecionados e as análises de expressão sob estresses hídrico, salino e térmico foram realizadas. No que se refere ao estresse hídrico foi observado que, através da análise do perfil transcricional dentro da subfamília DREB, CaERF01 teve um aumento transcricional acentuado em plantas submetidas a déficit hídrico severo, enquanto que atividade transcricional de CaERF09 decresceu durante o mesmo estresse. Dentro da subfamília ERF, em todos os CaERFs, o máximo acúmulo de transcritos ocorreu no déficit hídrico severo. Foi também possivel observar que os grupos VIII e IX apresentaram padrões distintos de expressão no estresse hídrico. No estresse salino, dentre os membros da subfamília DREB, o máximo acúmulo de transcritos ocorreu seis dias após o início do estresse para CaERF01 e CaERF09. Dentre os membros da subfamília ERF, os genes CaERF30 e CaERF22 apresentaram o máximo acúmulo de transcritos 2 e 4 dias após o início do tratamento, respectivamene. Em CaERF19 e CaERF29, foi observado um aumento da atividade transcricional no sexto dia de estresse. Entretanto, para os genes CaERF27 e CaERF31 o padrão de transcrição se manteve alto em plantas com 12 dias de estresse salino. Durante o estresse térmico, dentro da subfamília DREB, nos genes CaERF01 e CaERF06 o acúmulo de transcritos se deu de forma gradual no início do estresse, atingindo o máximo cinco dias após o início tratamento. Dentro os membros da família ERF, os genes CaERF30 e CaERF31 apresentaram acentuado acúmulo no quinto dia de tratamento. A expressão do gene CaERF19 também foi analisada por q-PCR durante os estresses térmico, salino e hídrico, onde foi observada a indução da expressão nos três estresses. A indução da expressão da família ERF, em resposta a mais de um estresse, sugere que existe uma resposta cruzada (crosstalk) entre as diferentes vias de sinalização dos diferentes estresses. Os dados gerados neste trabalho fornecem subsídios para selecionar o melhores candidatos para futuras análises funcionais da família ERF em C. arabica, os quais ajudarão a compreender os determinantes genéticos da tolerância aos estresses abióticos, o que constitui um passo importante nos programas de melhoramento genético do cafeeiro.
English abstract:ERF (ethylene response factors) transcription factors play an important role in plant development and on the gene expression that regulate the plant defense response. Therefore, the objective of this study was to identify the Coffea arabica ERF transcription factors and evaluate the transcriptional activity of 13 ERFs coffee trees, under three abiotic stresses conditions. Searches were performed within the data bank of the Brazilian Coffee Genome Project for the identification and characterization of ERFs transcription factors. In this study, 36 ERFs that contained a complete AP2/ERF domain were identified in C. arabica. The identification of the AP2/ERF conserved domains was conserved between C. arabica and Arabidopsis. The in silico analysis of gene expression profile have shown that high levels of expression were observed in fruits, leaves and flowers and on libraries subjected to waters stresses. Starting from the in silico analysis, 13 ERFs belonging to eight different groups of the ERF family were selected to transcriptional evaluation under drought, saline, and heat stresses. Concerning the drought stress it was observed that when plants were subjected to severe hydric deficit the gene CaERF01 had an intense transcriptional increase while the transcriptional activity of the gene CaERF09 had a decrease during that same stress. Within the DREB subfamily, in all CaERFs, the maximum accumulation of transcripts occurred during severe hydric deficit. It was also possible to observe that the groups VIII and IX presented distinct expression patterns under water stress. Under saline stress, among the members of the DREB subfamily, the maximum accumulation of transcripts occurred six days after the beginning of the stress for the genes CaERF01 and CaERF09. Among the members of the ERF family, the genes CaERF30 and CaERF22 presented the maximum accumulation of transcripts two and four days after the beginning of treatment, respectively. For the CaERF19 and CaERF29 genes, the increase on the transcriptional activity was observed at the sixth day of the stress. For the CaERF27 and CaERF31, however, the transcription pattern remained high in plants with 12 days under saline stress. During heat stress, DREB subfamily, the upregulation occurred gradually at the beginning of the stress for the genes CaERF01 and CaERF06, reaching its maximum five days after starting the treatment. Within the members of the family ERF, CaERF30 and CaERF31 presented marked accumulation of transcripts at the fifth day after treatment. The expression of the gene CaERF19 was also analyzed by q-PCR during the water, saline and heat stresses, and the induction of expression was observed under the three stresses. The upregulation transcriptional of the ERF family, in response to more than one stress, suggests that there is a crosstalk response among distinct signalization pathways of the different stresses. This work provide support in selecting candidates for future functional analyses in the C. arabica ERF family and will help in the understanding of the genetic determinants of the tolerance to abiotic stresses, which constitutes an important step in coffee breeding programs.