Modelagem do metabolismo do café durante a infecção por Hemileia vastatrix em plantas susceptíveis e resistentes

Abstract

O Brasil é o país com a maior produção e exportação de café e as espécies mais cultivadas mundialmente são o Coffea arabica e o Coffea canephora. A doença do cafeeiro de maior relevância no cenário mundial é a ferrugem alaranjada, causada pelo fungo biotrófico Hemileia vastatrix. O principal sintoma é o aparecimento de manchas amareladas na parte abaxial das folhas e, em condições climáticas favoráveis, as perdas na lavoura podem chegar a 50% da produção. O cultivar Híbrido de Timor CIFC 832/2 tem sido uma importante fonte de genes de resistência para os programas de melhoramento. Entretanto, o alto potencial adaptativo do fungo e a própria pressão seletiva causada pela utilização de cultivares resistentes vem culminando no surgimento de diversas raças fisiológicas do fungo capazes de suplantar a resistência obtida através dos métodos clássicos de melhoramento. Uma nova abordagem no estudo da relação parasito-hospedeiro é a integração de dados de genômica e outras ômicas para a construção de um modelo metabólico. Através da análise de balanço do fluxo (FBA) é possível simular o papel de cada gene na célula auxiliando na compreensão da interação entre o cafeeiro e o fungo. Com isto, o presente trabalho propôs a construção de um modelo metabólico baseado no genoma seguido da análise de FBA para cultivares resistente e susceptível após a infecção por H. vastatrix. Os dados de transcriptomica foram integrados ao modelo original gerando modelos contexto- específicos. Essas análises indicaram um acúmulo de glicerol-3-fosfato (G3P) no Hibrido de Timor CIFC 832/2 sugerindo que o metabolismo primário contribui para a resistência do cafeeiro, uma vez que a participação deste metabólito na resposta imune adquirida de plantas já foi demonstrada.

Brazil is the country with the largest production and export of coffee and the most cultivated species worldwide are Coffea arabica and Coffea canephora. The major coffee disease in the world is the Coffee Leaf Rust, caused by the biotrophic fungus Hemileia vastatrix. The main symptom is the appearance of yellow spots on the abaxial part of the leaves and, under favorable climatic conditions; crop losses can reach 50% of production. The Híbrido de Timor CIFC 832/2 has been an important source of resistance genes for breeding programs, however, the high adaptive potential of the fungus and the selective pressure caused by the use of resistant cultivars has culminated in the appearance of several rust races capable of overcoming the resistance obtained through classical breeding methods. A new approach in the study of the host-parasite relationship is the integration of genomic and other omic data for the construction of a metabolic model. Through flux balance analysis (FBA) it is possible to simulate the role of each gene in the cell, contributing to understand the interaction between coffee and fungus. With this, the present work proposed the construction of a genome-scale metabolic model followed by FBA analysis for resistant and susceptible cultivars after H. vastatrix infection. Transcriptomic data were integrated into the original model generating context- specific models. These analyzes indicated an accumulation of glycerol-3- phosphate (G3P) in the Híbrido de Timor CIFC 832/2 suggesting that the primary metabolism contributes to coffee resistance, since the participation of this metabolite in the systemic acquired resistance of plants has already been demonstrated.