Transcriptoma de Cafetos (Coffea arabica L.) cultivados en el Perú como respuesta a la elevación de la temperatura del aire

Abstract

El café, el principal producto agrícola de exportación tradicional del Perú, está amenazado por los efectos que se preveé ocasione el cambio climático, porque su calidad organoléptica y productividad dependen de las condiciones ambientales. Sin embargo, la forma de como se realiza la respuesta genética a las temperaturas elevadas es aun desconocida. En tal sentido, la presente tesis tuvo como objetivo analizar el efecto de la elevación de la temperatura del aire sobre el transcriptoma de dos accesiones de cafetos (Coffea arabica) del fundo Santa Teresa de Villa Rica – Perú. Para lo cual se ha realizado el análisis de la expresión génica diferencial. Primero, a través, del análisis de diversidad genética y estructura poblacional mediante marcadores moleculares SRAPs y microsatélites, se establecieron las diferencias genómicas y se determinaron las accesiones de cafetos a analizar. Luego mediante análisis RTqPCR se establecieron dos genes (HSF30 con sus dos variantes XM_027209958.1 y XM_027228927.1; y el HSFA6b) como marcadores de respuesta de la expresión genética frente a la elevada temperatura del aire, los que permitieron determinar que la condición de 45ºC por 90 minutos es la óptima para el análisis transcripcional. En el análisis de la expresión génica diferencial mediante RNAseq, utilizando la plataforma Illumina para la secuenciación, se estableció que el número de genes diferencialmente expresados fueron 721 y 696 para las accesiones BorA y Cat, respectivamente (LFD > 10 y s-value < 0.01), de los cuales, 118 genes sobrexpresados y 95 subexpresados son compartidos por ambas accesiones. Finalmente, se observó que las familias de los genes HSP20 y HSP70, y de las variantes del factor de transcripción HSFA2 fueron las de mayor expresión para ambas accesiones, las cuales estarían expresándose como respuesta al estrés elevadas temperaturas del aire y relacionadas a la termotolerancia adquirida.

Coffee is the principal traditional agricultural export product of Peru, however, this crop is being threatened by the effects of climate change, because its organoleptic quality and productivity are strongly dependent on environmental conditions such as the air temperature. In this sense, the goal of the thesis was to analyze the response to the air temperatura elevation in two genotypes of a Coffea arabica Peruvian collection from Santa Teresa estate of Villa Rica - Peru by transcriptome analysis. Firstly, the genomic differences between the accessions of the germplasm collection of the Santa Teresa estate, located in Villa Rica, were established by genetic diversity and population structure analysis using molecular markers SRAPs and microsatellites. This analysis identified six genomic groups of C. arabica in the collection. Then, two heat stress-related marker genes (the HSF30 gene with two variants XM_027209958.1 and XM_027228927.1, and the HSFA6b gene) were found by RTqPCR analysis and analyzed to establish the optimal time to perform the transcriptional analysis: 45ºC for 90 minutes. Finally, the differential analysis of whole gene expression was performed in two genomically different accessions by RNAseq, using Illumina platform. In this analysis, 721 and 696 genes (LFD> 10 and s value <0.01) were differentially expressed in BorA and Cat accessions, respectively. Furthermore, 118 overexpressed and 95 underexpressed genes were shared by both accessions. Likewise, the gene families HSP20 and HSP70, and the gene variants of transcriptional factor HSFA2 were the highest expressed in both accessions upon heat stress. This would suggest that these genes might be involved in acquired thermotolerance.