Physiological response of Conilon coffee clone sensitive to drought grafted onto tolerant rootstock

O objetivo deste trabalho foi determinar alterações fisiológicas e de tolerância à seca em clones de café Conilon (Coffea canephora) contrastantes quanto à sensibilidade ao deficit hídrico. Foram avaliadas as enxertias recíprocas entre os clones 109A, sensível ao deficit hídrico, e 120, tolerante – 120/109A, 120/120, 109A/120, 109A/109A –, além de seus respectivos pés-francos. As plantas foram cultivadas em vasos de 12 L em casa de vegetação. Após seis meses, metade das plantas foi submetida ao deficit hídrico por meio da suspensão da irrigação, até que as folhas atingissem o potencial hídrico de antemanhã de -3,0 MPa. Quando o clone 120 foi usado como porta-enxerto, as plantas apresentaram sistema radicular mais profundo, mas com menor massa, retardaram por mais tempo a desidratação celular das folhas e apresentaram maior eficiência no uso da água. Sob seca severa, os teores de amido e sacarose decresceram em todos os tratamentos, enquanto os teores de glicose, frutose, aminoácidos totais e prolina aumentaram, particularmente nos tratamentos 109A pé-franco, 109A/109A e 120/109A. Essas plantas apresentaram menor eficiência no uso da água. O acúmulo de solutos não foi associado à tolerância à seca. O uso de porta-enxertos tolerantes à seca contribui para a maior tolerância das plantas ao deficit hídrico.The objective of this work was to determine alterations in physiology and those due to drought tolerance on Conilon coffee (Coffea canephora) contrasting clones regarding the sensitivity to hydric stress. The reciprocal grafting between clones 109A, drought sensitive, and 120, drought tolerant, – 120/109A, 120/120, 109A/120, 109A/109A – along with their ungrafted control plants (109A and 120) were evaluated. Plants were cultivated in 12-L vases in greenhouse. Six months after grafting, half of the plants was subjected to water deficit, by suspending irrigation until leaves reached the hydric potential of -3,0 MPa. When clone 120 was used as rootstock, plants presented deeper roots, although with lower root-biomass, higher ability to postpone leaf dehydration and higher instantaneous water-use efficiency (WUE). Under severe drought, starch and sucrose contents decreased similarly, regardless of the treatment, whereas leaf concentrations of glucose, fructose, total amino acids and proline were higher in non-grafted 109A, 109A/109A, and 120/109A plants. These plants showed the lowest WUE values. Solute accumulation was not primarily related to drought tolerance. The use of drought tolerant rootstocks improves to drought tolerance in coffee

Differential proteomics of Coffea canephora clones upon water deficit conditions

A tolerância à seca é o resultado de numerosas características anatômicas, morfológicas e fisiológicas, de natureza constitutiva ou indutiva. Vários mecanismos são responsáveis pela tolerância, e salienta-se a necessidade de que sejam identificados genes e seus produtos que estejam envolvidos nas diferentes respostas que conferem tolerância à seca em café. Este trabalho teve como objetivos verificar a resposta adaptativa de clones de Coffea canephora ao déficit hídrico além de identificar proteínas responsivas a esse estresse . Mudas dos clones 120 (genótipo tolerante à seca) e 109A (genótipo sensível à seca) foram cultivadas em vasos de 12 L e o déficit hídrico foi alcançado suspendendo a irrigação até que as plantas atingissem um potencial hídrico de antemanhã (ψam) de -3,0 MPa. A redução do potencial hídrico (ψam) nas plantas que foram submetidas ao déficit hídrico foi acompanhada de reduções nas taxas de assimilação líquida do carbono (A) e da condutância estomática (gs). Foi observado um aumento mais pronunciado no extravasamento de eletrólitos assim como na atividade de enzimas antioxidantes no clone sensível ao déficit hídrico (109A). Para as análises de proteoma, foram adaptados protocolos de extração de proteínas de folha e raiz de café, compatíveis com a eletroforese em gel bidimensional e a identificação de proteínas por espectrometria de massa. Os protocolos adaptados mostraram-se eficientes na retirada de contaminantes não protéicos, em especial polifenóis na extração de proteína de folhas e polissacarídeos na extração de proteínas de raiz. Os géis obtidos mostraram-se reprodutíveis e ausentes de arrastes, apresentando os spots individualizados. Os dados de proteoma indicam que um dos mecanismos de aclimatação ao estresse hídrico usado por Coffea canephora seria a fotorrespiração. Os resultados obtidos indicam a existência de mecanismos de adaptação a um possível dano oxidativo, como o aumento na expressão de alguns chaperones moleculares e de algumas proteínas dos fotossistemas, e a maior expressão de algumas isoformas da subunidade maior da Rubisco. A atividade destas proteínas poderia contribuir para a manutenção do papel antioxidativo da fotorrespiração. Por outro lado, somente no clone tolerante, sob déficit hídrico, foi observada a maior acumulação de uma NADPH-quinona redutase e a manutenção da abundância da glutamina sintase. Estes resultados sugerem que a primeira enzima pode ter importante papel no mecanismo antioxidativo associado à tolerância à seca neste clone e a segunda enzima um importe papel da manutenção da assimilação da amônia e da fotorrespiração nestas condições.Drought tolerance can result from numerous anatomical, morphological and physiological characteristics that can be from constitutive or inductive nature. Several mechanisms are responsible for the tolerance, and it is pointed out the need that genes and their products involved in the different responses that confer coffee drought tolerance. The aim of this work was the verification of the adaptative responses of Coffea canephora clones to drought stress and identify proteins responsive to that stress. Plants of the clones 120 (drought tolerant genotype) and 109A (drought sensitive genotype) were cultivated in vases of 12 L and water deficit was reached by suspending the irrigation until the plants reached 3.0 MPa predawn hydric potential (ψam). The reduction in the ψam in the plants upon drought stress was accompanied by reductions in liquid carbon assimilation (A) and in estomatical aperture (gs). A more pronounced increase was observed in electrolytes leakage as well as in the activity of antioxidant enzymes in the sensitive genotype (109A) upon water stress. For proteome analysis, we adapted a protocol for coffee leaf and root protein extraction, which was compatible with two-dimensional gel electrophoresis and protein identification by mass spectrometry. The adapted protocols were efficient in the retreat of non proteic polyfenol contaminants from leaf protein extracts and polysacaridies from root proteins. The processed 2D gels were reproducible, presenting individualized spots, without drags. The proteome data indicated that one of the mechanisms of drought stress acclimatization presented by Coffea canephora would be photorespiration. The obtained results indicated the existence of adaptation mechanisms to a possible damage oxidativo, as the increase in the expression of molecular chaperones and proteins from the photosystems, as well as the increased expression of isoforms of the largest Rubisco subunity. The activiy of these proteins can contribute to the maintenance of the antioxidative role of photorespiration. In contrast, only in the tolerant clone under drough stress, the accumulation of a NADPH-quinona redutase was increase and glutamine sinthase were unaltered. These results suggest that the first enzyme could have important role in the antioxidative mechanism associated to the drought tolerance presented by this clone, and the second enzyme would be associated to the maintenance of the assimilation of the ammonium and of the photorespiration in these conditions.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Resposta fisiológica de clone de café Conilon sensível à deficiência hídrica enxertado em porta-enxerto tolerante Physiological response of Conilon coffee clone sensitive to drought grafted onto tolerant rootstock

O objetivo deste trabalho foi determinar alterações fisiológicas e de tolerância à seca em clones de café Conilon (Coffea canephora) contrastantes quanto à sensibilidade ao deficit hídrico. Foram avaliadas as enxertias recíprocas entre os clones 109A, sensível ao deficit hídrico, e 120, tolerante - 120/109A, 120/120, 109A/120, 109A/109A -, além de seus respectivos pés-francos. As plantas foram cultivadas em vasos de 12 L em casa de vegetação. Após seis meses, metade das plantas foi submetida ao deficit hídrico por meio da suspensão da irrigação, até que as folhas atingissem o potencial hídrico de antemanhã de -3,0 MPa. Quando o clone 120 foi usado como porta-enxerto, as plantas apresentaram sistema radicular mais profundo, mas com menor massa, retardaram por mais tempo a desidratação celular das folhas e apresentaram maior eficiência no uso da água. Sob seca severa, os teores de amido e sacarose decresceram em todos os tratamentos, enquanto os teores de glicose, frutose, aminoácidos totais e prolina aumentaram, particularmente nos tratamentos 109A pé-franco, 109A/109A e 120/109A. Essas plantas apresentaram menor eficiência no uso da água. O acúmulo de solutos não foi associado à tolerância à seca. O uso de porta-enxertos tolerantes à seca contribui para a maior tolerância das plantas ao deficit hídrico.<br>The objective of this work was to determine alterations in physiology and those due to drought tolerance on Conilon coffee (Coffea canephora) contrasting clones regarding the sensitivity to hydric stress. The reciprocal grafting between clones 109A, drought sensitive, and 120, drought tolerant, - 120/109A, 120/120, 109A/120, 109A/109A - along with their ungrafted control plants (109A and 120) were evaluated. Plants were cultivated in 12-L vases in greenhouse. Six months after grafting, half of the plants was subjected to water deficit, by suspending irrigation until leaves reached the hydric potential of -3,0 MPa. When clone 120 was used as rootstock, plants presented deeper roots, although with lower root-biomass, higher ability to postpone leaf dehydration and higher instantaneous water-use efficiency (WUE). Under severe drought, starch and sucrose contents decreased similarly, regardless of the treatment, whereas leaf concentrations of glucose, fructose, total amino acids and proline were higher in non-grafted 109A, 109A/109A, and 120/109A plants. These plants showed the lowest WUE values. Solute accumulation was not primarily related to drought tolerance. The use of drought tolerant rootstocks improves to drought tolerance in coffee