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Abstract(s)
Coffee leaf rust is a devastating disease caused by Hemileia vastatrix Berkeley & Broome, leading to huge losses in coffee production. Hemileia vastatrix is an obligate biotrophic pathogen from the Pucciniales family, with the urediniosporic life cycle as the only one known in field. Coffee plant breeding strategies have increasingly become a viable alternative for mitigating coffee rust, although the adaptative capacity of the fungus have been overcoming the duration of the coffee restistant genotipes. There are over 55 races/pathotypes of Hemileia vastatrix, therefore it is of great importance to comprehend how genetic variation is promoted, as well as the regulator mechanisms of the differentiated pathogen virulence profiles. Retrotransposons are associated with genome structural variations and gene expression regulation in plant pathogens. These features may be associated to their capacity to rapidly evolve virulence. In this work, the genome size estimation and the genetic variability, concerning nucleotide sequence and copy number, of three selected retrotransposons (R190, R1057 and R2407), as well as the relative expression profiles along the course of the infection process, were investigated among Hemileia vastatrix contrasting pathotypes to assess their putative association with virulence profiles. The measured genome size (789 Mbp) and its intraspecific variation (166 Mbp) suggests a strong genomic dynamic of expansion/contraction episodes. Moreover, the analysis of the retrotransposons DNA sequences and the construction of median-joining haplotype networks revealed a high level of polymorphism and divergence, both between isolates and within the same isolate. The apparent remarkable activity and mutational rate of the retrotransposons studied may represent a determining mechanism for the generation of genetic diversity in a supposedly asexual pathogen such as H. vastatrix. Moreover, the qPCR analysis of two compatible interactions (Hv1427; race II [v5] and Hv70; race XXIV [v2,4,5]), throughout the infection process (compatible interaction with Coffea arabica var. Caturra 19/1 [SH5] and H152/3 [SH2,4,5], respectively).
A ferrugem do cafeeiro é uma doença devastadora causada por Hemileia vastatrix Berkeley & Broome, levando a enormes perdas na produção de café. Hemileia vastatrix é um patógeno biotrófico obrigatório da família Pucciniales, sendo o ciclo de vida urediniospórico o único conhecido em campo. As estratégias de melhoramento do cafeeiro têm-se tornado cada vez mais uma alternativa viável para mitigar a ferrugem do cafeeiro, embora a capacidade adaptativa do fungo venha superando a durabilidade dos genótipos resistentes de cafeeiro. Existem mais de 55 raças/patótipos de Hemileia vastatrix, portanto é de grande importância compreender como a variação genética é promovida, bem como os mecanismos reguladores dos perfis diferenciados de virulência do patógeno. Os retrotransposões estão associados a variações estruturais do genoma e à regulação da expressão génica em agentes patogénicos de plantas. Estas caraterísticas podem estar associadas à sua capacidade de evoluir rapidamente em virulência. Neste trabalho, a estimativa do tamanho do genoma e a variabilidade genética, no que diz respeito à sequência de nucleótidos e ao número de cópias, de três retrotransposões selecionados (R190, R1057 e R2407), bem como os perfis de expressão relativa ao longo do processo de infeção, foram investigados entre patótipos contrastantes de Hemileia vastatrix para avaliar a sua associação putativa com perfis de virulência. O tamanho do genoma medido (789 Mbp) e a sua variação intra-específica (166 Mbp) sugerem uma forte dinâmica genómica dos episódios de expansão/contração. Além disso, a análise das sequências de DNA dos retrotransposões e a construção de redes de haplótipos de junção mediana revelaram um elevado nível de polimorfismo e divergência, tanto entre isolados como dentro do mesmo isolado. A atividade aparentemente notável e a taxa de mutação dos retrotransposões estudados podem representar um mecanismo determinante para a geração de diversidade genética num agente patogénico supostamente assexuado como H. vastatrix. Além disso, a análise de qPCR de duas interações compatíveis (Hv1427; raça II [v5] e Hv70; raça XXIV [v2,4,5]), ao longo do processo de infeção (interação compatível com Coffea arabica var. Caturra 19/1 [SH5] e H152/3 [SH2,4,5], respetivamente).
A ferrugem do cafeeiro é uma doença devastadora causada por Hemileia vastatrix Berkeley & Broome, levando a enormes perdas na produção de café. Hemileia vastatrix é um patógeno biotrófico obrigatório da família Pucciniales, sendo o ciclo de vida urediniospórico o único conhecido em campo. As estratégias de melhoramento do cafeeiro têm-se tornado cada vez mais uma alternativa viável para mitigar a ferrugem do cafeeiro, embora a capacidade adaptativa do fungo venha superando a durabilidade dos genótipos resistentes de cafeeiro. Existem mais de 55 raças/patótipos de Hemileia vastatrix, portanto é de grande importância compreender como a variação genética é promovida, bem como os mecanismos reguladores dos perfis diferenciados de virulência do patógeno. Os retrotransposões estão associados a variações estruturais do genoma e à regulação da expressão génica em agentes patogénicos de plantas. Estas caraterísticas podem estar associadas à sua capacidade de evoluir rapidamente em virulência. Neste trabalho, a estimativa do tamanho do genoma e a variabilidade genética, no que diz respeito à sequência de nucleótidos e ao número de cópias, de três retrotransposões selecionados (R190, R1057 e R2407), bem como os perfis de expressão relativa ao longo do processo de infeção, foram investigados entre patótipos contrastantes de Hemileia vastatrix para avaliar a sua associação putativa com perfis de virulência. O tamanho do genoma medido (789 Mbp) e a sua variação intra-específica (166 Mbp) sugerem uma forte dinâmica genómica dos episódios de expansão/contração. Além disso, a análise das sequências de DNA dos retrotransposões e a construção de redes de haplótipos de junção mediana revelaram um elevado nível de polimorfismo e divergência, tanto entre isolados como dentro do mesmo isolado. A atividade aparentemente notável e a taxa de mutação dos retrotransposões estudados podem representar um mecanismo determinante para a geração de diversidade genética num agente patogénico supostamente assexuado como H. vastatrix. Além disso, a análise de qPCR de duas interações compatíveis (Hv1427; raça II [v5] e Hv70; raça XXIV [v2,4,5]), ao longo do processo de infeção (interação compatível com Coffea arabica var. Caturra 19/1 [SH5] e H152/3 [SH2,4,5], respetivamente).
Description
Mestrado em Biologia dos Recursos Vegetais / Instituto Superior de Agronomia, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa
Keywords
coffee plant orange rust genetic variability transposable elements expression profiles cafeeiro ferrugem alaranjada variabilidade genética elementos transponíveis perfis de expressão
Pedagogical Context
Citation
Laureano, A.M.R. Potential effect of retrotransposons as determinant factors in the genetic variability and virulence of Hemileia vastatrix. Lisboa: ISA, 2024, 90 p. Dissertação de Mestrado
Publisher
Instituto Superior de Agronomia, Universidade de Lisboa