Análise do transcriptoma e da expressão gênica de importantes fases de desenvolvimento da broca do café (Hypothenemus hampei) e avaliação de potenciais genes alvos aplicados ao seu controle

Abstract

A produção de café (Coffea spp.) possui uma importância crucial na economia mundial estimada em cerca de US$ 173 bilhões por ano. Neste cenário, o Brasil segue como o maior produtor de café, com colheita de 60 milhões de sacas/ano. Um dos principais desafios para os produtores é o manejo da broca-do-café (CBB), Hypothenemus hampei, que é o principal inseto praga das plantações em todo o mundo. Várias estratégias de controle, incluindo o uso de agentes de controle biológico, inseticidas microbianos e uma variedade de práticas de saneamento pós-colheita, têm sido usadas para diminuir os danos causados por esse inseto em todos os países produtores que são afetados. Devido ao comportamento endofítico da broca do café, os atuais métodos de manejo aplicados são considerados ineficientes. Alternativas biotecnológicas, como RNA interferente (RNAi), têm sido propostas nos últimos anos para controlar os danos causados por pragas nas plantações. No entanto, uma compreensão completa da genética dessas pragas é indispensável para o sucesso da aplicação de tecnologias emergentes. Neste trabalho, foi utilizada a tecnologia RNA-seq para obter a sequência do transcritoma de três estágios de desenvolvimento da broca do café (larvas, fêmeas e machos), o que contribuiu para aumentar a compreensão das características moleculares do ciclo de vida do inseto. O sequenciamento foi executado usando uma plataforma Illumina, e um conjunto de dados foi gerado através da metodologia de novo. Análises de expressão diferencial foram realizadas para comparar os perfis de expressão nos estágios de desenvolvimento. A montagem final produziu mais de 50.000 transcritos agrupados em aproximadamente 29.000 unigenes, dos quais 4.664 transcritos foram diferencialmente expressos. Dentre os potenciais alvos biotecnológicos, foram identificados genes relacionados com processos fisiológicos fundamentais do inseto, como determinação sexual, funções quimiossensoriais, detoxificação, metabolismo de celulose, transporte de moléculas, proteínas cuticulares e enzimas envolvidas no metabolismo de quitina, entre outros. Além disso, alguns desses genes relacionados a funções cruciais demonstraram forte regulação entre as fases reprodutiva e não reprodutiva da broca-do-café. Da mesma forma, elementos transponíveis parecem ser induzidos nos machos. Juntos, esses dados sugerem o papel importante de vários genes como elementos reguladores no desenvolvimento desse inseto, podendo ser alvo de estratégias biotecnológicas de controle da broca do café.

Coffee (Coffea spp.) production is a widespread industry estimated to be worth approximately US$173 billion. In this context, Brazil continues to be the largest coffee producer, with a harvest of 60 million sacs/year. One of the main challenges for coffee producers is the management of the coffee berry borer (CBB), Hypothenemus hampei, which is the primary arthropod pest of coffee plantations worldwide. Several control strategies, including the use of biological control agents, microbial insecticides and a variety of post-harvest sanitation practices, have been used to reduce the damage caused by this insect in all producing countries that are affected. Current control strategies have been proved inefficient, due to the endophytic behavior of the CBB. Biotechnological alternatives, including RNA interference (RNAi) have been proposed in recent years to control insect pests. However, better understanding about genetics of the target pests is indispensable for the successful application of emerging technologies. In this work, the RNA-seq technology was used to obtain the transcriptome of three developmental stages of the CBB (larva, female and male), which contributes to increase the understanding about molecular features of the CBB life cycle. Transcriptome was sequenced using Illumina and assembled De novo. Differential expression analysis was performed between the developmental stages. The final assembly produced more than 50,000 transcripts grouped into 29,434 unigenes of which 4,664 transcripts were differentially expressed. Among the potential target genes, genes related to insect fundamental physiological processes, such as sex determination, chemosensory functions, detoxification, cellulose metabolism, transport of molecules, cuticular proteins and enzymes involved in the metabolism of chitin were identified. Besides that, genes related to crucial physiological functions such as digestion and detoxification were identified to be strongly regulated between the reproductive and non-reproductive phases of the CBB. Notably, transposable element-related proteins (TEs) and reproductive organ-related proteins were mainly up-regulated in males. Together, all data suggest the important roles of several genes as regulatory elements in the CBB's development.