Efeito conjunto da alta concentração atmosférica de CO2, déficit hídrico nas respostas transcricionais e na concentração de metabólitos em Coffea arabica L.

O aumento da concentração atmosférica de dióxido de carbono (CO₂), principal gás responsável pelo efeito estufa adicional, tem ocorrido de forma acelerada, sendo frequentemente acompanhado por alterações no regime hídrico e elevação das temperaturas médias. Tais mudanças impactam diretamente processos fisiológicos das plantas, como as trocas gasosas, a fotossíntese e o seu metabolismo, especialmente em culturas sensíveis ao estresse, como o cafeeiro (Coffea arabica L.). Considerando a importância econômica e social da cafeicultura no Brasil, torna-se fundamental compreender como a elevação da [CO₂] atmosférico, isoladamente e em combinação com o déficit hídrico, influencia a fisiologia, bioquímica e expressão gênica do cafeeiro. Neste contexto, este trabalho teve por objetivo avaliar os efeitos da alta concentração atmosférica de CO₂ (~800 ppm) combinada ao déficit hídrico em mudas de Coffea arabica var. Catuaí Vermelho IAC 144, por meio de abordagens integradas. O experimento foi conduzido em câmaras de topo aberto (OTCs), nas quais as plantas foram submetidas a déficit hídrico moderado e severo, seguido de período de reidratação, associado a concentrações de CO2 ambiente e elevado. Foram avaliados parâmetros ecofisiológicos (fotossíntese, condutância estomática, transpiração, Ψfoliar e fluorescência da clorofila a), além da quantificação de diterpenos (caveol e cafetsol) e polióis (mio-inositol, galactinol e glicerol), bem como análises de transcritos via RNA-seq. Os resultados demonstraram que a elevação de [CO₂]atm promoveu aumento nas taxas fotossintéticas e na eficiência no uso da água em plantas regadas. Sob déficit hídrico moderado, o CO₂ elevado atenuou os efeitos negativos do estresse sobre a fotossíntese, mantendo maior assimilação de carbono e integridade fotoquímica do fotossistema II. Entretanto, em seca severa, os benefícios do CO₂ elevado foram limitados por restrições estomáticas e bioquímicas. A reidratação permitiu recuperação parcial dos parâmetros fisiológicos, com destaque para as plantas expostas a eCO₂. Bioquimicamente, observou-se maior acúmulo decafestol um diterpeno, sob estresse, sugerindo seu papel na tolerância ao estresse hídrico. A análise de expressão gênica indicou a regulação positiva de genes ligados à fotossíntese, transporte de solutos e rotas antioxidantes, principalmente sob eCO₂WD. Dessa forma, os dados indicam que o ↑[CO₂]atm pode modular positivamente a resposta do cafeeiro ao déficit hídrico, mas sua eficácia depende da intensidade do estresse hídrico. A integração das respostas fisiológicas, bioquímicas e moleculares contribui para a compreensão da plasticidade adaptativa da espécie frente às mudanças climáticas.

Resumo (inglês)

The increase in atmospheric carbon dioxide (CO₂) concentrations, the main gas responsible for the additional greenhouse effect, has been occurring rapidly, often accompanied by changes in water regimes and rising average temperatures. These changes directly impact plant physiological processes, such as gas exchange, photosynthesis, and metabolism, especially in stress-sensitive crops such as coffee (Coffea arabica L.). Considering the economic and social importance of coffee farming in Brazil, it is essential to understand how elevated atmospheric [CO₂], alone and in combination with water deficit, influences coffee physiology, biochemistry, and gene expression. In this context, this study aimed to evaluate the effects of high atmospheric CO₂ concentrations (~800 ppm) combined with water deficit on Coffea arabica var. Catuaí Vermelho IAC 144 seedlings, using integrated approaches. The experiment was conducted in open-top chambers (OTCs), in which plants were subjected to moderate and severe water deficits, followed by a rehydration period, associated with ambient and elevated CO2 concentrations. Ecophysiological parameters (photosynthesis, stomatal conductance, transpiration, leaf Ψ, and chlorophyll a fluorescence) were evaluated, in addition to the quantification of diterpenes (caveol and cafetsol) and polyols (myo-inositol, galactinol, and glycerol), as well as transcript analysis via RNA-seq. The results demonstrated that elevated [CO₂]atm promoted increased photosynthetic rates and water use efficiency in irrigated plants. Under moderate water deficit, elevated CO₂ attenuated the negative effects of stress on photosynthesis, maintaining greater carbon assimilation and the photochemical integrity of photosystem II. However, under severe drought, the benefits of elevated CO₂ were limited by stomatal and biochemical constraints. Rehydration allowed partial recovery of physiological parameters, particularly in plants exposed to eCO₂. Biochemically, greater accumulation of cafestol, a diterpene, was observed under stress, suggesting its role in water stress tolerance. Gene expression analysis indicated upregulation of genes linked to photosynthesis, solute transport, and antioxidant pathways, particularly under eCO₂WD. Thus, the data indicate that ↑[CO₂]atm can positively modulate the coffee plant's response to water deficit, but its effectiveness depends on the intensity of the water stress. Integrating physiological, biochemical, and molecular responses contributes to understanding the species' adaptive plasticity in the face of climate change.

Palavras-chave

Mudanças climáticas, Metabolismo secundário, Café, Climate change, Secondary metabolism

Idioma

Português

Citação

ARAUJO, Ingrid Cristina Silva. Efeito conjunto da alta concentração atmosférica de CO2, déficit hídrico nas respostas transcricionais e na concentração de metabólitos em Coffea arabica L. 2025. Tese (Doutorado em Biologia Vegetal) – Instituto de Biociências, Universidade Estadual Paulista (UNESP), Rio Claro, 2025.