Morpho-anatomical leaf and morphological floral traits in Coffea spp. genotypes

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dc.contributor.advisor1Partelli, Fabio Luiz
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000288300846
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/6730543200776161
dc.contributor.authorSilva, Laricia Olária Emerick
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000000166382513
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/1283324381169032
dc.contributor.referee1Senra, João Felipe de Brites
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0001-7915-2821
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2268398576674753
dc.contributor.referee2Ribeiro, Ana Isabel Faria
dc.contributor.referee3Semedo, José Manuel Ferreira Nobre
dc.date.accessioned2024-05-30T01:42:33Z
dc.date.available2024-05-30T01:42:33Z
dc.date.issued2023-07-31
dc.description.abstractCoffee farming plays a crucial role in the global economy and society by promoting direct and indirect employment. Coffee breeding programs have been dedicated to developing cultivars capable of overcoming various challenges in coffee production. In this regard, the phenotypic characterization of individuals within a population is essential for selecting individuals with desirable traits. The objective of this work was to investigate morpho-anatomical leaf and morphological floral traits in Coffea spp. and explore the genetic and environmental effects on these traits. To attain this objective, this work consists of three chapters. In the first chapter, the objective was to evaluate the potential of leaf anatomical traits, along with agronomic traits, for studying genetic variability in genotypes of two registered cultivars of C. canephora. Eight agronomic traits and seven leaf anatomic traits were evaluated in ten genotypes of C. canephora. Significant differences among the genotypes were observed for 13 out of the 15 traits (P < 0.05). These results evidenced the heterogeneity among the studied cultivars. Leaf anatomic traits showed the highest variations compared to agronomic traits. Five out of the seven leaf anatomical traits presented heritability values higher than 80%, with emphasis on stomatal density (95.69%) and stomatal pore length (92.72%). Cluster analysis used the Mahalanobis general distance (D2 ) as a measure of genetic dissimilarity and divided the genotypes into two distinct groups. The inclusion of leaf anatomic traits to characterize C. canephora genotypes may assist plant breeders with better genetic discrimination and with greater security in plant selection when composing cultivars. In the second chapter, the objective was to study morphological floral traits of four genotypes of C. canephora and one of C. arabica cultivated at two different altitudes (36 and 1100 m.a.s.l.). The experiment comprised coffee plantations of both species at two altitudes (and their different climatic conditions), cultivated under in full sun exposure management. The number of petals and stamens varied between five and six in C. canephora, but the number of petals and stamens was always five in C. arabica. At two altitudes, Beira Rio 8 (C. canephora) genotype stood out for presenting the highest averages for all size traits related to corolla, and stigmatic lobes. The variability in floral morphology among C. canephora genotypes was not greater at high- than at low-altitude. Overall, flower size of all studied C. canephora and C. arabica genotypes was larger at low- than at high-altitude, but the stigmatic lobes length and the ratio between stigmatic lobe length and style length and partly the ratio between anther length and stamen length were greater at high-altitude. C. arabica flowers were smaller and mostly irresponsive to altitude, in contrast with C. canephora flowers. Conducting studies on morphological traits of flowers at a greater number of altitudes can provide better insights into the potential use of these traits in viii studies of adaptability and stability of Coffea spp. genotypes to different environmental conditions, and thus contribute to genetic breeding efforts to achieve resilience of coffee cultivation in the current scenarios of climate change. In the third chapter, the objective was to identify key morphological floral traits to optimize studies of phenotypic variability and thus save time in the process of developing new cultivars. Nine floral traits were measured in 760 flowers. It was proven that the flower phenology can be used to differentiate Coffea spp. genotypes. Some C. canephora genotypes showed the largest floral structures (Beira Rio 8, Guarani, 8R, and Clementino), while the genotypes with the smallest floral structures were genotypes belonging to the same species (Z8, Verdim D, Ouro Negro 1, Tardio C, NV8, Ouro Negro 2, Bamburral, LB1, and Peneirão). Among the nine evaluated floral traits, the five - petal length, anther length, stamen length, style length, and stigmatic lobe length - were strongly correlated with the traits of the greatest weight for data variability. The correlated traits had little contribution to the data variability, permitting that their exclusion had not compromised the inference of morphological flower variability in Coffea spp. genotypes. This suggested that studies aiming at differing the Coffea spp. genotypes based on floral structures may consider the four studied traits, tube length, tube diameter, corolla diameter, and the number of floral appendages (petals or stamens). The reduction of nine to these four traits can optimize time and efficiency in data collection. In the future works, the association of selected flower morphological traits with traits related to Coffea spp. production could additionally move ahead the process of coffee breeding programs.
dc.description.resumoA cafeicultura desempenha um papel importante na economia global e na sociedade em geral pela promoção de empregos diretos e indiretos. Programas de melhoramento genético de café tem se dedicado a desenvolver cultivares capazes de contornar os mais diversos desafios da cafeicultura. Neste sentido, a caracterização fenotípica dos indivíduos que constituem uma população é essencial para selecionar os indivíduos com características desejáveis. O objetivo deste trabalho foi estudar caracteres morfo-anatômicos foliares e morfológicos florais em Coffea spp. e investigar os efeitos genotípicos e ambientais atuantes sobre esses caracteres. Para atingir esse objetivo, este trabalho reúne três capítulos. No primeiro capítulo buscou-se avaliar o potencial de caracteres anatômicos foliares, juntamente com caracteres agronômicos, para estudo da variabilidade genética em genótipos de duas cultivares registradas de C. canephora. Foram avaliados oito caracteres agronômicos e sete anatômicos foliares em dez genótipos de C. canephora. Diferenças significativas entre os genótipos foram observadas para 13 dos 15 caracteres (P < 0,05). Esses resultados evidenciaram a heterogeneidade entre as cultivares estudadas. Os caracteres anatômicos foliares apresentaram as maiores variações no que os caracteres agronômicos. Cinco, dentre os sete caracteres anatômicos foliares, apresentaram herdabilidade superior a 80% com destaque para a densidade estomática (95,69%) e comprimento do poro estomático (92,72%). A análise de agrupamento, considerando a distância de Mahalanobis como medida de dissimilaridade (D²), apontou a distinção de dois grupos de genótipos. A inclusão de caracteres anatômicos foliares na caracterização de genótipos de C. canephora pode auxiliar os melhoristas de plantas na melhor discriminação entre genótipos e maior segurança na seleção de genótipos para geração de novas cultivares. No segundo capítulo o objetivo foi estudar caracteres morfológicos florais de quatro genótipos de C. canephora e um de C. arabica cultivados em duas altitudes distintas (36 e 1100 metros). Para isso, o experimento compreendeu lavouras de café de ambas as espécies em duas altitudes (e suas diferentes condições climáticas), cultivadas sob manejo a pleno sol. O número de pétalas e estames variou entre cinco e seis em C. canephora, mas o número de pétalas e estames foi sempre cinco em C. arabica. Nas duas altitudes, o genótipo Beira Rio 8 (C. canephora) se destacou por apresentar as maiores médias para todas as características de tamanho relacionadas à corola e lóbulos estigmáticos. A variabilidade na morfologia floral entre os genótipos de C. canephora não foi maior em alta-altitude do que em baixa-altitude. No geral, o tamanho da flor de todos os genótipos de C. canephora e C. arabica estudados foi maior em baixa-altitude do que em alta-altitude, mas o comprimento dos lóbulos estigmáticos e a razão entre o comprimento do lóbulo estigmático e o comprimento do estilete e, em parte, a razão entre o x comprimento da antera e o estame comprimento foram maiores em alta-altitude. As flores de C. arabica eram menores e, em sua maioria, insensíveis à altitude, em contraste com as flores de C. canephora. A realização de estudos sobre características morfológicas de flores em um número maior de altitudes pode fornecer melhores informações sobre o potencial uso dessas características em estudos de adaptabilidade e estabilidade de genótipos de Coffea spp. às diferentes condições ambientais, e assim contribuir com os esforços de melhoramento genético para alcançar a resiliência da cafeicultura nos atuais cenários de mudanças climáticas. No terceiro capítulo o objetivo foi identificar caracteres morfológicos florais chave para otimizar estudos de variabilidade fenotípica e assim economizar tempo no processo de desenvolvimento de novas cultivares. Um total de 36 genótipos de C. canephora e os dois de C. arabica foram estudados. Nove caracteres florais foram medidos em 760 flores. Foi comprovado que a fenologia da flor pode ser utilizada para diferenciar genótipos de Coffea spp. Alguns genótipos de C. canephora apresentaram as maiores estruturas florais (Beira Rio 8, Guarani, 8R e Clementino), enquanto os genótipos com as menores estruturas florais foram genótipos pertencentes à mesma espécie (Z8, Verdim D, Ouro Negro 1, Tardio C, NV8, Ouro Negro 2, Bamburral, LB1 e Peneirão). Dentre os nove caracteres florais avaliados, os cinco - comprimento da pétala, comprimento da antera, comprimento do estame, comprimento do estilete e comprimento do lóbulo estigmático - foram fortemente correlacionados com as características de maior peso para a variabilidade dos dados. Os caracteres correlacionados pouco contribuíram para a variabilidade dos dados, permitindo que sua exclusão não tenha comprometido a inferência da variabilidade morfológica das flores em genótipos de Coffea spp. Isso sugere que estudos visando diferenciar genótipos de Coffea spp. baseados em estruturas florais podem considerar os quatro caracteres estudados, comprimento do tubo, diâmetro do tubo, diâmetro da corola e o número de apêndices florais (pétalas ou estames). A redução de nove para esses quatro caracteres pode otimizar tempo e eficiência na coleta de dados. Em trabalhos futuros, a associação de caracteres morfológicos florais selecionados com caracteres relacionados a produção de Coffea spp. poderia, adicionalmente, avançar no processo de programas de melhoramento do café.
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17152
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Genética e Melhoramento
dc.publisher.departmentCentro de Ciências Agrárias e Engenharias
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento
dc.rightsopen access
dc.subjectAltitude
dc.subjectCafé arábica
dc.subjectCafé conilon
dc.subjectCaracteres florais
dc.subjectEstômatos
dc.subjectVariabilidade fenotípica
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqMelhoramento Vegetal
dc.titleMorpho-anatomical leaf and morphological floral traits in Coffea spp. genotypes
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis
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