Genótipos seminais de matrizes antigas de Coffea canephora do sul do Espírito Santo: qualidade da bebida, diversidade genética, estrutura populacional e associação genômica ampla

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dc.contributor.advisor-co1Ferreira, Marcia Flores da Silva
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/ 0000-0003-1541-6634
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5719813884063445
dc.contributor.advisor-co2Azevedo, Camila Ferreira
dc.contributor.advisor-co2IDhttps://orcid.org/0000-0003-0438-5123
dc.contributor.advisor-co2Latteshttp://lattes.cnpq.br/
dc.contributor.advisor1Ferreira, Adésio
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/ 0000-0002-7000-1725
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5400370038397801
dc.contributor.authorSilva, Matheus Alves
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-4992-9588
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/4612290307365842
dc.contributor.referee1Ferreira, Marcia Flores da Silva
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0003-1541-6634
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5719813884063445
dc.contributor.referee2Fontes, Milene Miranda Praça
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-7738-9518
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/1372644511398549
dc.contributor.referee3Oliveira, Eder Jorge de
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0001-8992-7459
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/3533844615312370
dc.contributor.referee4Cecon, Paulo Roberto
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0001-8213-0199
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/4525265173613927
dc.contributor.referee5Alexandre, Rodrigo Sobreira
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0002-5248-6773
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/5340049196888351
dc.date.accessioned2025-09-04T21:36:01Z
dc.date.available2025-09-04T21:36:01Z
dc.date.issued2025-02-18
dc.description.abstractConilon coffee (Coffea canephora Pierre ex A. Froehner) was introduced to southern Espírito Santo in the early 20th century. Since the 1990s, old plantations have been renewed with clonal varieties, potentially reducing the genetic base. Thus, characterizing and preserving historical germplasm is critical, as it represents a potential source of genetic variability for breeding programs. This study aimed to evaluate seed-propagated genotypes of C. canephora derived from selected parent plants of old plantations in southern Espírito Santo, focusing on three aspects: (i) sensory attributes, final scores, and sensory profiles; (ii) genetic diversity and population structure; (iii) genome-wide association study (GWAS) for beverage quality traits. The experiment was established in April 2018 in Mimoso do Sul (ES), using Federer’s augmented block design with 1,940 plants distributed into 388 half sibling families and five commercial clones as controls. Beverage quality was assessed in 172 genotypes over two production years (2022 and 2023). For genetic diversity and population structure analysis, 649 genotypes (447 from the experiment and 202 provided by other institutions, including Conilon, Robusta, and morphological intermediates) were evaluated using single nucleotide polymorphism (SNP) markers generated by DArTseq™. GWAS included 370 experimental genotypes. All genotypes achieved a "Fine" classification (mean score: 81.92; range: 80.81–84.08). Attributes such as uniformity and clean cup received maximum scores, indicating defect-free profiles. Genotype clustering resulted in 11 groups, with commercial clones distributed across two clusters. Forty-eight sensory profiles were identified within the flavor wheel, along with 25 additional profiles not represented in the wheel, with varying predominance. Significant correlations were observed between sensory attributes/profiles and final scores. For genetic diversity and population structure, six clusters and K = 3 ancestral groups were identified using 1,654 SNPs. Cluster 1 (523 genotypes) comprised most seed-propagated genotypes from old plantations and commercial varieties. Cluster 4, containing intermediate genotypes, exhibited high heterozygosity (0.37) and negative FIS (-0.73), suggesting outbreeding. High FST values (0.80 and 0.71) indicated strong genetic divergence between cluster 1 (predominantly Conilon) and clusters 5–6 (mostly Robusta), composed of distinct ancestral groups. GWAS identified 246 significantly associated SNPs: 68 for final score, 40 for fragrance/aroma, 34 for flavor, 19 for aftertaste, 21 for acidity/saltiness, 11 for mouthfeel, 22 for balance, 15 for bitterness/sweetness, and 16 for overall quality. Of these, 148 SNPs were located on chromosomes 1–11, with 83 situated in gene sequences. Putative gene functions were annotated, and some markers were associated with multiple traits. Collectively, the results underscore the potential of southern Espírito Santo’s remnant germplasm for C. canephora breeding programs, combining superior sensory quality with genetic diversity. These genotypes are strategic resources for germplasm banks, safeguarding diversity against future challenges. The identified chromosomal regions enable marker-assisted selection for key beverage traits, optimizing the development of elite cultivars through precise genomic tools.
dc.description.resumoO Conilon (Coffea canephora Pierre ex A. Froehner) foi introduzido no sul do Espírito Santo no início do século XX. A partir dos anos 1990, lavouras antigas foram renovadas com clones, o que pode reduzir a base genética. Por isso, o germoplasma antigo deve ser caracterizado e preservado, pois constitui fonte potencial de variabilidade genética para melhoramento. Neste trabalho, objetivou-se avaliar genótipos de C. canephora provenientes de propagação seminal, originados de matrizes selecionadas de lavouras antigas do sul do Espírito Santo relacionados a três aspectos principais: (i) atributos sensoriais, pontuação final e perfis sensoriais; (ii) diversidade genética e estrutura populacional; (iii) estudo de associação genômica ampla (GWAS) para características da qualidade da bebida. O experimento foi instalado em abril de 2018 em Mimoso do Sul (ES), com um delineamento de blocos aumentados de Federer, envolvendo 1.940 plantas distribuídas em 388 famílias de meios-irmãos, e cinco clones comerciais como controle. A qualidade da bebida foi avaliada em 172 genótipos em dois anos de produção (2022 e 2023). Para a análise da diversidade genética e estrutura populacional, foram analisados 649 (447 do experimento e 202 cedidos por outras instituições, que incluíram Conilon, Robusta e intermediários morfológicos) foram avaliados por meio de marcadores de polimorfismo de nucleotídeo único (SNPs) revelados por DArTseq™. O GWAS incluiu 370 genótipos do experimento. Todos os genótipos atingiram classificação "Finos" (pontuação média: 81,92; variação: 80,81–84,08). Os atributos uniformidade e xícara limpa receberam pontuação máxima, indicando ausência de defeitos. O agrupamento dos genótipos resultou em 11 clusters, com os clones comerciais distribuídos em dois deles. Foram identificados 48 perfis sensoriais na roda de sabores, além de 25 perfis não presentes na roda, com alguns mais predominantes que outros. Correlações significativas foram encontradas entre os atributos e perfis sensoriais e a pontuação final. Quanto à diversidade genética e estrutura populacional, seis clusters e K = 3 grupos ancestrais foram observados utilizando 1.654 SNPs. O cluster 1, com 523 genótipos, abrangeu a maior porção dos genótipos de propagação seminal de matrizes de lavouras antigas e comerciais. O cluster 4, que incluiu genótipos intermediários, destacou-se pela alta heterozigosidade observada (0,37) e FIS negativo (-0,73), indicando exogamia. Altos valores de FST (0,80 e 0,71) indicaram forte divergência genética entre o cluster 1 (predominantemente Conilon) e os clusters 5-6 (majoritariamente Robusta), e são compostos por grupos ancestrais distintos No GWAS, foram identificados 246 SNPs com associações significativas: 68 para pontuação final, 40 para fragrância/aroma, 34 para sabor, 19 para sabor residual, 21 para acidez/salinidade, 11 para sensação na boca, 22 para balanço, 15 para amargor/doçura e 16 para geral. Dos 246 SNPs, 148 estão localizados nos cromossomos 1 a 11, com 83 situados em sequências de genes. As funções putativas dos genes candidatos foram identificadas, e alguns marcadores estão associados a mais de uma característica. Coletivamente, os resultados destacam o potencial do germoplasma remanescente do sul do Espírito Santo para programas de melhoramento de C. canephora, combinando qualidade sensorial superior e variabilidade genética. Esses genótipos são recursos estratégicos para bancos de germoplasma, garantindo diversidade frente a desafios futuros. As regiões cromossômicas identificadas permitem selecionar marcadores associados a características-chave da bebida, otimizando o desenvolvimento de cultivares de alto padrão com ferramentas genômicas precisas
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Espírito Santo (FAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20329
dc.languagepor
dc.language.isopt
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.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectCafé
dc.subjectAvaliação sensorial
dc.subjectMelhoramento genético
dc.subjectCoffee
dc.subjectSensory evaluation
dc.subjectGenetic improvement
dc.subject.cnpqMelhoramento Vegetal
dc.titleGenótipos seminais de matrizes antigas de Coffea canephora do sul do Espírito Santo: qualidade da bebida, diversidade genética, estrutura populacional e associação genômica ampla
dc.title.alternativeSeminal genotypes from old parent plants of Coffea canephora in southern Espírito Santo: beverage quality, genetic diversity, population structure, and genome-wide association study
dc.typedoctoralThesis
foaf.mboxemail@ufes.br
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