Brazilian Journal of Plant Physiology, Volume: 18, Issue: 1, Published: 2006
  • Metabolism of alkaloids in coffee plants Minireview

    Ashihara, Hiroshi

    Abstract in Portuguese:

    Sementes de café possuem dois tipos de alcalóides, cafeína e trigonelina, como principais componentes. Esta revisão descreve a distribuição e metabolismo desses compostos. Cafeína é sintetizada a partir da xantosina derivada de nucleotídeos purínicos. A principal rota biossintética é xantosina -> 7-metilxantosina -> 7-metilxantina -> teobromina -> cafeína. A atividade de degradação de cafeína em café é muito baixa, mas o catabolismo de teofilina está sempre presente. Teofilina é convertida a xantina, que entra na via convencional de degradação de purinas. Um recente desenvolvimento na pesquisa com cafeína é a clonagem de genes de N-metiltransferases e a caracterização de proteínas recombinantes desses genes. Possíveis aplicações biotecnológicas são discutidas brevemente. Trigonelina (ácido N-metilnicotínico) é sintetizada a partir de ácido nicotínico derivado de nucleotídeos de nicotinamida adenina. Atividade de nicotinato N-metiltransferase (trigonelina sintase) foi detectada em plantas de café, mas a purificação desta enzima ou a clonagem dos genes desta N-metiltransferase ainda não foi relatada na literatura. A atividade de degradação de trigonelina em café é extremamente baixa.

    Abstract in English:

    Coffee beans contain two types of alkaloids, caffeine and trigonelline, as major components. This review describes the distribution and metabolism of these compounds. Caffeine is synthesised from xanthosine derived from purine nucleotides. The major biosynthetic route is xanthosine -> 7-methylxanthosine -> 7-methylxanthine -> theobromine -> caffeine. Degradation activity of caffeine in coffee plants is very low, but catabolism of theophylline is always present. Theophylline is converted to xanthine, and then enters the conventional purine degradation pathway. A recent development in caffeine research is the successful cloning of genes of N-methyltransferases and characterization of recombinant proteins of these genes. Possible biotechnological applications are discussed briefly. Trigonelline (N-methylnicotinic acid) is synthesised from nicotinic acid derived from nicotinamide adenine nucleotides. Nicotinate N-methyltransferase (trigonelline synthase) activity was detected in coffee plants, but purification of this enzyme or cloning of the genes of this N-methyltransferase has not yet been reported. The degradation activity of trigonelline in coffee plants is extremely low.
  • Aspects of nitrogen metabolism in coffee plants Minireview

    Carelli, Maria Luiza Carvalho; Fahl, Joel Irineu; Ramalho, José D. Cochicho

    Abstract in Portuguese:

    Plantas de café demandam grandes quantidades de N. Apesar da importância da nutrição nitrogenada para o desenvolvimento, aclimatação e produtividade de plantas de café, são poucos os trabalhos sobre o metabolismo de N nesta espécie. A intensão desta revisão é sumarizar a informação disponível na literatura e discutir a influência das condições ambientais na assimilação de N, assim como comentar e discutir alguns resultados aparentemente contraditórios e levantar e destacar perguntas sobre a assimilação de N em plantas de café.

    Abstract in English:

    Coffee plants are highly N-demanding plants. Despite the importance of N nutrition for the development, acclimation and yield of coffee plants, there are few reports concerning N metabolism in this species. In this review, our intention is to summarize the information available in the literature and to point out the influence of environmental conditions on N assimilation, as well as comment and discuss some apparently contradictory results and raise and enlighten queries about N assimilation in coffee plants.
  • Phenolic compounds in coffee Minireview

    Farah, Adriana; Donangelo, Carmen Marino

    Abstract in Portuguese:

    Os compostos fenólicos são metabólitos secundários de plantas envolvidos na adaptação a condições de estresse ambiental. Os ácidos clorogênicos (CGA) e compostos relacionados são os principais componentes da fração fenólica dos grãos de café verde, alcançando teores de até 14 % (em peso seco). Estes compostos apresentam propriedades benéficas à saúde, não só devido à sua potente atividade antioxidante, mas também como agentes hepatoprotetores, hipoglicemiantes, e antivirais. Os principais grupos de CGA encontrados nos grãos de café verde incluem os ácidos cafeoilquínicos, dicafeoilquínicos, feruloilquínicos, p-cumaroilquínicos e ésteres mixtos dos ácidos cafeico e ferúlico com ácido quínico, com pelo menos três isômeros por grupo. Durante o processamento do café, os CGA podem ser parcialmente isomerizados, hidrolizados ou degradados a compostos de baixo peso molecular. As altas temperaturas observadas no processo de torrefação produzem também a formação de lactonas e a polimerização dos CGA com outros componentes do café para formar melanoidinas. Esta revisão aborda as características químicas, a biosíntese e a distribuição dos CGA e compostos relacionados nos grãos de café. A influência de fatores que modificam a composição dos grãos verdes, tais como genéticos, fisiológicos e ambientais, assim como o efeito do processamento sobre a composição de CGA do café são discutidos. O impacto dos CGA e compostos derivados sobre a qualidade da bebida do café é outro tópico abordado nesta revisão. Apesar da riqueza de informações na literatura relacionadas aos teores totais de fenólicos e CGA em café, mais investigações são necessárias no que diz respeito tanto à composição de isômeros específicos dos CGA, de seus derivados, e de outros compostos fenólicos minoritários presentes no café, quanto ao seu impacto sobre a qualidade da bebida.

    Abstract in English:

    Phenolic compounds are secondary metabolites generally involved in plant adaptation to environmental stress conditions. Chlorogenic acids (CGA) and related compounds are the main components of the phenolic fraction of green coffee beans, reaching levels up to 14 % (dry matter basis). These compounds have a number of beneficial health properties related to their potent antioxidant activity as well as hepatoprotective, hypoglycemic and antiviral activities. The main groups of CGA found in green coffee beans include caffeoylquinic acids, dicaffeoylquinic acids, feruloylquinic acids, p-coumaroylquinic acids and mixed diesters of caffeic and ferulic acids with quinic acid, each group with at least three isomers. During coffee processing, CGA may be isomerized, hydrolyzed or degraded into low molecular weight compounds. The high temperatures of roasting also produce transformation of part of CGA into quinolactones and, along with other compounds, melanoidins. This review focuses on the chemical characteristics, biosynthesis, and distribution of CGA and related compounds in coffee. The influence of genetic, physiological and environmental factors as well as processing on the chemical composition of coffee beans is discussed. The impact of CGA composition of green coffee on cup quality is also approached. Despite the existence of substantial published information on the total levels of CGA in coffee, more research is needed on the composition of minor phenolic compounds and specific CGA isomers (and related substances) in green and roasted coffee beans, as well as their impact on coffee quality.
  • Cytogenetics of coffee Minireview

    Pinto-Maglio, Cecília A. F.

    Abstract in Portuguese:

    O gênero Coffea L., com cerca de 100 espécies nativas de regiões tropicais e subtropicais da África, tem as espécies Coffea arabica e C. canephora como comercialmente importantes. C. arabica é uma exceção no gênero por ser o único poliplóide natural com 2n=4x=44 cromossomos e autocompatível sendo considerado um alopoliplóide segmental devido à herança dissômica e comportamento meiótico regular. As demais espécies são diplóides autoincompatíveis com 2n=2x=22. Estudos citogenéticos em Coffea têm sido realizados, desde 1912, com diferentes finalidades. Os primeiros visaram apenas a contagem de cromossomos. Em seguida, estudos morfológicos em cromossomos somáticos com técnicas citológicas convencionais objetivaram a caracterização das diferentes espécies. Devido o fato dos cromossomos de café serem relativamente pequenos (1 - 3 µm), e morfologicamente simétricos, estes estudos revelaram cariótipos homogêneos entre as diferentes espécies. O melhoramento genético do cafeeiro, realizado através de hibridações interespecífcas envolvendo espécies selvagens diplóides, demandou estudos da microsporogênese, em espécies e híbridos, com vistas ao estabelecimento de relações de afinidade genética entre as mesmas. O mapeamento do padrão cromomérico, na fase de paquíteno, juntamente com o surgimento do bandeamento C e NOR, conduziu às primeiras tentativas de se diferenciar longitudinalmente os cromossomos de café, e resultaram em relativo sucesso. A partir de 1998 o bandeamento com os fluorocromos DAPI e CMA3 e aplicação da técnica de FISH, com sondas de rDNA, vêm incrementando a diferenciação dos cromossomos e a aplicação da técnica GISH, com sondas de DNA genômico total, confirmaram as espécies parentais de C. arabica.

    Abstract in English:

    The genus Coffea L. has around 100 native species distributed in tropical and subtropical areas in Africa, and the most important economic species are C. arabica and C. canephora. C. arabica is exceptional in the genus since it is the only species so far analyzed which is self-compatible, and a natural polyploid with 2n=4x=44 chromosomes; it is considered to be a segmental allopolyploid because it presents a disomic inheritance and a regular meiotic behavior. All other species in the genus are self-incompatible diploids with 2n=2x=22. Cytogenetic studies in Coffea, undertaken since 1912, have followed various phases: initial studies were limited only to establishing chromosome counts. Subsequent studies characterized the karyotypes of various species using conventional cytological techniques. As the somatic metaphase chromosomes of coffee are very small (1 - 3 µm) and morphologically symmetrical, these studies resulted in uniform karyotypes that show almost no differences among species. Since genetic improvement of coffee trees has progressed mainly by means of interspecific hybridizations involving wild species, analyses of microsporogenesis in species and hybrids were needed to establish their genetic affinity and relationships. The first successful attempts to differentiate coffee chromosomes longitudinally were made by mapping pachytene chromomeric patterns and by C and NOR banding techniques. From 1998 onwards, the use of banding techniques with the fluorochromes DAPI and CMA3, and also the cytomolecular technique FISH using rDNA probes, has increased the longitudinal differentiation of coffee chromosomes. The use of the GISH technique with total genomic DNA has revealed the parental species that originated C. arabica species.
  • Bioreactors in coffee micropropagation Minireview

    Etienne, Hervé; Dechamp, E; Barry-Etienne, D; Bertrand, Bernóit

    Abstract in Portuguese:

    Em café, o uso de bioreatores é a mais promissora maneira de aumentar o processo de micropropagação, particularmente a embriogênese somática. A disponibilidade de um eficiente processo de embriogênese somática poderia aumentar a rápida produção em massa de materiais heterozigotos, tais como clones selecionados de Coffea canephora clones e variedades híbridas F1 de Coffea arabica. Nos últimos 15 anos, bioreatores (bioreatores mecanicamente ou pneumaticamente agitados, bioreatores de imersão temporária) têm sido predominantemente usados em café para otimizar a regeneração em massa de embriões somáticos, a partir de tecidos embriogênicos. Esta revisão apresenta os principais resultados obtidos com vários modelos de bioreatores, no que diz respeito aos vários passos do processo de micropropagação: i) a multiplicação de tecidos embriogênicos, ii) a regeneração em massa de embriões somáticos e iii) a produção de embriões pré-germinados e plântulas nos bioreatores. A literatura mostra que o escalonamento do processo de micropropagação pode ser útil, desde que uma produção muito eficiente de embriões seja atingida para C. arabica e C. canephora. Além disso, foi demonstrado que embriões pré-germinados de café - i.e. com alongamento do eixo embrionário (10-12 mm), formação de ponta de radícula, expansão do cotilédone e esverdeamento - obtidos em bioreatores de imersão temporária eram fotoautotróficos e capazes de regenerar plântulas vigorosas depois de semeados em viveiro. A possibilidade do uso da tecnologia de bioreatores em escala industrial de micropropagação é também discutida, particularmente no contexto sócio-econômico do cultivo do café.

    Abstract in English:

    In coffee, bioreactors are the most promising way for scaling-up micropropagation processes, particularly somatic embryogenesis. The availability of an efficient somatic embryogenesis process would allow the rapid mass production of heterozygous materials such as selected Coffea canephora clones and F1 Arabica hybrid varieties. For the last fifteen years, bioreactors (mechanically or pneumatically agitated bioreactors, temporary immersion bioreactors) have mostly been used on coffee to optimize the mass regeneration of somatic embryos from embryogenic tissues. This review presents the main results, obtained with several bioreactor models, concerning the different steps of the micropropagation process : i) the multiplication of embryogenic tissues, ii) the somatic embryo mass regeneration and iii) the production of pre-germinated embryos and plantlets in bioreactors. The literature shows that scaling-up can be successful, since very efficient embryo production has been achieved for both C. arabica and C. canephora. Moreover, it was proven that the pre-germinated coffee embryos - i.e. embryonic axis elongation (10-12 mm), root tip formation, cotyledon expansion and greening - obtained in temporary immersion bioreactors were photoautotrophic and able to regenerate vigorous plantlets after sowing under nursery conditions. The feasibility to apply the bioreactor technology in an industrial micropropagation procedure is also discussed in the particular socio-economic context of coffee growing.
  • Impacts of drought and temperature stress on coffee physiology and production: a review Minireview

    DaMatta, Fábio M.; Ramalho, José D. Cochicho

    Abstract in Portuguese:

    De modo geral, seca e temperaturas desfavoráveis são as principais limitações climáticas à produção do cafeeiro. A importância de tais limitações deve aumentar, em função das mudanças reconhecidas no clima global e, também, porque a cafeicultura vem sendo expandida para regiões marginais onde secas e temperaturas desfavoráveis se constituem em grandes limitações à produção do café. Nesta revisão, analisam-se os impactos de tais limitações sobre a fisiologia, e por extensão sobre a produção, principalmente de Coffea arabica e C. canephora, que respondem por cerca de 99 % da produção mundial. A primeira seção deste trabalho aborda as exigências climáticas do cafeeiro. Na segunda seção, enfatiza-se a importância do controle do estresse oxidativo para a expressão da capacidade de tolerância à seca e ao frio. Na terceira, examinam-se os impactos da seca sobre as relações hídricas em nível celular, comportamento estomático e uso da água, fotossíntese e produção, metabolismo do carbono e do nitrogênio, características e respostas de crescimento das raízes, além da tolerância à seca. Na quarta seção, discutem-se impactos tanto de baixas temperaturas positivas como de altas temperaturas sobre a fisiologia do cafeeiro; apresentam-se, também, algumas informações sobre efeitos de temperaturas negativas. Finalmente, na última seção, discute-se sobre o sombreamento como um meio de tamponamento das flutuações climáticas e de aumento da sustentabilidade ambiente para a cafeicultura.

    Abstract in English:

    Overall, drought and unfavourable temperatures are the major climatic limitations for coffee production. These limitations are expected to become increasingly important in several coffee growing regions due to the recognized changes in global climate, and also because coffee cultivation has spread towards marginal lands, where water shortage and unfavourable temperatures constitute major constraints to coffee yield. In this review, we examine the impacts of such limitations on the physiology, and consequently on the production of mainly Coffea arabica and C. canephora, which account for about 99 % of the world coffee bean production. The first section deals with climatic factors and the coffee plant’s requirements. The importance of controlling oxidative stress for the expression of drought and cold tolerance abilities is emphasized in the second section. In the third section, we examine the impacts of drought on cell-water relations, stomatal behaviour and water use, photosynthesis and crop yield, carbon and nitrogen metabolism, root growth and characteristics, and on drought tolerance. In the fourth section, the impacts of low positive and high temperatures on coffee physiology are discussed; some insights about effects of negative temperatures are also presented. Finally, the last section deals with shading in harsh environments as a mean of buffering climatic fluctuations, as well as of increasing environmental sustainability in coffee exploitation.
  • Genetic transformation of coffee Minireview

    Ribas, Alessandra Ferreira; Pereira, Luiz Filipe Protasio; Vieira, Luiz Gonzaga E.

    Abstract in Portuguese:

    Nos últimos 15 anos, vários avanços foram obtidos na transformação genética de café. Diferentes grupos de pesquisa no mundo obtiveram plantas de café transformadas com genes para resistência a insetos, café descafeinado, resistência a herbicidas e controle da maturação de frutos. Apesar da maioria dos trabalhos ainda estar restrito a laboratórios e casas de vegetação, os primeiros dados de café em testes de campo começaram a surgir. Nesta revisão, os principais e mais recentes trabalhos em transformação do cafeeiro são apresentados, principalmente os aspectos técnicos de cultura de tecidos, estratégias de seleção e transformação via bombardeamento de partículas e via Agrobacterium tumefaciens. As aplicações potenciais desta tecnologia considerando possíveis riscos e benefícios assim como aspectos de mercado e consumo são também discutidos.

    Abstract in English:

    In the last 15 years, considerable advances were made in coffee genetic transformation. Different research groups in the world have been able to transform coffee with genes for insect resistance, decaffeinated coffee, herbicide resistance and control of fruit maturation. Although the majority of the research is still limited to laboratory and greenhouse studies, initial field tests with transformed coffee are beginning to appear in the literature. In this review we provide an update on the state of coffee genetic transformation, presenting technical aspects related to tissue culture systems, strategies for selection and transformation with particle bombardment, as well as the use of Agrobacterium tumefaciens. We also discuss the potential applications of this technology, taking into consideration the benefits, the possible environmental risks, as well as market and consumer issues.
  • Brazilian coffee genome project: an EST-based genomic resource Minireview

    Vieira, Luiz Gonzaga Esteves; Andrade, Alan Carvalho; Colombo, Carlos Augusto; Moraes, Ana Heloneida de Araújo; Metha, Ângela; Oliveira, Angélica Carvalho de; Labate, Carlos Alberto; Marino, Celso Luis; Monteiro-Vitorello, Claúdia de Barros; Monte, Damares de Castro; Giglioti, Éder; Kimura, Edna Teruko; Romano, Eduardo; Kuramae, Eiko Eurya; Lemos, Eliana Gertrudes Macedo; Almeida, Elionor Rita Pereira de; Jorge, Érika C.; Albuquerque, Érika V. S.; Silva, Felipe Rodrigues da; Vinecky, Felipe; Sawazaki, Haiko Enok; Dorry, Hamza Fahmi A.; Carrer, Helaine; Abreu, Ilka Nacif; Batista, João A. N.; Teixeira, João Batista; Kitajima, João Paulo; Xavier, Karem Guimarães; Lima, Liziane Maria de; Camargo, Luis Eduardo Aranha de; Pereira, Luiz Filipe Protasio; Coutinho, Luiz Lehmann; Lemos, Manoel Victor Franco; Romano, Marcelo Ribeiro; Machado, Marcos Antonio; Costa, Marcos Mota do Carmo; Sá, Maria Fátima Grossi de; Goldman, Maria Helena S.; Ferro, Maria Inês T.; Tinoco, Maria Laine Penha; Oliveira, Mariana C.; Van Sluys, Marie-Anne; Shimizu, Milton Massao; Maluf, Mirian Perez; Eira, Mirian Therezinha Souza da; Guerreiro Filho, Oliveiro; Arruda, Paulo; Mazzafera, Paulo; Mariani, Pilar Drummond Sampaio Correa; Oliveira, Regina L.B.C. de; Harakava, Ricardo; Balbao, Silvia Filippi; Tsai, Siu Mui; Mauro, Sonia Marli Zingaretti di; Santos, Suzana Neiva; Siqueira, Walter José; Costa, Gustavo Gilson Lacerda; Formighieri, Eduardo Fernandes; Carazzolle, Marcelo Falsarella; Pereira, Gonçalo Amarante Guimarães

    Abstract in Portuguese:

    O café é um dos principais produtos agrícolas, sendo considerado o segundo item em importância do comércio internacional de "commodities". O gênero Coffea pertence à família Rubiaceae que também inclui outras plantas importantes. Este gênero contém aproximadamente 100 espécies, mas a produção comercial é baseada somente em duas espécies, Coffea arabica e Coffea canephora, que representam aproximadamente 70 % e 30 % do mercado total de café, respectivamente. O Projeto Genoma Café Brasileiro foi desenvolvido com o objetivo de disponibilizar os modernos recursos da genômica à comunidade científica e aos diferentes segmentos da cadeia produtiva do café. Para isso, foram seqüenciados 214.964 clones escolhidos aleatoriamente de 37 bibliotecas de cDNA de C. arabica, C. canephora e C. racemosa representando estádios específicos do desenvolvimento de células e de tecidos do cafeeiro, resultando em 130.792, 12.381 e 10.566 seqüências de cada espécie, respectivamente, após processo de trimagem. Os ESTs foram agrupados em 17.982 contigs e em 32.155 singletons. A comparação destas seqüências pelo programa BLAST revelou que 22 % não tiveram nenhuma similaridade significativa às seqüências no banco de dados do National Center for Biotechnology Information (de função conhecida ou desconhecida). A base de dados de ESTs do cafeeiro resultou na identificação de cerca de 33.000 unigenes diferentes. Os resultados de anotação das seqüências foram armazenados em base de dados "online" em <A HREF="http://www.lge.ibi.unicamp.br/cafe">http://www.lge.ibi.unicamp.br/cafe</A>. Os recursos desenvolvidos por este projeto disponibilizam ferramentas genéticas e genômicas que podem ser decisivas para a sustentabilidade, a competitividade e a futura viabilidade da agroindústria cafeeira nos mercados interno e externo.

    Abstract in English:

    Coffee is one of the most valuable agricultural commodities and ranks second on international trade exchanges. The genus Coffea belongs to the Rubiaceae family which includes other important plants. The genus contains about 100 species but commercial production is based only on two species, Coffea arabica and Coffea canephora that represent about 70 % and 30 % of the total coffee market, respectively. The Brazilian Coffee Genome Project was designed with the objective of making modern genomics resources available to the coffee scientific community, working on different aspects of the coffee production chain. We have single-pass sequenced a total of 214,964 randomly picked clones from 37 cDNA libraries of C. arabica, C. canephora and C. racemosa, representing specific stages of cells and plant development that after trimming resulted in 130,792, 12,381 and 10,566 sequences for each species, respectively. The ESTs clustered into 17,982 clusters and 32,155 singletons. Blast analysis of these sequences revealed that 22 % had no significant matches to sequences in the National Center for Biotechnology Information database (of known or unknown function). The generated coffee EST database resulted in the identification of close to 33,000 different unigenes. Annotated sequencing results have been stored in an online database at <A HREF="http://www.lge.ibi.unicamp.br/cafe">http://www.lge.ibi.unicamp.br/cafe</A>. Resources developed in this project provide genetic and genomic tools that may hold the key to the sustainability, competitiveness and future viability of the coffee industry in local and international markets.
  • Coffee leaf miner resistance Minireview

    Guerreiro Filho, Oliveiro

    Abstract in Portuguese:

    O bicho-mineiro, Leucoptera coffeella é praga generalizada da cultura do cafeeiro no Brasil. Apesar de eficiente, o controle químico contribui para a elevação substancial do custo de produção das lavouras e constitui riscos significativo para o ambiente. O desenvolvimento de cultivares resistentes vem sendo realizado a partir de técnicas clássicas e moleculares de seleção. Conhecimentos básicos relacionados à biologia do inseto, ao dano provocado nas plantas, à identificação de fontes de resistência, ao desenvolvimento de métodos eficientes de seleção e ao conhecimento da genética da resistência contribuíram para a eficiência dos programas de melhoramento em andamento. A utilização recente da genômica vem também promovendo um aporte de eficiência no desenvolvimento de cultivares resistentes ao inseto. Uma revisão sucinta sobre cada destes aspectos é apresentada neste trabalho.

    Abstract in English:

    The coffee leaf miner, Leucoptera coffeella, is a common pest of coffee plantations in Brazil. Though it is effective, chemical control substantially increases the cost of production and constitutes a significant risk for the environment. Resistant coffee cultivars have been and continue being developed through classic and molecular selection techniques. Basic knowledge about the biology of this insect, the damage it causes to the plants, the identification of sources of resistance, the development of efficient selection methods and knowledge about the genetics of resistance have contributed to the efficiency of the ongoing genetic improvement programs. Recently, coffee genomics studies have also promoted an improvement in the efficiency of the development of cultivars resistant to this insect. We present a short review of each of these aspects of the search for resistance.
  • Coffee resistance to the main diseases: leaf rust and coffee berry disease Minireview

    Silva, Maria do Céu; Várzea, Victor; Guerra-Guimarães, Leonor; Azinheira, Helena Gil; Fernandez, Diana; Petitot, Anne-Sophie; Bertrand, Benoit; Lashermes, Philippe; Nicole, Michel

    Abstract in Portuguese:

    Sucesso considerável tem sido obtido no uso do melhoramento clássico para o controle de doenças de plantas economicamente importantes, tais como a ferrugem alaranjada das folhas e a antracnose dos frutos do cafeeiro (CBD). Há um grande consenso de que o uso de plantas geneticamente resistentes é o meio mais apropriado e eficaz em termos de custos do controle das doenças das plantas, sendo também um dos elementos chave do melhoramento da produção agrícola. Tem sido também reconhecido que um melhor conhecimento do agente patogênico e dos mecanismos de defesa das plantas permitirá o desenvolvimento de novas abordagens no sentido de aumentar a durabilidade da resistência. Após uma breve descrição de conceitos na área da resistência das plantas às doenças, nesta revisão tentou-se dar uma idéia do progresso na investigação da ferrugem alaranjada do cafeeiro e do CBD relativamente ao processo de infecção e variabilidade dos agentes patogênicos, melhoramento do cafeeiro para a resistência e mecanismos de resistência do cafeeiro.

    Abstract in English:

    Considerable success has been obtained in the use of classical breeding to control economically important plant diseases, such as the coffee leaf rust and the coffee berry disease (CBD). There is a strong consensus that growing genetically resistant varieties is the most appropriate cost effective means of managing plant diseases and is one of the key components of crop improvement. It has also been recognized that a better knowledge of both, the pathogens and the plant defence mechanisms will allow the development of novel approaches to enhance the durability of resistance. After a brief description of concepts in the field of plant disease resistance, we attempt to give a view of the research progress on coffee leaf rust and CBD concerned with the pathogens infection and variability, coffee breeding for resistance and coffee resistance mechanisms.
  • Coffee seed physiology Minireview

    Eira, Mirian T. S.; Silva, E. A. Amaral da; De Castro, Renato D.; Dussert, Stéphane; Walters, Christina; Bewley, J. Derek; Hilhorst, Henk W. M.

    Abstract in Portuguese:

    Avanços consideráveis no entendimento da fisiologia de sementes do cafeeiro foram obtidos nos últimos anos. No entanto, apesar da extensa literatura, muitos aspectos permanecem obscuros. Este trabalho descreve o estado atual do conhecimento sobre as principais características da fisiologia de sementes de cafeeiro, assim como os recentes trabalhos sobre o desenvolvimento, germinação, armazenamento e longevidade das sementes.

    Abstract in English:

    Considerable advances in our understanding of coffee seed physiology have been made in recent years. However, despite intense research efforts, there are many aspects that remain unclear. This paper gives an overview of the current understanding of the more important features concerning coffee seed physiology, and provides information on recent findings on seed development, germination, storage and longevity.
  • Coffee carbohydrates Minireview

    Redgwell, Robert; Fischer, Monica

    Abstract in Portuguese:

    Este artigo sumariza os mais recentes desenvolvimentos nas áreas de química, fisiologia e propriedades moleculares dos carboidratos do café, com um particular interesse nos polisacarídeos presentes nas paredes celulares. Os resultados dos estudos químicos detalhados demonstraram novas características estruturais tanto nos galactomananos como nos polissacarídeos dos arabinogalactanos do grão de café verde ou torrado. Pela primeira vez, estudos imunológicos baseados em anticorpos monoclonais foram usados para revelar a distribuição dos galactomananos, dos arabinogalactanos e dos polissacarídeos pectídicos na parede celular do grão de café. Finalmente, os resultados dos estudos fisiológicos e moleculares são apresentados de maneira a sublinhar a influência do status metabólico do grão verde do café na qualidade final da bebida.

    Abstract in English:

    This review summarises recent advances in the chemistry, physiology and molecular properties of coffee carbohydrates with a particular focus on the cell wall polysaccharides. The results of detailed chemical studies have demonstrated novel structural features of both the galactomannans and the arabinogalactan polysaccharides of the green and roasted coffee bean. For the first time immunological probes based on monoclonal antibodies for specific polysaccharide epitopes were used to reveal the patterns of distribution of the galactomannans, arabinogalactans and pectic polysaccharides in the coffee bean cell wall. Finally, the results of physiological and molecular studies are presented which emphasise the growing awareness of the potential role the metabolic status of the green bean may play in final coffee beverage quality.
  • Cytology, biochemistry and molecular changes during coffee fruit development Minireview

    De Castro, Renato D.; Marraccini, Pierre

    Abstract in Portuguese:

    Em espécies comerciais de café (Coffea arabica e Coffea canephora), o desenvolvimento do fruto de café é um processo longo, caracterizado por mudanças e evoluções nos tecidos. Por exemplo, logo após a fecundação e até a metade do desenvolvimento, o fruto é principalmente constituído pelo pericarpo e perisperma. Em seguida, o perisperma gradualmente desaparece e é progressivamente substituído pelo endosperma (semente verdadeira). Inicialmente o endosperma apresenta-se no estado "líquido", o endosperma endurece durante a fase de maturação, como resultado do acúmulo gradual de proteínas de reserva, sacarose e polissacarídeos complexos representando as principais reservas da semente. O último passo da maturação é caracterizado pela desidratação do endosperma e pela mudança de cor do pericarpo. Importantes alterações quantitativas e qualitativas acompanham o crescimento do fruto, ilustrando a importância do seu estudo para melhor compreender as características finais das sementes de café. Seguindo a descrição dos tecidos do fruto de café, esta revisão apresenta alguns dados relativos às variações bioquímicas, enzimáticas e de expressão gênica durante o desenvolvimento do fruto. A expressão de genes será também analisada em função de dados recentes (perfil de expressão eletrônica) oriundos do Projeto Genoma Brasileiro Café.

    Abstract in English:

    In commercial coffee species (Coffea arabica and Coffea canephora), fruit development is a lengthy process, characterized by tissue changes and evolutions. For example, soon after fecundation and up to mid development, the fruit is mainly constituted of the pericarp and perisperm tissue. Thereafter, the perisperm gradually disappears and is progressively replaced by the endosperm (true seed). Initially present in a "liquid" state, the endosperm hardens as it ripens during the maturation phase, as a result of accumulation of storage proteins, sucrose and complex polysaccharides representing the main reserves of the seed. The last step of maturation is characterized by the dehydration of the endosperm and the color change of the pericarp. Important quantitative and qualitative changes accompany fruit growth, highlighting the importance of its study to better understand the final characteristics of coffee beans. Following a description of the coffee fruit tissues, this review presents some data concerning biochemical, enzymatic and gene expression variations observed during the coffee fruit development. The latter will also be analyzed in the light of recent data (electronic expression profiles) arising from the Brazilian Coffee Genome Project.
  • The lipid fraction of the coffee bean Minireview

    Speer, Karl; Kölling-Speer, Isabelle

    Abstract in Portuguese:

    A fração lipídica do café é composta principalmente de triacilgliceróis, esteróis e tocoferóis, componentes típicos encontrados em todo óleo vegetal comestível comum. Adicionalmente, o chamado oleo de café contém diterpenos da família dos kaurenos, em proporção de até 20 % dos lipídeos totais. Diterpenos são de interesse por causa de seus efeitos fisiológicos. As composições dos principais componentes lipídicos das duas espécies mais importantes de café, Coffea arabica e Coffea canphora var. Robusta são apresentadas. Também, serão descritas as influências de processos tais como torração e "steaming" sobre determinados components lipídicos, assim como os efeitos do armazenamento do café verde sob diferentes condições. Além disso, serão discutidas as novas descobertas sobre as 5-hidroxitriptamidas, os principais componentes da cera de café, localizada nas camadas externas da semente, e os compostos "coffeadiol" e "arabiol I", recentemente identificados.

    Abstract in English:

    The lipid fraction of coffee is composed mainly of triacylglycerols, sterols and tocopherols, the typical components found in all common edible vegetable oils. Additionally, the so-called coffee oil contains diterpenes of the kaurene family in proportions of up to 20 % of the total lipids. Diterpenes are of interest because of their analytical and physiological effects. The composition of the main lipid components of the two most important coffee species, Coffea arabica and Coffea canphora var. Robusta is presented. In addition, the influences of typical processes like roasting and steaming on selected lipid components as well as the effects of the storage of green coffee beans under different conditions will be described. Furthermore, new findings regarding the 5-hydroxytryptamides, the main parts of the coffee wax located on the outer layer of the bean and the recently identified components coffeadiol and arabiol I will also be discussed.
  • Coffee biotechnology Minireview

    De Los Santos-Briones, César; Hernández-Sotomayor, S. M. Teresa

    Abstract in Portuguese:

    Nas últimas três décadas tem sido dada atenção para a cultura de células in vitro em diferentes áreas da pesquisa com café. Técnicas in vitro têm sido aplicadas não somente para o melhoramento do café, através da transformação genética, mas também para o estudo de vários aspectos, tais como químicos (síntese de cafeína e a produção de aroma), fisiológicos e, mais recentemente, bioquímicos. Os avanços mais importantes obtidos sobre técnicas de cultivo in vitro de café em áreas como bioquímica, fisiologia, sistemas de regeneração e engenharia genética serão apresentadas e discutidas.

    Abstract in English:

    In the last three decades, interest has turned to in vitro cell culture in different areas of coffee research. In vitro techniques have been applied not only for coffee improvement through genetic transformation but also to study various aspects in coffee cells such as chemical (caffeine synthesis and the production of coffee aroma), physiological and more recently, biochemical aspects. The most important advances obtained to date on in vitro coffee techniques in fields like biochemistry, physiology, regeneration systems and genetic engineering, are presented and discussed.
  • Genetics of coffee quality Minireview

    Leroy, Thierry; Ribeyre, Fabienne; Bertrand, Benóit; Charmetant, Pierre; Dufour, Magali; Montagnon, Christophe; Marraccini, Pierre; Pot, David

    Abstract in Portuguese:

    No contexto do excedente de produção mundial, a qualidade do café tem sido considerada o principal critério de seleção no melhoramento dessa cultura. Após definir qualidade e fazer considerações sobre os fatores não genéticos afetando sua variação, esta revisão se concentra sobre os fatores genéticos envolvidos no controle da variação da qualidade do café. Em relação à complexidade desta característica, os diferentes tipos de qualidade são apresentados. Então, a grande variação dentro e entre as espécies de café é discutida, principalmente em relação aos caracteres bioquímicos relacionados com qualidade (cafeína, açúcares, ácidos clorogênicos, lipídeos). As maneiras para melhorar estes caracteres relacionados à qualidade nas espécies cultivadas Coffea arabica e Coffea canephora são discutidas, assim como os desafios específicos a cada espécie. Para C. arabica, manutenção da boa qualidade em híbridos interespecíficos F1, linhagens geradas por introgressão a partir do Híbrido do Timor, e enxertia de variedades são os principais desafios. Para C. canephora, o melhoramento é principalmente baseado em híbridos intra e interespecíficos, usando a variabilidade genética disponível nesta espécie. Um avanço é obtido com o tamanho da semente, com significante ganho genético em programas de melhoramento. O conteúdo de compostos bioquímicos relacionados com a qualidade da bebida é uma outra maneira de melhorar a qualidade do café Robusta. Finalmente, são comentados programas em andamento, direcionados para a compreensão do determinismo molecular da qualidade do café, particularmente usando ESTs de café.

    Abstract in English:

    Coffee quality, in the present context of overproduction worldwide, has to be considered as a main selection criterion for coffee improvement. After a definition of quality, and an overview of the non genetic factors affecting its variation, this review focuses on the genetic factors involved in the control of coffee quality variation. Regarding the complexity of this trait, the different types of quality are first presented. Then, the great variation within and between coffee species is underlined, mainly for biochemical compounds related to quality (caffeine, sugars, chlorogenic acids, lipids). The ways for breeding quality traits for cultivated species, Coffea arabica and Coffea canephora are discussed, with specific challenges for each species. For C. arabica, maintaining a good quality in F1 intraspecific hybrids, introgressed lines from Timor hybrid, and grafted varieties are the main challenges. For C. canephora, the improvement is mainly based on intraspecific and interspecific hybrids, using the whole genetic variability available within this species. An improvement is obtained for bean size, with significant genetic gains in current breeding programmes. The content in biochemical compounds related to cup quality is another way to improve Robusta quality. Finally, ongoing programmes towards the understanding of the molecular determinism of coffee quality, particularly using coffee ESTs, are presented.
  • Some thoughts on the physiology of caffeine in coffee: and a glimpse of metabolite profiling Minireview

    Baumann, Thomas W.

    Abstract in Portuguese:

    Humanos apreciam o sabor e a estimulante atividade de uma xícara de café sem saber que fazendo isto, eles fazem parte de uma teia alimentar e recebem sinais de plantas de café criados para melhorar sua sobrevivência. Esta revisão tem sua primeira parte centrada no alcalóide purínico cafeína e seu papel fisiológico no ciclo de vida da planta de café. Muitas das considerações e idéias apresentadas aqui são especulações, porque a pesquisa verdadeira revelando os segredos da fisiologia da planta de café, tal como a formação da semente de café com todos seus ingredientes, apenas começou recentemente. Os resultados recentes na biologia molecular tornou possível controlar e responder novas questões relatives à regulação do metabolismo secundário nos órgãos de plantas de café em estádios específicos de seu desenvolvimento. Grupos brasileiros de pesquisa contribuiram significativamente para o recente progresso em biologia molecular e fisiologia do café. Entre eles inclui-se Maro R. Söndahl, para quem este artigo é dedicado. Assim, a segunda parte deste artigo relata sobre os primeiros passos que Maro e eu fizemos juntos em uma área muito nova em café, que é o perfil metabólico. Os resultados foram surpreendentes e fornecem novas idéias para o grande potencial desta técnica para mapear futuramente a complexa rede do metaboloma do café.

    Abstract in English:

    Human beings enjoy the flavor and stimulating activity of a cup of coffee without knowing that by doing so, they are part of a 'food web' and receive signals coffee plants build to improve their struggle for life. This review is centered in the first part on the purine alkaloid caffeine and its physiological role in the coffee plant's life cycle. Many of the thoughts and ideas presented here are plain speculation, because the real research revealing the secrets of plant physiology such as e.g. the formation of the coffee bean with all its ingredients, has just started. The recent achievements in molecular biology made it possible to tackle and answer new questions regarding the regulation of secondary metabolism in the coffee plant organs at selected stages of their development. Brazilian research groups have much contributed to the recent progress in molecular biology and physiology of coffee. Among them was Maro R. Söndahl, in commemoration of whom this article has been written. Thus, the second part reports on the very first steps Maro and I made together into a very new field of coffee, that is metabolite profiling. The outcome was amazing and gives an idea of the great potential of this technique to map in future the complex network of the coffee metabolom.
  • On-line HPLC analysis of the antioxidant activity of phenolic compounds in brewed, paper-filtered coffee Research Articles

    Stalmach, Angélique; Mullen, William; Nagai, Chifumi; Crozier, Alan

    Abstract in Portuguese:

    Ácidos cafeoil-, feruloil- e dicafeoilquínicos (ácidos clorogênicos) em infusões de sementes de café verde e sementes medianamente torradas foram identificados e quantificados por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) em fase reversa com detecção em fotodiodo e MS³, antes da avaliação da atividade antioxidante usando um sistema HPLC com detecção antioxidante "on-line", baseada na eliminação de radicais pelo ácido 2,2'-azinobis-3-etilbenzotiazolina-6-sulfônico. Ácidos cafeoilquínicos foram os mais abundantes antioxidantes e a torração induziu a isomerização, com declínio do ácido 5-O-cafoilquínico e concomitante aumento dos derivados 3- e 4-O-cafeoilquínicos. Isto não afetou o nível da atividade antioxidante derivada de ácidos cafeoilquínicos no café torrado. Torração, no entanto, resultou no aparecimento de picos adicionais nas corridas cromatográficas, com atividade antioxidante. Por causa disto e de um aumento na atividade antioxidante dos componentes que não eluíram da coluna cromatográfica de fase reversa da HPLC, a capacidade antioxidante da bebida preparada de grãos de café medianamente torrados foi o dobro daquela de grãos não torrados, verdes. Portanto, a atividade antioxidante de cafés que tenham sofrido diferentes graus de torração parece ser devido a combinações de diferentes componentes. O efeito da torração sobre os ácidos clorogênicos nas sementes de café é discutido, assim como as possíveis contribuições de produtos da reação de Maillard para a capacidade antioxidante do café torrado.

    Abstract in English:

    Caffeoyl-, feruloyl- and dicaffeoylquinic acids (chlorogenic acids) in infusions from green and medium roasted coffee beans were identified and quantified by reverse phase HPLC with photodiode array and MS³ detection prior to assessment of the antioxidant activity using an HPLC system with post-column on-line antioxidant detection based on 2,2'-azinobis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid radical scavenging activity. Caffeoylquinic acids were the most abundant antioxidants and roasting induced isomerisation with a decline in 5-O-caffeoylquinic acid and concomitant increases in the 3- and 4-O-derivatives. This did not affect the level of caffeoylquinic acid-derived antioxidant activity in the roasted coffee. Roasting did, however, result in the appearance of additional unidentified HPLC peaks with antioxidant activity. Because of this and an increase in the antioxidant activity of components that did not elute from the reversed phase HPLC column, the antioxidant capacity of the beverage derived from medium roast beans was double that of the unroasted coffee. The antioxidant activity of coffees that have undergone different degrees of roasting would, therefore, appear to be due to combinations of different components. The effect of roasting on chlorogenic acids in coffee beans is considered, and the possible contribution of Maillard reaction products to the antioxidant capacity of roasted coffees is discussed.
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