High-resolution Transcript Profiling Of The Atypical Biotrophic Interaction Between Theobroma Cacao And The Fungal Pathogen Moniliophthora Perniciosa.

Witches' broom disease (WBD), caused by the hemibiotrophic fungus Moniliophthora perniciosa, is one of the most devastating diseases of Theobroma cacao, the chocolate tree. In contrast to other hemibiotrophic interactions, the WBD biotrophic stage lasts for months and is responsible for the most distinctive symptoms of the disease, which comprise drastic morphological changes in the infected shoots. Here, we used the dual RNA-seq approach to simultaneously assess the transcriptomes of cacao and M. perniciosa during their peculiar biotrophic interaction. Infection with M. perniciosa triggers massive metabolic reprogramming in the diseased tissues. Although apparently vigorous, the infected shoots are energetically expensive structures characterized by the induction of ineffective defense responses and by a clear carbon deprivation signature. Remarkably, the infection culminates in the establishment of a senescence process in the host, which signals the end of the WBD biotrophic stage. We analyzed the pathogen's transcriptome in unprecedented detail and thereby characterized the fungal nutritional and infection strategies during WBD and identified putative virulence effectors. Interestingly, M. perniciosa biotrophic mycelia develop as long-term parasites that orchestrate changes in plant metabolism to increase the availability of soluble nutrients before plant death. Collectively, our results provide unique insight into an intriguing tropical disease and advance our understanding of the development of (hemi)biotrophic plant-pathogen interactions.

Evaluating Theobroma grandiflorum for comparative genomic studies with Theobroma cacao

The seeds of Theobroma cacao (cacao) are the source of cocoa, the raw material for the multi-billion dollar chocolate industry. Cacao`s two most important traits are its unique seed storage triglyceride (cocoa butter) and the flavor of its fermented beans (chocolate). The genome of T. cacao is being sequenced, and to expand the utility of the genome sequence to the improvement of cacao, we are evaluating Theobroma grandiflorum, the closest economically important species of Theobroma for its potential use in a comparative genomic study. T. grandiflorum differs from cacao in important agronomic traits such as flavor of the fermented beans, disease resistance to witches` broom and abscission of mature fruits. By comparing genomic sequences and analyzing viable inter-specific hybrids, we hope to identify the key genes that regulate cacao`s most important traits. We have investigated the utility in T. grandiflorum of three types of markers (microsatellite markers, single-strand conformational polymorphism markers and single nucleotide polymorphism (SNP) markers) developed in cacao. Through sequencing of amplicons of 12 diverse individuals of both cacao and T. grandiflorum, we have identified new intra- and inter-specific SNPs. Two markers which had no overlap of alleles between the species were used to genotype putative inter-specific hybrid seedlings. Sequence conservation was significant and species-specific differences numerous enough to suggest that comparative genomics of T. grandiflorum and T. cacao will be useful in elucidating the genetic differences that lead to a variety of important agronomic trait differences.

Fermentation of cacao (Theobroma cacao L.) seeds with a hybrid Kluyveromyces marxianus strain improved product quality attributes

Fermentation of Theobroma cacao (cacao) seeds is an absolute requirement for the full development of chocolate flavor precursors. An adequate aeration of the fermenting cacao seed mass is a fundamental prerequisite for a satisfactory fermentation. Here, we evaluated whether a controlled inoculation of cacao seed fermentation using a Kluyveromyces marxianus hybrid yeast strain, with an increased pectinolytic activity, would improve an earlier liquid drainage (`sweatings`) from the fermentation mass, developing a superior final product quality. Inoculation with K. marxianus increased by one third the volume of drained liquid and affected the microorganism population structure during fermentation, which was detectable up to the end of the process. Introduction of the hybrid yeast affected the profile of total seed protein degradation evaluated by polyacrylamide gel electrophoresis, with improved seed protein degradation, and reduction of titrable acidity. Sensorial evaluation of the chocolate obtained from beans fermented with the K. marxianus inoculation was more accepted by analysts in comparison with the one from cocoa obtained through natural fermentation. The increase in mass aeration during the first 24 h seemed to be fundamental for the improvement of fermentation quality, demonstrating the potential application of this improved hybrid yeast strain with superior exogenous pectinolytic activity.

Development of novel microsatellites from Moniliophthora perniciosa, causal agent of the witches` broom disease of Theobroma cacao

Moniliophthora perniciosa is the causal agent of the witches` broom disease of cacao. Based on available genomic sequences, we identified 30 new microsatellite loci, which were analysed using 50 isolates from four populations sampled over a wide geographical area in Brazil, including three populations from the Amazon, the fungal putative centre of diversity, plus one from Bahia. Nine loci were polymorphic, with an average of 2.9 alleles per locus. The level of polymorphism observed was low, but these markers may allow the evaluation of pathogen diversity and the establishment of molecular standards for isolate fingerprinting to support cacao breeding.

Novel sources of witches` broom resistance (causal agent Moniliophthora perniciosa) from natural populations of Theobroma cacao from the Brazilian Amazon

Witches` broom is a severe disease of Theobroma cacao L. (cacao), caused by the basidiomycete Moniliophthora perniciosa. The use of resistant cultivars is the ultimate method of control, but there are limited sources of resistance. Further, resistance from the most widely used source (`Scavina 6`) has been overcome after a few years of deployment. New sources of resistance have been intensively searched for in the Amazon basin. Here, we evaluated for witches` broom resistance, cacao accessions from various natural cacao populations originally collected in the Brazilian Amazon. Resistance of 43 families was evaluated under nursery and/or field conditions by artificial or natural infection, respectively, based on disease incidence. Screening for resistance by artificial inoculation under nursery conditions appeared to be efficient in identifying these novel resistance sources, confirmed by natural field evaluation over a nine-year period. The increase in natural field infection of `Scavina 6` was clearly demonstrated. Among the evaluated families with the least witches` broom incidence, there were accessions originally collected from distinct river basins, including the Jamari river (`CAB 0371`; `CAB 0388`; `CAB 0392`; and `CAB 0410`); Acre (`CAB 0169`); Javari (`CAB 0352`); Solimes (`CAB 0270`); and from the Purus river basin, the two most outstanding resistant accessions, `CAB 0208` and `CAB 0214`. The large genetic diversity found in cacao populations occurring at river basins from Acre and Amazonas states, Brazil, increased the chance that the selected resistant accessions would be genetically more dissimilar, and represent distinct sources of resistance to M. perniciosa from `Scavina 6`.

Understanding the genetic diversity, spatial genetic structure and mating system at the hierarchical levels of fruits and individuals of a continuous Theobroma cacao population from the Brazilian Amazon

Understanding the mating patterns of populations of tree species is a key component of ex situ genetic conservation. In this study, we analysed the genetic diversity, spatial genetic structure (SGS) and mating system at the hierarchical levels of fruits and individuals as well as pollen dispersal patterns in a continuous population of Theobroma cacao in Para State, Brazil. A total of 156 individuals in a 0.56 ha plot were mapped and genotyped for nine microsatellite loci. For the mating system analyses, 50 seeds were collected from nine seed trees by sampling five fruits per tree (10 seeds per fruit). Among the 156 individuals, 127 had unique multilocus genotypes, and the remaining were clones. The population was spatially aggregated; it demonstrated a significant SGS up to 15m that could be attributed primarily to the presence of clones. However, the short seed dispersal distance also contributed to this pattern. Population matings occurred mainly via outcrossing, but selfing was observed in some seed trees, which indicated the presence of individual variation for self-incompatibility. The matings were also correlated, especially within ((r) over cap (p(m)) = 0.607) rather than among the fruits ((r) over cap (p(m)) = 0.099), which suggested that a small number of pollen donors fertilised each fruit. The paternity analysis suggested a high proportion of pollen migration (61.3%), although within the plot, most of the pollen dispersal encompassed short distances (28m). The determination of these novel parameters provides the fundamental information required to establish long-term ex situ conservation strategies for this important tropical species. Heredity (2011) 106, 973-985; doi:10.1038/hdy.2010.145; published online 8 December 2010

Estudo morfofisiológico e anatômico de dois genótipos de cacaueiro (Theobroma cacao L.) submetidos a diferentes condições de radiação solar

A luminosidade desponta como um dos fatores abióticos de maior importância no estabelecimento das plantas, podendo ocasionar alterações a nível fisiológico e anatômico, interferindo diretamente no desenvolvimento das mesmas e consequentemente, sua produtividade. O cacaueiro (Theobroma cacao – Malvaceae) possui grande interesse econômico devido à utilização de suas sementes para produção de manteiga de cacau e chocolate. Neste sentido, o objetivo deste trabalho foi comparar características fisiológicas e anatômicas de dois genótipos de cacaueiro (PH 16 e IPIRANGA 01), submetidos a diferentes condições de radiação solar de modo a inferir a respeito das condições de luminosidade mais favoráveis ao desenvolvimento dos mesmos. Foram realizadas análises de crescimento, teor de pigmentos, trocas gasosas e anatômicas caulinares e foliares. O delineamento experimental foi em Blocos casualizados (DBC), com 4 repetições em arranjo fatorial 2 x 5, constituído de dois genótipos e 5 níveis de luminosidade (0% - pleno sol -, 18%, 30%, 50% e 80% de sombreamento), totalizando 40 parcelas com 10 plantas cada. Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e regressão. Os resultados de crescimento indicam maior adaptação, de ambos os genótipos, em condições de irradiância alta a moderada. O índice de qualidade de Dickson demonstrou maior capacidade de sobrevivência em condições de campo a níveis altos de irradiância para o genótipo PH 16 e a níveis de irradiância moderada para IPIRANGA 01. Os teores de pigmentos fotossintetizantes de IPIRANGA 01 mostram-se mais elevados na condição de 30% de sombreamento, enquanto que, para PH 16 os maiores teores foram observados em 50% de sombreamento. Ambos os genótipos demonstraram altas taxas de A, Ci, E, A/E, A/Gs e A/Ci, sob elevadas irradiâncias, assim como adaptações anatômicas caulinares e foliares a maiores luminosidades, tais como, maior espessamento do limbo foliar, parênquima paliçádico, esponjoso, limbo foliar, epiderme adaxial e densidade estomática, além de maior densidade e frequência de elementos de vaso e espessura do xilema secundário. Os genótipos PH 16 e IPIRANGA 01 apresentaram uma grande plasticidade em relação aos diferentes níveis de irradiância, no entanto, constatou-se que PH 16 apresentou melhor desempenho sob condições de alta irradiância, como as obtidas nos tratamentos a pleno sol e 18% de sombreamento, enquanto que, IPIRANGA 01 mostrou-se mais adaptado sob sombreamento moderado, a 30% de sombra.

Contributos do Theobroma cacao L. para a saúde humana

Theobroma deriva do grego e significa alimento dos deuses. De acordo com Coe e Coe, a domesticação do cacaueiro terá sido realizada na América Central pela civilização Olmeca, sendo considerada uma dádiva dos deuses. O "ouro castanho" despertou um crescente interesse entre os diferentes povos, que lhe atribuíam um variado conjunto de propriedades terapêuticas, tendo algumas delas prevalecido até à actualidade. Objectivo do estudo: relacionar os constituintes do cacau com as suas propriedades.

Somatic embryogenesis and plant regeneration in elite clones of Theobroma cacao

The objective of this work was to evaluated a procedure for somatic embryogenesis and regeneration of cacao (Theobroma cacao L.) elite clones. Petal explants from cacao clones TSH 565 and TSH 1188 were cultured on PCG and SCG-2 media, for calli growth. Somatic embryos were formed on the surface of embryogenic calli after transfer to embryo development (ED) medium. Clone TSH 565 showed a higher embryogenic potential than TSH 1188. The best combination of carbon source for embryo induction in ED medium was genotype-specific. Embryogenic callus formations increased in micropore tape-sealed Petri dishes, irrespective of cacao genotype. Mature somatic embryos were successfully converted into plantlets.

OBTENÇÃO E UTILIZAÇÃO DA ENZIMA POLIFENOLOXIDASE EXTRAÍDA DE POLPA DE PINHA (Annona squamosa L.) MADURA NO MELHORAMENTO DO SABOR DO CACAU (Theobroma cacao L.)

O presente trabalho teve como objetivo estudar a obtenção e a utilização da enzima polifenoloxidase (PPO) extraída de polpa de pinha madura na redução do teor de compostos polifenólicos com a finalidade de diminuir a adstringência e o amargor das amêndoas de cacau processadas na forma de "nibs". A PPO foi extraída com tampão fosfato de potássio 0,025M (pH 7,5), adicionando sulfato de amônio para a precipitação da enzima. O material em pó obtido foi denominado de enzima parcialmente purificada, sendo que a análise de atividade enzimática foi realizada, utilizando-se de catecol como substrato. As características bioquímicas apresentadas foram pH de estabilidade de 6,0 a 6,5 e temperatura de estabilidade de 10 a 30°C. Os "nibs" foram autoclavados (121°C por 15 minutos) e não autoclavados de amêndoas cruas insuficientemente fermentadas e secas, da mesma origem, sendo embebidas em 25 mL de uma solução da enzima contendo 200 unidades/min/mL, durante 30; 60; 90; 210 e 360 minutos, a 23°C e pH 6,0. Os "nibs" foram homogeneizados com a solução de enzima a cada 15 minutos, secos, moídos e desengordurados. Após o tratamento enzimático durante 210 minutos realizado nos "nibs" de cacau desengordurado não autoclavados foi possível observar diminuição de 15% nas concentrações de fenóis totais, 15% de taninos, 10% de flavan-3-ois e 18% de antocianidinas. Os "nibs" de cacau desengordurado autoclavados apresentaram diminuição de 25% nas concentrações de fenóis totais, 26% de taninos, 23% de flavan-3-ois e 51% de antocianidinas.

Efeitos do alagamento do substrato no crescimento e na composição química de genótipos clonais de Theobroma cacao L.

O alagamento do solo pode promover alterações no metabolismo celular e causar desvios nas condições ótimas de crescimento das plantas, gerando uma condição de estresse. Objetivou-se no presente trabalho avaliar os efeitos do alagamento no crescimento e na nutrição mineral de seis clones de T. cacao (CP-49, CCN-10, CP-06, CEPEC-2007, CEPEC-2008 e PS-1319), para elucidar possíveis mecanismos de tolerância ao alagamento. Mudas clonais de T. cacao, com 6 meses de idade, foram submetidas ao alagamento, juntamente com o tratamento-controle (não alagado), por 30 dias. Observou-se, no final desse período, que o alagamento promoveu diminuição nas taxas de crescimento relativo radicular (exceto para CP-06) e de área foliar, acúmulo de matéria seca e incremento nas taxas de crescimento relativo caulinar (exceto para os clones CP-06 e CEPEC-2008) e assimilatória líquida (exceto para o clone alagado PS-1319) e de massa foliar específica para os clones CP-49, CCN-10 e CP-06. Os clones que sobreviveram aos 30 dias de alagamento apresentaram baixos valores de razão de área foliar. De modo geral, o alagamento do substrato acarretou deficiência na absorção de macro e micronutrientes minerais, exceto de Fe. Dentre os clones avaliados, o CP-49 foi tolerante e o CEPEC-2008 não tolerante ao alagamento. Os demais clones ficaram numa posição intermediária. Logo, o clone CP-49 tem grande potencial para ser cultivado em condições de alagamento.

Chemical, physico-chemical and sensory characterization of mixed açai (Euterpe oleracea) and cocoa´s honey (Theobroma cacao) jellies

Four formulations of mixed açaí (Euterpe oleracea) (A) and cocoa´s honey (Theobroma cacao) (CH) jellies were prepared according to the following proportions: T1 (40% A:60% CH), T2 (50% A:50% CH), T3 (60% A: 40% CH) and T4 (100% A - control). All formulations were prepared using a rate 60:40 (w/w) of sucrose and pulp, plus 0.5% pectin and the products reached to average of 65% soluble solids content. The jellies were analyzed by chemical and physicochemical (titratable acidity, pH, soluble solid content, dry matter, total protein, lipids, vitamin C and calories) and sensory characteristics; also were evaluated levels of P, K, Ca, Mg, Fe, Zn, Cu and Mn. It was used a hedonic scale of 7 points to evaluate the attributes: overall impression, spreadability, brightness, flavor, texture and color, and also was verified the purchase intention score. The titratable acidity and pH ranged from 0.46 to 0.64% and 3.35 to 3.64, respectively, that are within the range found at most fruit jellies. The soluble solids content ranged between 65.2 and 65.5 ºBrix. The sensory acceptance results showed that all treatments (T1, T2, T3 and T4) presented means of sensory attributes above 4, demonstrating good acceptance of the product, but the treatment T1 presented the higher scores for the evaluated attributes. Cocoa´s honey added a positive influence on the attributes of color, texture and spreadability.

Aproveitamento tecnológico do "mel de cacau" (Theobroma cacao L) na produção de geleia sem adição de açúcar

O "mel de cacau" é uma denominação regional do líquido transparente extraído da polpa do cacau, que cobre as sementes, antes do processo de fermentação do cacau. Este material é atrativo do ponto de vista de seus aspectos sensorial e tecnológico; entretanto, seu uso para o consumo ainda é restrito. O propósito deste estudo foi produzir geleia dietética usando o "mel de cacau" e realizar a caracterização química e sensorial dos produtos. Para a preparação das geleias, foram usados os seguintes ingredientes: pectina de baixo grau de metoxilação, polidextrose, sorbitol, maltitol, fosfato tricálcico, sorbato de potássio e cacau em pó. As geleias dietéticas estudadas foram: F1 (0,0015% taumatina e 0,005% sucralose); F2 (0,0015% taumatina e 0,002% acessulfame-k); F3 (0,005% sucralose e 0,002% acessulfame-k). Foi produzido, também, um tratamento-controle (com 40,0% de sacarose). Os dados químicos e sensoriais foram analisados por ANOVA, teste de Tukey e Mapa de Preferência Interno (MDPREF). O tratamento F3 (sucralose e acessulfame-k) foi a geleia dietética preferida dos consumidores. Esta diferiu significativamente (p<0.05) dos tratamentos F1 (taumatina e sucralose) e F2 (taumatina e acessulfame-k) em relação aos atributos cor, aroma de chocolate, gosto doce, gosto ácido, sabor de chocolate e consistência; obteve, também, maior nota para intenção de compra. O uso do adoçante taumatina mostrou-se inadequado por não prover doçura à geleia de "mel de cacau". Os resultados indicaram a viabilidade do aproveitamento tecnológico do "mel de cacau" como matéria-prima na preparação de geleia dietética, que apresentou boas características sensoriais e nutricionais.

Componentes fenólicos e enzimas oxidativas em clones de Theobroma cacao resistentes e suscetíveis a Crinipellis perniciosa

Os níveis de fenóis solúveis totais e a atividade das enzimas oxidativas polifenoloxidases e peroxidases foram estudados em tecidos foliares sadios dos clones de cacaueiro (Theobroma cacao) SCA 6, TSH 1188, TSH 565, TSH 516, EET 397, EET 62, TSA 641, SIAL 505, RIM 106, RIM 52, SIC 24 e UF 613, com o objetivo de estudar possível(is) mecanismo(s) de resistência de cacaueiro a Crinipellis perniciosa. Os níveis de fenóis solúveis totais foram mais elevados em clones de cacaueiro com resistência a C. perniciosa, e podem estar contribuindo na resposta de defesa contra o patógeno. A atividade de polifenoloxidases foi menor nos clones resistentes do que nos clones suscetíveis. A atividade de peroxidases em folhas maduras foi menor nos clones resistentes, mas em folhas jovens não foi possível estabelecer uma relação da atividade de peroxidase com os clones resistentes. Os níveis de fenóis e a atividade das enzimas oxidativas correlacionaram-se de forma inversa na maioria dos clones estudados, o que pode indicar uma inibição das enzimas peroxidases e polifenoloxidases pelos compostos fenólicos.