Endophytic microbial diversity in coffee cherries of Coffea arabica from southeastern Brazil

Abstract

The microbiota associated with coffee plants may play a critical role in the final expression of coffee quality. However, the microbial diversity in coffee cherries is still poorly characterized. Here, we investigated the endophytic diversity in cherries of Coffea arabica by using culture-independent approaches to identify the associated microbes, ultimately to better understand their ecology and potential role in determining coffee quality. Group-specific 16S rRNA and 26S rRNA genes polymerase chain reaction – denaturing gradient gel electrophoresis and clone library sequencing showed that the endophytic community is composed of members of the 3 domains of life. Bacterial sequences showing high similarity with cultured and uncultured bacteria belonged to the Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, and Firmicutes phyla. Phylogenetic analyses of cloned sequences from Firmicutes revealed that most sequences fell into 3 major genera: Bacillus, Staphylococcus, and Paenibacillus. Archaeal sequences revealed the presence of operational taxonomic units belonging to Euryarchaeota and Crenarchaeota phyla. Sequences from endophytic yeast were not recovered, but various distinct sequences showing high identity with filamentous fungi were found. There was no obvious correlation between the microbial composition and cultivar or geographic location of the coffee plant. To the best of our knowledge, this is the first report demonstrating internal tissue colonization of plant fruits by members of the Archaea domain. The finding of archaeal small-subunit rRNA in coffee cherries, although not sufficient to indicate their role as active endophytes, certainly expands our perspectives toward considering members of this domain as potential endophytic microbes.

Le microbiote associé aux plants de café peut jouer un rôle important dans l’expression finale de la qualité du café. Toutefois, la diversité du microbiote des cerises de café est encore mal caractérisée. Nous avons examiné ici la diversité des endophytes des cerises de Coffea arabica en utilisant des approches indépendantes de la culture afin d’identifier les microbes associés, ultimement pour comprendre leur écologie et leur rôle potentiel dans la détermination de la qualité du café. Une PCR–DGGE spécifique au groupe des gènes de l’ARNr 16S et 26S et le séquençage d’une banque de clones ont montré que la communauté des endophytes était composée de membres des trois domaines du vivant. Des séquences bactériennes présentant une forte similarité avec des bactéries cultivables et non cultivables appartenaient aux phylums des Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria et Firmicutes. Les analyses phylogéniques des séquences clonées des Firmicutes révélaient que la plupart des séquences correspondaient à trois genres principaux : Bacillus, Staphylococcus et Paenibacillus. Les séquences d’archées révélaient la présence d’UTO appartenant aux phylums des Euryarchaeota et Crenarchaeota. Des séquences de levures endophytes n’étaient pas récupérées, mais plusieurs séquences distinctes montrant une identité élevée avec les champignons filamenteux ont été trouvées. Il n’y avait pas de corrélation évidente entre la composition du microbiote et le cultivar ou la localisation géographique du plant de café. Au meilleur de notre connaissance, il s’agit du premier rapport qui démontre la colonisation du tissu interne de plantes à fruits par des membres du domaine des archées. La découverte de petites sous-unités d’ARNr dans les cerises de café, même si elle ne suffit pas à indiquer leur rôle comme endophytes actifs, élargit certainement nos perspectives pour considérer les membres de ce domaine comme microbes endophytes potentiels. [Traduit par la Rédaction]