ABSTRACT Recently, the siRNAs pathways, and especially reproductive phasiRNAs, have attracted attention in eudicots since their biological roles are still unknown and their biogenesis took different evolutionary pathways compared to monocots. In this work, we used Coffea arabica L., a recently allotetraploid formed from the hybridization of C. canephora and C. eugenioides unreduced gametes, to explore microsporogenesis and small RNAs related pathways in a eudicot crop. First, we identified the microsporogenesis stages during anther development revealing that pre-meiosis occurs in anthers of 1.5 mm inside floral buds (FBs), whereas meiosis between 1.5 and 4.2 mm FBs, and post-meiosis in FBs larger than 4.2mm. These stages coincide with the Brazilian winter, a period of FBs reduced growth which suggests temperature sensitivity. Next, we identified and quantified the expression of reproductive 21- and 24-nt phasiRNAs during coffee anther development together with their canonical and novel miRNA triggers, and characterized the DCL and AGO families. Our results showed that the pattern of reproductive phasiRNA abundance in C. arabica is unique among described eudicots and the canonical trigger car-miR2275 is involved in the processing of both 21 and 24 nt phasiRNAs. Fourteen DCL genes were identified, but DCL5, related to phasiRNA biosynthesis in monocots, was not according to its specificity for monocots. Thus, our work explored the knowledge gap about microsporogenesis and related siRNAs pathways in coffee, contributing to the control of reproductive development and to the improvement of fertility in eudicots.

The Humulus lupulus L. (hops) is traditionally produced in temperate regions, historically attributed to the belief that vernalization was necessary for reproductive transition. Nevertheless, recent studies have revealed the potential for hop plants to flower in tropical and subtropical climates, thereby reshaping cultivation prospects once the developmental disparities are understood and adapted for optimized production. Here, we delved into the hop phenological cycle and the underlying floral regulatory pathways ultimately, seeking to devise strategies to modulate development and enhance production in regions with low latitudes. In contrast to cultivation in temperate regions, hops grown in the subtropical climate of Minas Gerais, Brazil, flower multiple times throughout the year, independently of the season. Hop is a short-day plant, and in Brazil, the photoperiod is consistently inductive due to daylight hours always being below the described threshold (16,5 h of light critical point). We observed that the reproductive transition of hop initiates after a specific number of nodes, 25 to 28, leading us to hypothesize that this process is primarily controlled by endogenous factors. To explore this issue, we first identified in the hop genome families of miRNAs related to reproductive transition, such as the families MIR156 and MIR172, and the PEBP family which includes the FLOWERING LOCUS T (FT). The expression of miR156 decreased along development inversely to miR172 and in synchrony with the upregulation of HlFT3 and HlFT5. These findings strongly support that the reproductive transition in hops under inductive photoperiodic conditions is primarily regulated by endogenous factors related to development and aging throughout the miRNA and FT-associated pathways. Thus, our study shedded light on the intricate molecular mechanisms that underlie hop floral development paving the way for potential advancements in hop production on a global scale.

Summary Non-coding and coding RNAs are key regulators of plant growth, development, and stress responses. To investigate the types of transcripts accumulated during the vegetative to reproductive transition and floral development in the Coffea arabica L., we sequenced small RNA libraries from eight developmental stages, up to anthesis. We combined this data with messenger RNA and PARE sequencing of two important development stages that marks the transition of an apparent latent to a rapid growth stage. In addition, we took advantage of multiple in silico tools to characterize genomic loci producing small RNAs such as phasiRNAs, miRNAs and tRFs. Our differential and co-expression analysis showed that some types of small RNAs such as tRNAs, snoRNAs, snRNAs and phasiRNAs preferentially accumulate in a stage- specific manner. Members of the miR482/miR2118 superfamily and their 21-nucleotide phasiRNAs originating from resistance genes show a robust co-expression pattern that is maintained across all the evaluated developmental stages. Finally, the majority of miRNAs accumulate in a family-stage specific manner, related to modulated hormonal responses and transcription factors expression. Societal Impact Statement This research holds potential to benefit millions of coffee-producing families in over 60 countries. We uncovered molecular regulatory mechanisms governing flower development, one of the causes for the Coffea arabica ’s uneven ripening. The absence of uniformity in coffee production, spanning from floral induction to branch senescence, has a detrimental impact on the final product’s quality. These insights will inform strategies for controlled coffee maturation, leading to improved, uniform harvests.