Comportamento meiótico de híbridos interespecíficos entre tetraplóides artificiais de Brachiaria ruziziensis e tetraplóides apomíticos de B. brizantha (Poaceae)

O comportamento meiótico de quatro híbridos interespecíficos promissores de Brachiaria foi avaliado por metodologia citogenética convencional. Os genitores femininos eram dois acessos sexuais tetraploidizados artificialmente de B. ruziziensis (R41 e R44, 2n = 4χ = 36), os quais foram cruzados com um genσtipo tetraplσide natural apomítico agronomicamente superior de B. brizantha (B140 - BRA003395). Três deles (HBGC313, HBGC 315 e HBGC324) eram sexuais e um (HBGC325) apomítico. A análise de algumas células em diacinese revelou a presença de configurações cromossômicas multivalentes, sugerindo que recombinação genética e introgressão de alguns genes poderão estar presentes. Os quatro híbridos apresentaram freqüências e tipos variados de anormalidades meióticas. Anormalidades relacionadas à segregação irregular de cromossomos devido à poliploidia foram comuns entre os híbridos e caracterizadas pela presença de cromossomos em ascensão para os pólos e cromossomos retardatários, ambos levando à formação de micronúcleos em telófases e tétrades e, como conseqüência, gametas desbalanceados. Uma anormalidade genótipo-específica, relacionada à orientação do fuso (uma possível mutação fuso divergente) foi observada pela primeira vez em dois dos híbridos, HBGC313 e HBGC325. O híbrido sexual HBGC324 apresentou menor freqüência de anormalidades meióticas, podendo ser usado como genitor feminino em futuros cruzamentos no programa de melhoramento. A frequência e os tipos de anormalidades observadas podem afetar a fertilidade e a produção de sementes. Com base nos resultados, o híbrido HBGC324 é recomendado para o programa de melhoramento. Híbridos devem produzir grande quantidade de sementes viáveis, além de matéria seca com alto valor nutritivo para serem amplamente utilizados na produção de pastagens. Devido à pseudogamia, os híbridos apomíticos superiores necessitam de grãos de pólen viáveis para fertilizar o núcleo secundário do saco embrionário assegurando o desenvolvimento vigoroso do endosperma e a produção de sementes.The meiotic behavior of four interspecific promising hybrids was evaluated by conventional cytological methods. The female genitors were two artificially tetraploidized sexual accessions of B. ruziziensis (R41 and R44, 2n = 4χ = 36), which were crossed to an agronomically superior natural tetraploid apomictic genotype of B. brizantha (B140 - BRA003395). Three of them (HBGC313, HBGC 315, and HBGC324) were sexual and one (HBGC325) apomictic. Analyses of some cells in diakinesis revealed multivalent chromosome configurations, suggesting that genetic recombination and introgression of some genes could be present. The four hybrids had different types of meiotic abnormalities at various frequencies. Abnormalities related to irregular chromosome segregation due to polyploidy were common among these hybrids, and characterized by precocious chromosome migration to the poles, laggard chromosomes, both generating micronuclei in telophases and tetrads and, as a consequence, unbalanced gametes. One abnormality genotype-specific, related to spindle orientation (a putative divergent spindle mutation), was recorded for the first time in two of the hybrids, HBGC313 and HBGC325. The sexual hybrid HBGC324 had the lower rate of abnormalities, and it could be used as a female genitor in future crosses in the breeding program. The abnormalities present in these hybrids may impact fertility and affect seed production. Based on the results, HBGC324 is the single hybrid recommended to the breeding program. Hybrids must produce a good amount of viable seeds, besides good overall dry matter production and nutritive value, in order to be widely utilized and adopted in production systems. Due to pseudogamy, the desirable superior apomictic hybrids need viable pollen grains to fertilize the secondary nucleus of the embryo sac and thus ensure normal and vigorous endosperm development and plenty of seed set

Microsporogenesis in Brachiaria bovonei (Chiov.) Robyns and B. subulifolia (Mez) Clayton (Poaceae)

Some African species of Brachiaria have been introduced into the Americas and became the most important forage for pastures in the tropics. New cultivars can be obtained either from direct selections from the natural existing variability in the germplasm collections or from interspecific hybridizations. Polyploidy is predominant in the genus Brachiaria and correlated with apomixis which complicates hybridization. The objective of cytological studies underway on the Brachiaria germplasm collection at Embrapa Beef Cattle is to determine the chromosome number and meiotic behavior of accessions. For the breeding of Brachiaria species, compatible sexual and apomictic accessions need to be identified. Microsporogenesis was evaluated in two accessions of Brachiaria bovonei (BO01 and BO05) and one accession of B. subulifolia (SU01). BO01 is pentaploid (2n = 5x = 45), BO05 is tetraploid (2n = 4x = 36), and SU01 is hexaploid (2n = 6x = 54), derived from x = 9. Meiotic abnormalities typical of polyploids, characterized by precocious chromosome migration to the poles in metaphases, laggard chromosomes in anaphases, and micronuclei in telophases and tetrads, were recorded in high frequency in all the accessions generating unbalanced gametes. Both accessions of B. bovonei presented chromosome stickiness. The results are discussed in the view of the Brachiaria breeding program objectives.Algumas espécies africanas de Brachiaria foram introduzidas nas Américas e tornaram-se importantes pastagens nos trópicos. Novas cultivares podem ser obtidas por seleção direta da variabilidade genética existente na coleção de germoplasma ou por hibridização interespecífica. Poliploidia é predominante no gênero Brachiaria e correlacionada com apomixia, o que complica a hibridização. O objetivo dos estudos citogenéticos na coleção de germoplasma de Brachiaria da Embrapa Gado de Corte é determinar o número de cromossomos e o comportamento meiótico dos acessos. A microsporogênese foi avaliada em dois acessos de Brachiaria bovonei (BO01 e BO05) e um acesso de B. subulifolia (SU01). BO01 é pentaplóide (2n = 5x = 45), BO05 é tetraplóide (2n = 4x = 36), e SU01 é hexaplóide (2n = 6x = 54), todos derivados de x = 9. Anormalidades meióticas típicas de poliplóides, caracterizadas por migração precoce de cromossomos para os pólos em metáfases, cromossomos retardatários em anáfases, e micronúcleos em telófases e tétrades foram observadas em alta freqüência em todos os acessos gerando gametas geneticamente desbalanceados. Ambos os acessos de B. bovonei apresentaram aderências cromossômicas. Os resultados são discutidos sob o ponto de vista dos objetivos do melhoramento genético

Leaf Transcriptome Of Two Highly Divergent Genotypes Of Urochloa Humidicola (poaceae), A Tropical Polyploid Forage Grass Adapted To Acidic Soils And Temporary Flooding Areas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Urochloa humidicola (Koronivia grass) is a polyploid (6x to 9x) species that is used as forage in the tropics. Facultative apospory apomixis is present in most of the genotypes of this species, although one individual has been described as sexual. Molecular studies have been restricted to molecular marker approaches for genetic diversity estimations and linkage map construction. The objectives of the present study were to describe and compare the leaf transcriptome of two important genotypes that are highly divergent in terms of their phenotypes and reproduction modes: the sexual BH031 and the aposporous apomictic cultivar BRS Tupi. Results: We sequenced the leaf transcriptome of Koronivia grass using an Illumina GAIIx system, which produced 13.09 Gb of data that consisted of 163,575,526 paired-end reads between the two libraries. We de novo-assembled 76,196 transcripts with an average length of 1,152 bp and filtered 35,093 non-redundant unigenes. A similarity search against the non-redundant National Center of Biotechnology Information (NCBI) protein database returned 65 % hits. We annotated 24,133 unigenes in the Phytozome database and 14,082 unigenes in the UniProtKB/Swiss-Prot database, assigned 108,334 gene ontology terms to 17,255 unigenes and identified 5,324 unigenes in 327 known metabolic pathways. Comparisons with other grasses via a reciprocal BLAST search revealed a larger number of orthologous genes for the Panicum species. The unigenes were involved in C4 photosynthesis, lignocellulose biosynthesis and flooding stress responses. A search for functional molecular markers revealed 4,489 microsatellites and 560,298 single nucleotide polymorphisms (SNPs). A quantitative real-time PCR analysis validated the RNA-seq expression analysis and allowed for the identification of transcriptomic differences between the two evaluated genotypes. Moreover, 192 unannotated sequences were classified as containing complete open reading frames, suggesting that the new, potentially exclusive genes should be further investigated. Conclusion: The present study represents the first whole-transcriptome sequencing of U. humidicola leaves, providing an important public information source of transcripts and functional molecular markers. The qPCR analysis indicated that the expression of certain transcripts confirmed the differential expression observed in silico, which demonstrated that RNA-seq is useful for identifying differentially expressed and unique genes. These results corroborate the findings from previous studies and suggest a hybrid origin for BH031.17Brazilian National Council for Scientific and Technological Development (CNPq) [478262/2004-3, 502336/2005-6, 482458/2007-0]Computational Biology Program from Coordination of Superior Level Staff Improvement [CAPES 15/2013]State of Sao Paulo Research Foundation (FAPESP) [2008/52197-4]FAPESP [2013/14903-2, 2013/20447-0]CNPq [150719/2015-9, 307430/2007-3]Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

IMPORTÂNCIA DA ESTIMATIVA DO FLUXO GÊNICO EM GRAMÍNEAS DE CLIMA TROPICAL PARA O MELHORAMENTO GENÉTICO DE PLANTAS

O fluxo gênico, ou escape gênico, é definido como a troca de alelos entre indivíduos, isto é, a transferência de alelos de uma variedade/espécie para outra. Os fatores climáticos, como velocidade e direção do vento, temperatura e umidade relativa podem interferir no fluxo gênico por afetar a distância, a duração e a quantidade de pólen liberado. A utilização da engenharia genética nos programas de melhoramento genético de forrageiras tropicais e a falta de informação sobre o fluxo gênico nessas gramíneas gerou a necessidade de se conhecer o fluxo de genes em espécies de valor econômico, principalmente do gênero Brachiaria e Panicum por serem as mais utilizadas na dieta de ruminantes no Brasil. Os objetivos desta revisão foi esclarecer o que é o fluxo gênico e como pode ocorrer na natureza; além disso, mostrar os modelos experimentais de investigação usados no melhoramento genético de plantas forrageiras e gerar conhecimento para futuras aplicações em sistemas agrícolas transgênicos com espécies dos gêneros Brachiaria e Panicum em regiões tropicais. O fluxo gênico é um evento natural entre diferentes espécies de plantas e pode ser controlado por barreiras físicas, temporais ou modo de reprodução. O delineamento mais utilizado para a investigação de fluxo gênico em gramíneas é o concêntrico, e análises moleculares são excelentes ferramentas para auxiliar na investigação de fluxo gênico em plantas. Conhecer o fluxo gênico em plantas é indispensável para garantir a liberação e regularização de eventos geneticamente modificados. Palavras-chave: Escape gênico. Forrageiras. Brachiaria. Panicum. Pólen

Agronomic performance of palisade grass genotypes in succession to soybean

O objetivo deste trabalho foi avaliar o desempenho agronômico de genótipos de capim-braquiária [Urochloa brizantha (Syn. Brachiaria brizantha)] em sucessão à soja, para uso em sistemas de integração lavoura-pecuária. Os genótipos Marandu, MG 4, Xaraés, Piatã, Arapoty e B 6, foram avaliados na safrinha, durante a estação seca, e a soja na safra de verão, em esquema de sucessão, de 2007 a 2010. Em cada ano, as forrageiras foram semeadas em março, avaliadas em cortes sucessivos até o final de setembro e dessecadas em outubro para a realização do plantio direto da soja em novembro. Utilizou-se o delineamento de blocos ao acaso, com quatro repetições. Xaraés e B 6 estiveram entre os genótipos com maior produção de forragem. A cultivar Xaraés apresentou menores teores de proteína bruta, digestibilidade in vitro da matéria orgânica, cálcio e fósforo, embora esses teores possam ser considerados bons para o gênero, uma vez que o solo de cultivo apresentava boa fertilidade. Há variação entre os genótipos de U. brizantha quanto ao desempenho na safrinha. A cultivar Xaraés e o genótipo B 6 destacam-se para compor sistemas de produção integrados com lavoura. Os genótipos MG 4 e B6 são facilmente dessecados com o herbicida glifosato. A produtividade de grãos de soja não é significativamente afetada pelo cultivo em sucessão aos genótipos de U. brizantha.The objective of this work was to evaluate the agronomic performance of palisade grass genotypes [Urochloa brizantha (Syn. Brachiaria brizantha)] in succession to soybean, for use on crop-livestock integration systems. The Marandu, MG 4, Xaraés, Piatã, Arapoty e B 6 genotypes were evaluated as a second crop, during the dry season, and soybean, in the summer crop, in a succession scheme, from 2007 to 2010. In each year, forages were sown in March and evaluated at successive cuts until late September, then desiccated in October to allow for no-tillage soybean seeding in november. A randomized complete block design with four replicates was used. Xaraés and B 6 genotypes were among those with higher forage production. The Xaraés cultivar showed lower contents of crude protein, in vitro digestibility of organic matter, calcium, and phosphorus, which, however, can be considered good for this genus, since it was grown in fertile soil. There is variation among U. brizantha genotypes as to their performance in the second crop. The Xaraés and B 6 genotypes show better performance in succession to soybean, in integrated production systems. The MG 4 and B 6 genotypes are easily desiccated with glyphosate herbicide. Soybean yield is not significantly affected by the cultivation in succession to the U. brizantha genotypes

Physical Impediment Towards Digestive Breakdown in Leaf Blades of Brachiaria Brizantha

Consumption of grasses is influenced by the physical properties of forages which confer resistance to digestive breakdown. Such barriers may be the proportion of indigestible tissues, girder structure and epidermal cell arrangements. Anatomical factors, if identified early are invaluable tools in breeding and selection programmes for forages of high quality. The objective of this study was to verify which anatomical attributes might be interfering in the physical resistance to rumen breakdown in Brachiaria brizantha ecotypes

Screening \u3ci\u3eBrachiaria\u3c/i\u3e Introductions for Resistance to Spittlebugs (Homoptera: Cercopidae)

Spittlebugs are the most evident and damaging pests of Signal grasses (Brachiaria) in tropical America. Damage caused by these insects can result in the complete loss of available forage, thereby reducing the carrying capacity of infested pastures. Host plant resistance is a low-cost method of controlling insects. High level of spittlebug resistance is found in the cultivar Marandu (B. brizantha), but it requires more fertile soils. Brachiaria germplasm provided by the International Center for Tropical Agriculture (CIAT) is available at National Beef Cattle Research Center of the Brazilian Agricultural Research Corporation (Embrapa Beef Cattle) and it is being screened for spittlebug resistance. In the present study, 23 introductions of Brachiaria were evaluated for resistance to the spittlebug Deois flavopicta, based on the parameters: nymphal survival and nymphal period. The introductions CIAT 16125 and CIAT 16309, both B. brizantha, were selected as resistant in this test. Given the great number of available introductions and hybrids, tests like this have been conducted routinely at Embrapa Beef Cattle. A total of 551 introductions and hybrids have already been screened in the past few years. As a result 40 introductions and 11 hybrids were found resistant. The aim of continuing evaluations is to release new spittlebug resistant Brachiaria cultivars

Development of \u3ci\u3eMegathyrsus maximus\u3c/i\u3e Genotypes for Intensification of Cattle Rearing in Brazil

Megathyrsus maximus is a forage species used over 30 million hectares in Brazil and in the surrounding countries for intensification of the cattle production systems. Due to the large area and distinct biomes in which it is used, there is a need to continuously develop more productive and adapted cultivars to each biome and use. Three apomictic accessions were crossed with five sexual plants at Embrapa Beef Cattle in Campo Grande, MS, Brazil in 2014. More than 1100 hybrids were planted in a spaced-plant field and evaluated visually for regrowth after cuts and for disease and pest damage. In 2016, the best 154 hybrids together with the parentals and standards were planted in small plots with replication, and evaluated for two years for forage production and quality under a harvest cutting regime. From the nine harvests performed, the best twenty-three hybrids and four standards were planted to a field on 12 m2 plots with three replications on February 2019. These genotypes were evaluated under cuts every 35 days in the rainy season and at the end of the dry season in a total of 10 harvests. Leaf dry matter yield varied from 6.0 to 15.1 tons ha-1 with a dry season percentage of 5.7 to 12.8%. Leaf percentage varied from 59 to 92% and seed yield from 50 to 158 kg ha-1. The genotypes were grouped taking into account production, quality and morphological characteristics. Selection of the best ones is presented and discussed viewing evaluation under grazing before release in the market