Os recursos genéticos vegetais das coleções de germoplasma da Epagri

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Agrárias. Programa de Pós-graduação em Recursos Genéticos VegetaisFaz quase um século que se iniciaram as coletas dos materiais genéticos vegetais pelo mundo. Pesquisadores preocuparam-se apenas com o resgate de genótipos distintos e poucos registros foram adicionados aos acessos. As coleções perderam a eficiência ou não atenderam o propósito a que foram criadas. Em Santa Catarina a metodologia de introdução de germoplasma nas coleções assemelhou-se ao quadro mundial. Baseando-se na pressuposição de que as Estações Experimentais da Epagri-SC se constituem em um repositório considerável de germoplasma vegetal e que os acessos presentes nestas coleções não se encontram devidamente catalogados, manejados e conservados de forma a permitir atender os requisitos básicos das coleções, o presente trabalho teve como objetivo principal o levantamento prospectivo das informações dos recursos genéticos vegetais sob domínio da Epagri no Estado de SC e fornecer subsídios para o estabelecimento de políticas relacionadas à sua coleta, conservação, manejo e melhoramento. O trabalho foi composto por três partes distintas. Os antecedentes foram fundamentados em pesquisa bibliográfica com a discussão dos principais aspectos da gestão dos recursos genéticos vegetais catarinenses: planejamento estratégico, integridade genética, finalidade das coleções, aspectos da legislação nacional, coleta, tamanho dos acessos e das coleções, regeneração, documentação, infra-estrutura e recursos humanos. A segunda parte apresenta o levantamento dos 12.456 acessos contidos nas 10 Estações Experimentais da Epagri, envolvendo quarenta e três coleções e quatro bancos ativos, comportando 150 famílias e 1469 espécies. As coleções destinam-se prioritariamente ao melhoramento vegetal e evidenciam quantidade expressiva dos acessos de frutíferas, cereais, forrageiras, raízes e tubérculos. Destacam-se as formas de obtenção associadas à coleta e transferência e a conservação no campo e em câmaras secas. As coleções das culturas específicas comportam alta variabilidade e são ricas em diversidade genética. No entanto, foram detectadas grandes lacunas na caracterização e avaliação dos acessos. A manutenção destes acessos justifica-se pela baixa freqüência de duplicatas, tanto entre as coleções da Epagri quanto entre as nacionais. Na última parte deste estudo buscaram-se informações da viabilidade do material armazenado na forma de sementes. Foram realizados testes de viabilidade, germinação e índice de vigor de espécies representativas em quantidade de acessos nas coleções. Verificou-se que o período médio de longevidade dos acessos ocorre em médio prazo (entre 14 e 25 anos) e que adequar a forma e os métodos de conservação é possível aumentar a longevidade. Por fim, considera-se que as coleções das EE da Epagri-SC mantêm acessos geneticamente, economicamente e biologicamente representativos. O estudo aborda aspectos estratégicos específicos que visam aumentar a eficiência do uso, conservação e gestão do germoplasma vegetal

Avaliação fisiológica das sementes armazenadas em coleções de germoplasmas da Epagri

  The physiological state of several species maintained at Epagri’s germplasm collections was studied by means of viability and germination tests, and vigor index. Species of  Phaseolus vulgaris, Allium cepa, Oriza sativa, Paspalum dilatatum, Bromus auleticus, Trifolium repens and Adesmia tristis had ten accessions sampledeach one. By the statistical analysis it was observed that the evaluation methods were adequate for monitoring these accessions. The seeds of these accessions had viability ranging from 18 to 32 years and the physiological degradation was dependent on the species and storage conditions.Estudou-se o estado fisiológico das sementes de várias espécies mantidas nas coleções de germoplasma da Epagri por meio de testes de viabilidade, germinação e índice de vigor. Dez acessos foram amostrados para cada uma das espécies: Phaseolus vulgaris, Allium cepa, Oriza sativa, Paspalum dilatatum, Bromus auleticus, Trifolium repens e Adesmia tristis. A análise de dados indicou que os métodos de avaliação se prestam ao monitoramento dos acessos, cujas sementes, nestas condições, apresentaram longevidade estimada entre 18 e 32 anos e degradação fisiológica dependente da espécie e do ambiente de armazenagem

Coffea leaf rust: genetic, physical mapping and analysis of the gene expression in response to infection the H. vastatrix

A ferrugem alaranjada causada pelo fungo biotrófico Hemileia vastatrix é uma das doenças que mais causa prejuízos econômicos aos cafeicultores. O melhoramento genético de cafeeiros visando obtenção de cultivares resistentes é lento e os estudos moleculars de identificação dos genes de resistência a H. vastatrix ainda são pouco informativos. Este estudo teve como objetivo obter informações de genética estrutural e funcional desta interação incompatível. Avaliou- se uma população UFV F2421-4 (Híbrido de Timor x Catuaí) com 224 cafeeiros segregantes para um gene que confere resistência a raça II de H. vastatrix. Foi obtido um mapa genético saturado com 25 marcadores AFLP que possibilitou a elaboração do mapa genético de alta densidade com 6 marcadores SCARs delimitando uma região cromossômica de 9,45 cM e flanqueando o gene de resistência a 0,7 e 0,9 cM. Os marcadores SCARs constituem-se as primeiras ferramentas disponíveis para estratégias para obter a resistência à ferrugem do cafeeiro por seleção assistida por marcadores moleculares. O mapa genético de maracdores SCARs orientou a construção do contig com 4,7 cM e ~360 kb, obtido pelo ordenamento de 5 clones BAC que continham simultânea a presença de dois marcadores. Foram isolados dois clones BAC portadores dos marcadores que flanqueiam o gene de resistência compreendendo a uma região ~120 kb. A obtenção do contig possibilitará a clonagem do primeiro gene de resistência a ferrugem em café. No estudo de expressão gênica diferencial foram identificados 108 Fragmentos Derivados de Transcritos (TDF) através da técnica de cDNA- AFLP, sendo 93 desta similares com genes envolvidos em processos biológicos de metabolismo, crescimento, ativação gênica, sinalização, respostas de defesa e degradação controlada de proteínas. Destes, foram selecionados 21 TDFs potencialmente envolvidos na sinalização e respostas de defesa para a análise de expressão por PCR em tempo real. Os genes selecionados são ativados 12 h pós-inoculação. Aqueles classificados como envolvidos na sinalização apresentaram maior expressão 24 h após a inoculação e para defesa, aumentaram a expressão exponencialmente até 72 h. Para TDFs similares a genes de sinalização, o maior nível de expressão foi observado para um gene NBS-LRR e, para a resposta de defesa, um gene que codifica para proteínas relacionadas à patogênese PR5 (semelhantes à Taumatina). O TDF NBS-LRR é um gene candidato do reconhecimento do elicitor do patógeno e PR5 pode ter um importante papel na resposta de defesa em cafeeiro. A identificação de genes diferencialmente expressos em cafeeiro constitui-se numa importante informação para compreender o mecanismo molecular de resistência à ferrugem.The coffee leaf rust it is caused by the biothrofic fungus Hemileia vastatrix is one diseases that more it causes economical damages. The coffee breeding for obtaining for resistance plants it is slow and the moleculars studies of identification for resistance genes to H. vastatrix are still few informative. This study had as objective to obtain information structural and functional genetics of this incompatible interaction. A population UFV F2421-4 was evaluated (Hibrido de Timor x Catuaí) with 224 coffee plants segregants for a gene for resistance for H. vastatrix race II. It was obtained a genetic map saturated with 25 AFLP markers that made possible the elaboration of the genetic map of high density with 6 SCARs markers delimiting a chromosomal region of 9,45 cM and flanking to resistance gene the 0.7 and 0.9 cM. The SCARs markers are first available tools it is constituted for strategies to obtain the resistance for coffee leaf rust by molecular markers assisted selection. The genetic mapping SCARs markers guided the construction of the contig with 4.7 cM and ~360kb, obtained of the ordering of 5 clones BAC that contained simultaneous the presence of two markers. They were isolated two clones BAC bearers of the markers that flanking the resistance gene into region ~120 kb. The obtaining of the contig will make possible the cloning of the first resistance gene the coffee leaf rust. In the study of genic expression were identified 108 Transcripts- Derived Fragments (TDF) through the cDNA-AFLP technique, being 93 of this similar with genes involved in biological processes of metabolism, growth, genic activation, signalling, defense response and protein controlled degradation. Of these, 21 TDFs were selected potentially involved in the signalling and defense response for the expression analysis for Real Time PCR. The selected genes are activated 12 h pósinoculation. Those classified as having involved in the signalling presented more expression 24 h pós-inoculation and for defense, increased the expression exponentially up to 72 h. Similar TDFs to signalling genes, the largest expression level was observed for a gene NBSLRR and, for the defense, a gene that codifies for pathogenesis-related protein PR5 (similar to Thaumatin). TDF NBS-LRR is a gene candidate of the recognition for elicitor of pathogen and PR5 can have an important ativity in the defense in coffee plant. The identification gene differentility expressed is constituted in an important information to understand the molecular mechanism of resistance for coffee leaf rust.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

High-density genetic mapping for coffee leaf rust resistance

Coffee leaf rust caused by the fungus Hemileia vastatrix causes considerable economic losses for coffee producers. Although agrochemical products can provide sufficient disease control, the use of resistant cultivars is a safer alternative. This resistance may be constrained by one or a few genetic factors, mainly those found in material originating from interspecific hybrids. In this study, the genetic analysis of an F 2 population consisting of 224 plants derived from a crossing of Híbrido de Timor UFV 427-15 (resistant) with Catuaí Amarelo IAC 30 (susceptible) showed that a dominant gene confers the resistance of coffee to race II of H. vastatrix. From a genetic map saturated with 25 amplified fragment length polymorphism (AFLP) markers linked to the resistance gene, we developed a high-density genetic map with six sequence-characterized amplified region (SCAR) markers delimiting a chromosomal region of 9.45 cM and flanking the dominant gene at 0.7 and 0.9 cM. This is the first saturated and high-density genetic map obtained from this region containing the resistance gene. The results of this study are of great importance for the introduction of molecular markers for marker-assisted selection; they will also facilitate studies related to the cloning, structure, and function of race-specific genes involved in the resistance of coffee trees to H. vastatrix

Leaf-level carbon isotope discrimination and its relationship with yield components as a tool for cotton phenotyping in unfavorable conditions

The initial goal of this study was to measure the efficiency of carbon isotope discrimination (Δ) in distinguishing between cotton plant genotypes subjected to two water regimes. In addition, ∆ measurements, leaf water potential and gas exchange ratios were monitored. Using Brazilian breeding lines, this study also tested the usability of ∆ as a proxy for selecting high-performing yield components in cotton plants grown in unfavorable conditions, particularly water deficiency. For these experiments, ∆ and yield components were measured and their correlations analyzed. Differences among cotton genotypes for Δ (p < 0.0001) were verified, and it was found that this variable was significantly correlated with gas exchange. There was a significant positive correlation between Δ and seed cotton yield only in the site experiencing severe water deficiency (Santa Helena de Goiás). However, Δ had a significant negative correlation with fiber percentage. Our results indicate that Δ is a suitable tool for cotton phenotyping, and it may be applied in cotton breeding programs that aim to produce high-performing yield components in unfavorable conditions.

A new set of differentially expressed signaling genes is early expressed in coffee leaf rust race II incompatible interaction

New races of coffee rust are overcoming resistance genes available in germplasm and cultivated cultivars and bringing recently some coffee-producing countries in severe economic challenge. The objective of this study was to identify the genes that are linked to host resistance to the major coffee rust race II. In our study, we have identified and studied a segregating population that has a single monogenic resistant gene to coffee rust. Coffee leaves of parents, resistant, and susceptible genotypes of the F2 generation plants were inoculated with pathogen spores. A differential analysis was performed by combined cDNA-AFLP and bulk segregant analysis (BSA) in pooled samples collected 48 and 72 h postinoculation, increasing the selectiveness for differential gene expression. Of 108 differential expressed genes, between 33,000 gene fragments analyzed, 108 differential expressed genes were identified in resistant plants. About 20 and 22 % of these resistant-correlated genes are related to signaling and defense genes, respectively. Between signaling genes, the major subclass corresponds to receptor and resistant homolog genes, like nucleotide-binding site leucine-rich repeat (NBS-LRR), Pto-like, RLKs, Bger, and RGH1A, all not previously described in coffee rust responses. The second major subclass included kinases, where two mitogen-activated kinases (MAPK) are identified. Further gene expression analysis was performed for 21 selected genes by real-time PCR gene expression analysis at 0, 12, 24, 48, and 72 h postinoculation. The expression of genes involved in signaling and defense was higher at 24 and 72 h after inoculation, respectively. The NBS-LRR was the more differentially expressed gene between the signaling genes (four times more expressed in the resistant genotype), and thraumatin (PR5) was the more expressed between all genes (six times more expressed). Multivariate analysis reinforces the significance of the temporal separation of identified signaling and defense genes: early expression of signaling genes support the hypothesis that higher expression of the signaling components up regulates the defense genes identified. Additionally the increased gene expression of these two gene sets is associated with a single monogenic resistance trait to to leaf coffee rust in the interaction characterized here