Resistência múltipla de Coffea Canephora Conilon A Meloidogyne spp : mecanismos e genes candidatos

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Fitopatologia, Programa de Pós-Graduação em Fitopatologia, 2015.O cafeeiro é uma das culturas mais importantes para o Brasil, sendo fonte de divisas para os países tropicais produtores. Das mais de 90 espécies do gênero Coffea, C. arabica e C. canephora são as espécies cultivadas comercialmente. Os grãos de C. arabica são mais consumidos e apreciados no mundo, mas C. canephora possui uma parte importante do mercado no que se refere à produção de café solúvel e blends com C. arabica, além de ser fonte de resistência a patógenos como os nematoides das galhas. Espécies do gênero Meloidogyne constituem um dos mais importantes fitopatógenos por sua polifagia, causando danos e perdas consideráveis em culturas importantes, como o cafeeiro. Cultivares de C. canephora têm sido usadas como porta enxertos para C. arabica e, programas de melhoramento vem produzindo plantas que podem ser promissoras no controle desse patógeno. No entanto, até o presente momento, esses genótipos foram resistentes a uma ou duas espécies de Meloidogyne. Os objetivos desse trabalho foram: buscar fontes de resistência às populações de Meloidogyne em clones de C. canephora desenvolvidos pelo Instituto Capixaba de Pesquisa e Extensão Rural (INCAPER); observar os possíveis mecanismos de resistência envolvidos e também quais genes poderiam ser candidatos à resistência. No primeiro instante, clones de C. canephora população Conilon foram avaliados quanto à resistência a seis populações de Meloidogyne. Nesse primeiro ensaio, descobriu-se que o clone 14, já previamente avaliado como tolerante a seca, foi resistente a todas as populações testadas do patógeno. Por meio de histopatologia, observou-se no clone 14 inoculado com M. paranaensis e M. incognita, através da histopatologia, morte celular e reação de hipersensibilidade tanto no período inicial de infecção do patógeno, quanto nos dias finais da observação, nas células ao redor dos poucos nematoides que conseguiram iniciar o sítio de alimentação. Não houve desenvolvimento do nematoide nem produção de ovos observados através da microscopia e a penetração dos juvenis também foi sensivelmente menor no clone 14 resistente quando comparado aos cafeeiros suscetíveis. Não houve diferença na reação de resistência da planta entre as duas espécies/populações de nematoides das galhas usadas no estudo da histopatologia. Raízes do clone 14 e do padrão de suscetibilidade clone 22, foram inoculadas com M. paranaensis e retiradas nos mesmos moldes do ensaio de histopatologia, para a extração de RNA e produção de cDNA para serem utilizados no sequenciamento e qPCR, respectivamente. Foi observada diferença na expressão de genes de resistência, genes relacionados à produção de lignina, cisteína protease e inibidor de cisteína protease e no hits, dentre outros, entre os clones resistente e suscetível. No caso da cisteína protease e lignina-forming, a expressão foi 3.000 e 6.000 vezes maior no clone resistente que no clone suscetível a M. paranaensis nos dias finais do ciclo do nematoide, coincidindo com o período de intensa morte celular e reação de hipersensibilidade na raiz do clone 14. Os resultados demonstraram que o clone 14 pode ser importante fonte de genes relacionados com a resistência à Meloidogyne spp. e que esses genes devem ser estudados mais profundamente no futuro a fim de obter maior conhecimento sobre os mecanismos moleculares envolvidos no processo de resistência aos nematoides das galhas e os possíveis pontos de intersecção entre os estresses bióticos e abióticos. __________________________________________________________________________________________________________ ABSTRACTCoffee is one of the most important crops in Brazil and worldwide, a source of income for tropical countries that produce it. Among more than 90 species of the genus Coffea, C. arabica and C. canephora are the only commercially cultivated ones. Coffea arabica grains are more appreciated and consumed worldwide, but C. canephora has an important share of the market regarding soluble coffee and C. arabica blends production. It is also a source of resistance to coffee pathogens, such as root-knot nematodes. Meloidogyne species are some of the most important phytopathogens, due to their polyphagic habits, and cause considerable damage and loss in several major crops alongside coffee. Coffea canephora cultivars have been used as rootstocks for C. arabica and breeding programs have produced promising plants to control these pathogens. However, to date, these genotypes were resistant to only one or two species of Meloidogyne. The goals of the present study were to search for sources of resistance to Meloidogyne populations in C. canephora clones developed by the “Instituto Capixaba de Pesquisa e Extensão Rural” (INCAPER) and observe possible resistance mechanisms involved in and which genes could be candidates to resistance. Initially, clones of C. canephora, Conilon population, were evaluated for resistance and susceptibility to six Meloidogyne populations. In this first experiment, it was found that clone 14, previously reported as drought tolerant, was resistant to all six tested pathogen populations. Histopathology studies in roots of clone 14 plants, inoculated with M. incognita and M. paranaensis, evidenced cell death and hypersensibility reactions, both during initial and final days of infection, in cells around the few nematodes that induced feeding sites. Microscopy showed no nematode development or production of eggs, and penetration of juveniles was also significantly lower in the resistant clone 14 when compared to susceptible trees. There was no significant difference in the plant resistance reaction observed between the two Meloidogyne species used in histopathology studies. Roots of clone 14 and of the pattern of susceptibility, clone 22, were inoculated with M. paranaensis and collected, as in the histopathology assay, for RNA extraction (sequencing) and production of cDNA (qPCR). Differences were observed between both clones in the expression of genes related to resistance and lignin production, cysteine proteases, cysteine protease inhibitors and no hits, among others. Gene overexpression went 3.000 and 6.000 times higher for cysteine proteases and lignin formation, respectively, in resistant clones when compared to the susceptible ones when inoculated with M. paranaensis, in the final days of the nematode life cycle. It was coincident with intense cell death and hypersensibility reaction periods observed in roots of clone 14 plants. Results show that clone 14 may be an important source of genes related to resistance to Meloidogyne spp. and those should be further studied to understand more accurately the molecular mechanisms involved in resistance to root-knot nematodes and possible points of intersection between biotic and abiotic stresses

Reação de diferentes culturas para controlar Meloidogyne ethiopica

Dois experimentos foram realizados em casa de vegetação, visando a caracterização de resistência ou suscetibilidade de 52 espécies vegetais a Meloidogyne ethiopica e os seus possíveis efeitos adversos sobre a população do nematóide, em condições de casa de vegetação. As plantas que apresentaram o Fator de Reprodução menor que um (FR1.0). Alguns sistemas de rotação de culturas alternando plantas de verão e de inverno não hospedeiras foram sugeridos para realização de experimentos a campo para validar os resultados de casa de vegetação.Two greenhouse experiments were carried out to characterize the resistance or susceptibility reactions of 52 species of plants to Meloidogyne ethiopica and their possible adverse effect on nematode population under greenhouse conditions. Tested plants with Reproduction Factor less than one (RF<1.0) were rated as non-hosts or resistant, including: peanut (Arachis hypogaea) 'Cavalo Vermelho', forage pigeon peas (Cajanus cajan) 'IAPAR 43'and 'PPI 832', Crotalaria grantiana, C. apioclice, C. spectabilis, dwarf velvet bean (Mucuna deeringiana), castor bean (Ricinus communis) 'IAC 80', sorghum (Sorghum bicolor) 'SARA', cowpea (Vigna unguiculata) 'Espace 10' and 'Australian', black oat (Avena strigosa) 'IAPAR' 61', ryegrass (Lolium multiflorum) 'Italian', forage radish (Raphanus sativus var. oleiferus) IPR116' and rye (Secale cereale) 'IPR 69'. The first 11 are summer plants and the last four winter plants. The other 37 species/cultivars tested were good hosts or susceptible. Some crop succession systems alternating summer and winter non-host plants are suggested for field experiments to validate these greenhouse results

Selection of antagonistic plants for management of Meloidogyne ethiopica in kiwi and grapevine crops

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, 2008.Meloidogyne ethiopica foi recentemente detectado em quivi, soja, tomate, yacon e fumo no Rio Grande do Sul, São Paulo, Distrito Federal e Santa Catarina. Não existem estudos sobre a utilização de rotação de culturas com plantas antagonistas para o controle dessa espécie. O objetivo deste trabalho é estabelecer uma relação de plantas antagonistas a este nematóide. Cinqüenta e duas espécies/cultivares de plantas foram cultivadas em casa de vegetação à temperatura média de 25-30°C e foram inoculadas com 5000 ovos. O delineamento foi de blocos ao acaso com oito repetições e o tomateiro foi usado como padrão de suscetibilidade. A avaliação foi realizada sessenta dias após a inoculação, com base nos índices de galhas e massas de ovos, número de ovos/g de raiz e no fator de reprodução (FR). Das plantas selecionadas, 16 se mostraram resistentes (FR<1,0) a M. ethiopica: amendoim, nabo forrageiro, guandu forrageiro e guandu anão, mamona, mucuna anã, Crotalaria grantiana, C. apioclice, C. spectabilis, sorgo, feijão caupi e feijão caupi australiano, azevém, aveia preta e centeio, (as três últimas, boas antagonistas de inverno). Das espécies que se mostraram suscetíveis, mucuna preta, arroz, serradela, ervilhaca comum e milheto tiveram baixos fatores de reprodução, embora FR>1.0. Milho, ervilhas, ervilhaca forrageira , feijão mungo e tremoço branco foram altamente suscetíveis (FR>10). Todas as plantas que apresentaram FR<1.0 são recomendadas para rotação de culturas. Dessa maneira, vários sistemas de rotação, alternando plantas de verão e inverno podem ser sugeridos para o controle efetivo de M. ethiopica em áreas contaminadas. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACTMeloidogyne ethiopica species was recently detected in kiwi, soybean, tomato, yacon and tobacco in the states of Rio Grande do Sul, São Paulo, Distrito Federal and Santa Catarina. Studies about the utilization of antagonistic plants in crop rotation to control M. ethiopica are not available. Fifty-two plant cultivars/species were cultivated in a greenhouse, at the average temperature of 25-30°C, and inoculated with 5,000 eggs. The pots were arranged in a randomized complete block design, with eight replicates, using tomato plant as susceptibility standard. Evaluation was done 60 days after inoculation, based on galls and egg mass indexes, number of eggs/g of root and reproduction factor (FR). Among the selected plants, 16 showed resistance (FR1.0. Corn, pea, foraging vetch, mung bean and white lupin were highly susceptible (FR>10). All plants which presented FR<1.0 are recommended for crop rotation. Therefore, many crop systems and alternating summer and winter plants are suggested to control M. ethiopica effectively in infested areas