Expressão de genes relacionados à tolerância à submersão e regulação do degrane em arroz daninho (Oryza sativa L.)

A utilização de lâmina de água é um importante método de controle de arroz daninho na cultura do arroz. O efeito da submersão sobre a germinação e o crescimento inicial do arroz daninho vem diminuindo, o que compromete a eficiência de sistemas de cultivos inundados de arroz. A regulação da tolerância a submersão é parcialmente conhecida apenas em arroz cultivado, mas existe pouco conhecimento em arroz daninho. De forma similar, existe necessidade de avanços no conhecimento sobre o degrane de sementes em arroz cultivado e daninho. Os objetivos desse estudo foram caracterizar a ocorrência e a importância dos principais genes de regulação da tolerância a submersão durante a germinação e o crescimento inicial em arroz daninho e analisar variações na região promotora de gene envolvido com o degrane. A tolerância a submersão foi avaliada pela quantificação da emergência em diferentes lâminas de água e temperaturas e através da análise de expressão relativa de genes relacionados com este estresse. Ainda, foi avaliado a ocorrência de variações nucleotídicas na região promotora do gene OsXTH8 e procedimentos de cultura de tecidos para arroz daninho. O genótipo ITJ03 foi caracterizado como de elevada tolerância ao alagamento, com emergência superior a 90% nas temperaturas de 25 e 30 °C e sob submersão, enquanto que sob 20 °C não houve emergência. A expressão relativa dos genes RAmy3D e OsTPP7, responsivos ao alagamento, demonstrou para o genótipo tolerante, incremento respectivo de 30,58 e 46,71 vezes. O genótipo ITJ03 no período de 1 DAS teve a expressão dos genes ADH2 e SNRK1 induzida pela submersão em cerca de 63 vezes. A temperatura de 20 °C reduziu a expressão de todos os genes avaliados na parte aérea e radicular. Foi identificada a inserção de uma base “G” ou “C” na posição 289bp upstream ao start códon do gene OsXTH8 em todos os genótipos de arroz daninho com elevado degrane. O genótipo AV60 obteve aproximadamente uma planta regenerada por sementes submetida a cultura de tecido. A tolerância ao alagamento durante a germinação e o crescimento inicial em arroz daninho está associada a presença dos genes RAmy3D, OsTPP7, ADH2 e SNRK1. Baixas temperaturas em conjunto com lâmina de água evitam a emergência do arroz daninho, tornando-se ferramenta no manejo desta planta daninha. A inserção na região promotora do gene OsXTH8 pode ser correlacionada ao degrane em arroz daninho. O genótipo AV60 pode ser utilizado para cultivo in vitro em abordagens biotecnológicas.Flooding is an important method of weedy rice control in cultivated rice. The reduction of the flooding effect on germination and initial growth of weedy rice has been observed, which compromise the efficiency of flooded rice systems. The regulation of flooding tolerance is only partially known in cultured rice and poorly understood in weedy rice. Similarly, it is necessary advances in the knowledge about seed shattering in cultivated and weedy rice. The objectives of this study were to characterize the occurrence and importance of the major genes for flooding tolerance during germination and initial growth in weedy rice and to analyze variations in the promoter region of a gene involved with seed shattering. Flooding tolerance was assessed by quantifying the emergence on different flooding depths and temperature and by analyzing relative expression of genes related with this stress. It was evaluated the occurrence of nucleotide variations in the promoter region of the OsXTH8 gene and tissue culture procedures for weedy rice. The ITJ03 genotype was characterized as high tolerant to flooding, with emergence higher than 90% at temperatures of 25 and 30 °C and under submersion, while under 20 °C there was no emergence. Relative expression of RAmy3D and OsTPP7 genes, responsive to flooding, showed an increase of 30.58 and 46.71 times, respectively, at the four days after sowing (DAS) for the tolerant genotype. The ITJ03 genotype in one DAS had the expression of ADH2 and SNRK1 genes induced by flooding about 63 times. The temperature of 20 °C reduced the expression of all the evaluated genes in the shoots and roots. The insertion of a "G" or "C" base at position 289bp upstream to the codon start of the OsXTH8 gene was identified in all genotypes of high seed shattering, while the AV60 genotype obtained approximately one regenerated plant per seed submitted to tissue culture. The tolerance to flooding during germination and initial growth in weedy rice is associated with the expression of RAmy3D, OsTPP7, ADH2 and SNRK1 genes. Low temperatures together with flooding depths prevent the emergence of weedy rice, becoming a tool in the management of this weed. An insertion into the promoter region of the OsXTH8 gene can be correlated to shattering seeds in weedy rice. The AV60 genotype can be used for to vitro culture in biotechnological approaches

Snorkeling strategy : tolerance to flooding in rice and potential application for weed management

Flooding is an important strategy for weed control in paddy rice fields. However, terrestrial weeds had evolved mechanisms of tolerance to flooding, resulting in new ‘snorkeling’ ecotypes. The aim of this review is to discuss the mechanisms of flooding tolerance in cultivated and weedy rice at different plant stages and the putative utility of this trait for weed management. Knowledge about flooding tolerance is derived primarily from crop models, mainly rice. The rice model informs us about the possible flooding tolerance mechanisms in weedy rice, Echinochloa species, and other weeds. During germination, the gene related to carbohydrate mobilization and energy intake (RAmy3D), and genes involved in metabolism maintenance under anoxia (ADH, PDC, and OsB12D1) are the most important for flooding tolerance. Flooding tolerance during emergence involved responses promoted by ethylene and induction of RAmy3D, ADH, PDC, and OsB12D1. Plant species tolerant to complete submersion also employ escape strategies or the ability to become quiescent during the submergence period. In weedy rice, the expression of PDC1, SUS3, and SUB1 genes is not directly related to flooding tolerance, contrary to what was learned in cultivated rice. Mitigation of flooding tolerance in weeds could be achieved with biotechnological approaches and genetic manipulation of flood tolerance genes through RNAi and transposons, providing a potential new tool for weed management

Hospedabilidade de genótipos de soja a Meloidogyne arenaria e Meloidogyne morocciensis

Soybean crop productivity is limited by several biotic factors, particularly plant-parasitic nematodes. Several species have been reported to cause crop damage, especially those of the genus Meloidogyne. Therefore, the aim of this study was to evaluate, the reaction of 28 soybean genotypes to Meloidogyne arenaria and M. morocciensis in a greenhouse. The soybean genotypes were the same for experiments with different species of plant-parasitic nematodes and were individually inoculated with 5,000 eggs + second-stage juveniles (J2) of Meloidogyne and kept in a greenhouse. After 60 days of inoculation, the roots of each plant were assessed for the number of galls, final population, and reproduction factor (RF = final population/initial population). The averages of the different variables were then compared to each other by the Scott-Knott cluster analysis at a significance level of 5%. All of the soybean genotypes in the study were susceptible to both nematodes, with RF ranging from 3.5 to 24.1 for M. arenaria and 5.3 to 37.5 for M. morocciensis.A cultura da soja tem sua produtividade limitada por diversos fatores bióticos, dentre estes destacam-se os fitonematoides. Várias espécies já foram relatadas causando danos à cultura, especialmente as do gênero Meloidogyne.  Diante disso, o objetivo do trabalho foi avaliar, em casa de vegetação, a reação de 28 cultivares de soja a M. arenaria e M. morocciensis. As cultivares de soja testadas foram as mesmas para os dois ensaios, sendo individualmente inoculadas com 5.000 ovos + juvenis do segundo estádio (J2) de Meloidogyne mantidas em casa de vegetação. Decorridos 60 dias da inoculação, as raízes de cada planta foram avaliadas quanto ao número de galhas, população final e fator de reprodução (FR = população final/população inicial). A seguir, as médias das diferentes variáveis foram comparadas entre si pelo teste de agrupamento de Scott e Knott a 5%. Todas as cultivares de soja avaliadas comportaram-se como suscetíveis a ambos nematoides, com FR variando 3,5 a 24,1 para M. arenaria, e de 5,3 a 37,5 para o M. morocciensis

Desempenho de sementes de feijão sob diferentes temperaturas

The study evaluated the germination performance of bean seeds (BRS Expedito) from different regions of southern Brazil submitted to different germination temperatures (20, 25 and 30º C). Were evaluated to germination (GER), first germination count (PCG), germination speed index (IVG), shoot dry mass (MSPA) and root dry mass (MSR). The seeds from São Mateus (PR) presented the highest average values for the variables GER, PCG and IVG in the three temperatures tested. The temperature increase (20 to 30 ºC) significantly influenced the dry biomass accumulation in the shoots and seedlings roots. The results indicate the existence of a phenotypic plasticity acquired by the cultivar due to local adaptation of the ecotypes.O estudo avaliou o desempenho germinativo de sementes de feijão (BRS Expedito) de diferentes regiões do sul do Brasil submetidas a diferentes temperaturas de germinação (20, 25 e 30º C). Foram avaliados: germinação (GER), primeira contagem de germinação (PCG), índice de velocidade de germinação (IVG), massa seca da parte aérea (MSPA) e massa seca da raiz (MSR). As sementes de São Mateus (PR) apresentaram os maiores valores médios para as variáveis GER, PCG e IVG nas três temperaturas testadas. O aumento da temperatura (20 a 30 ºC) influenciou significativamente o acúmulo de biomassa seca nas raízes e da parte area das platulas de feijão. Os resultados indicam a existência de uma plasticidade fenotípica adquirida pela cultivar devido à adaptação local dos ecótipos

Performance of red rice seeds subjected to fresh leaves extracts of rice

A utilização indiscriminada de herbicidas na cultura do arroz tem provocado uma pressão de seleção de biótipos de arroz-vermelho resistentes aos herbicidas imidazolinonas. Diante disso, métodos alternativos de controle de plantas daninhas tornam-se uma alternativa para esta situação, tal como a busca de novos ingredientes ativos em compostos aleloquímicos de plantas. O trabalho foi realizado com objetivo de avaliar o potencial alelopático de diferentes concentrações do extrato aquoso de folhas de cultivares de arroz irrigado na germinação e no vigor de sementes de arroz-vermelho. O delineamento experimental adotado foi inteiramente casualizado, com quatro repetições, em esquema fatorial 4 x 5, onde: fator A - Extrato de folhas frescas das cultivares de arroz (BRS Querência, Irga 424, Roxinho e Cica 07) e fator B - Concentrações do extrato (0, 25, 50, 75 e 100%). Os extratos foram obtidos de folhas das plantas das cultivares em estádio reprodutivo R3 (saída da panícula). Estas foram trituradas em água destilada e posteriormente diluídas nas concentrações. Avaliaram-se a germinação, primeira contagem da germinação, índice de velocidade de germinação, comprimento da parte aérea e de raiz e massa seca da parte aérea e de raiz. De maneira geral, o efeito alelopático é maior nas cultivares desenvolvidas mais recentemente, sendo o extrato da cultivar IRGA 424, na concentração de 25%, o mais nocivo para o desempenho fisiológico de sementes de arroz-vermelho.The indiscriminate use of herbicides in rice has selected biotypes of red rice resistant to imidazolinone herbicides. Therefore, alternative methods of weed control should be adopted, like the development of new active ingredient through plant allelochemicals. The objective of this study was to evaluate the allelopathic potential of aqueous extract of leaves of different rice cultivars in the physiological development of red rice seeds. The experimental design was completely randomized, with four replications, in a factorial 4 x 5 design, where: factor A - fresh leaf extract of rice cultivars (BRS Querência, Irga 424, Roxinho and Cica 07) and factor B - Extract concentrations (0, 25, 50, 75 and 100%). The extracts were obtained from leaves of culture that were in the R3 stage, and leaves ground for 2.5 min with blender aid by adding distilled water were evaluated germination, first count, germination speed index, length of shoot and root and dry weight of shoot and root. In general, it appears that the allelopathic effect is greater in new cultivars, and the extract 25% concentrated of IRGA 424 is the most harmful to red rice seed development

Reproduction of Meloidogyne morocciensis (Tylenchida: Meloidogynidae) in weeds found in Brazil

Abstract Weeds can be hosts of root-knot nematodes of the genus Meloidogyne. The importance of the species Meloidogyne morocciensis parasitizing many crops is recognized, but their reproductive capacity in weeds is not known. The present study hypothesizes the ability of M. morocciensis to parasitize and reproduce in different weed species found in Brazil. The objective was to evaluate the reproduction of M. morocciensis in 36 weed species. The plants were individually inoculated with 5,000 eggs and second stage juveniles and kept in greenhouse for 60 days. The experimental design was completely randomized with twelve replications. The root system of each plant was evaluated for gall index (GI), final nematode population (PF), number of nematode/g of root (NNGR) and reproduction factor (RF). It was verified that M. morocciensis has the capacity to parasite 36 weed species belonging to 16 different botanical families, confirming the hypothesis proposed. From the 36 species evaluated, 77.8% (28) were susceptible (FR ≥ 1.0) to M. morocciensis. The present study is the first to identify different weeds as hosts of M. morocciensis, evidencing its polyphagous habit, indicating species of plants with high capacity to multiply this nematode and that need more attention during the integrated management of these pathogen

Occurrence and importance of herbicide resistance caused by degradation enhancement for weed management

A resistência a herbicidas causada por mecanismos não relacionados ao local de ação (NRLA), principalmente causada pelo incremento de metabolização, é altamente problemática devido à ocorrência de biótipos com resistência múltipla, e é um novo desafio para o manejo de plantas daninhas e utilização de herbicidas. Recentemente, enzimas associadas à degradação de xenobióticos, especialmente citocromo P450, GSTs e transportadores ABC, têm sido associadas à resistência a herbicidas em várias plantas daninhas. Os objetivos desta revisão são descrever o conhecimento atual da regulação gênica associada à resistência a herbicidas causada pelo incremento de metabolização e analisar as principais implicações deste problema para definir estratégias adequadas de manejo com o uso de herbicidas. A resistência múltipla a herbicidas causada pelo incremento da degradação ocorre em Lolium rigidum, Alopecurus myosuroides, Echinochloa phyllopogon e outras várias espécies. O nível de resistência a herbicidas causada pelo incremento de metabolização é afetado por fatores ambientais em vários casos, o que dificulta o diagnóstico da resistência e facilita sua distribuição. O manejo moderno de plantas daninhas deve considerar as características de degradação do herbicida, uma vez que a simples rotação de mecanismo de ação de herbicidas pode não ser suficiente para prevenir a ocorrência da resistência a estes produtos. A utilização de misturas sinergísticas de herbicidas e outros inibidores enzimáticos pode contribuir para prevenir a evolução e distribuição da NRLA em plantas daninhas.Non-target-site resistance (NTSR) to herbicides mainly caused by enhanced degradation is highly problematic due to the occurrence of biotypes with multiple resistance and is a new challenge for weed management and herbicide use. Recently, enzymes associated with xenobiotic degradation especially cytochrome P450, GSTs and ABC transporters have been associated with the herbicide resistance in several weeds. This knowledge opens a new window to understand the evolution of NTSR. The aims of this review are to discuss the current knowledge of the gene regulation associated with the herbicide resistance caused by enhanced herbicide degradation and to analyze the main consequences of this problem for the adequate herbicide use and weed management. Multiple herbicide resistance caused by degradation enhancement occurs in Lolium rigidum, Alopecurus myosuroides, Echinochloa phyllopogon and in several other species. The level of herbicide resistance caused by degradation enhancement is affected by environmental factors in several cases, which difficult the resistance diagnostic and facilitate its distribution. The modern weed management should consider the characteristics of the herbicide degradation, since the simple rotation of herbicides mechanism of action might not be enough to prevent the herbicide resistance. The use of synergistic mixtures of herbicides and other enzyme inhibitors may contribute to prevent the evolution and spreading of NTSR weed herbicide resistance