A qualitative host-pathogen interaction in the Theobroma cacao-Moniliophthora perniciosa pathosystem

The aim of this study was to test whether resistance of clones of Theobroma cacao ( cocoa) varied between isolates of Moniliophthora (formerly Crinipellis) perniciosa, the cause of witches' broom disease. Developing buds of vegetatively propagated T. cacao grown in greenhouses in the UK were inoculated with 16 000 spores of M. perniciosa per meristem in water, under conditions where water condensed on the inoculated shoot for at least 12 h after inoculation. The proportion of successful inoculations varied between clones and was inversely correlated with time to symptom production or broom formation. A specific interaction was demonstrated among three single-spore isolates of M. perniciosa and the clone Scavina 6 (SCA 6) and a variety of susceptible clones. Isolates Castenhal-I and APC3 were equally likely to infect SCA 6 and the other clones, but isolate Gran Couva A9 never infected SCA 6, although it was as virulent on the other clones. The interaction was maintained when the wetness period was extended to 70 h. Offspring of SCA 6 x Amelonado matings were all susceptible to both Castenhal-I and GC-A5, with no evidence of greater variability in susceptibility to GC-A5 than Castanhal-I. This suggests recessive inheritance of a single homozygous factor conferring resistance to GC-A5, from SCA 6. The progenies were slightly more susceptible to Castanhal-I than GC-A5. The implications for managing the disease are discussed.

A new topology of ACBP from Moniliophthora perniciosa

Acyl-CoA binding protein (ACBP) is a housekeeping protein and is an essential protein in human cell lines and in Trypanosoma brucei. The ACBP of Moniliophthora perniciosa is composed of 104 amino acids and is possibly a non-classic isoform exclusively from Basidiomycetes. The M. perniciosa acbp gene was cloned, and the protein was expressed and purified. Acyl-CoA ester binding was analyzed by isoelectric focusing, native gel electrophoresis and isothermal titration calorimetry. Our results suggest an increasing affinity of ACBP for longer acyl-CoA esters, such as myristoyl-CoA to arachidoyl-CoA, and best fit modeling indicates two binding sites. ACBP undergoes a shift from a monomeric to a dimeric state, as shown by dynamic light scattering, fluorescence anisotropy and native gel electrophoresis in the absence and presence of the ligand. The protein`s structure was determined at 1.6 angstrom resolution and revealed a new topology for ACBP, containing five a-helices instead of four. alpha-helices 1, 2, 3 and 4 adopted a bundled arrangement that is unique from the previously determined four-helix folds of ACBP, while alpha-helices 1, 2, 4 and 5 formed a classical four-helix bundle. A MES molecule was found in the CoA binding site, suggesting that the CoA site could be a target for small compound screening. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Controle biológico de Moniliophthora perniciosa, agente causal da vassoura de bruxa do cacaueiro, por diferentes espécies e linhagens de Trichoderma spp

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Microbiologia Aplicada) - IBRC

Genetic diversity of polysporic isolates of Moniliophthora perniciosa (Tricholomataceae)

The causal agent of witches' broom disease, Moniliophthora perniciosa is a hemibiotrophic and endemic fungus of the Amazon basin and the most important cocoa disease in Brazil. The purpose of this study was to analyze the genetic diversity of polysporic isolates of M. perniciosa to evaluate the adaptation of the pathogen from different Brazilian regions and its association with different hosts. Polysporic isolates obtained previously in potato dextrose agar cultures of M. perniciosa from different Brazilian states and different hosts (Theobroma cacao, Solanum cernuum, S. paniculatum, S. lycocarpum, Solanum sp, and others) were analyzed by somatic compatibility grouping where the mycelium interactions were distinguished after 4-8 weeks of confrontation between the different isolates of M. perniciosa based on the precipitation line in the transition zone and by protein electrophoresis through SDS-PAGE. The diversity of polysporic isolates of M. perniciosa was grouped according to geographic proximity and respective hosts. The great genetic diversity of M. perniciosa strains from different Brazilian states and hosts favored adaptation in unusual environments and dissemination at long distances generating new biotypes.

Purification, characterization and structural determination of chitinases produced by Moniliophthora perniciosa

The enzyme chitinase from Moniliophthora perniciosa the causative agent of the witches' broom disease in Theobroma cacao, was partially purified with ammonium sulfate and filtration by Sephacryl S-200 using sodium phosphate as an extraction buffer. Response surface methodology (RSM) was used to determine the optimum pH and temperature conditions. Four different isoenzymes were obtained: ChitMp I, ChitMp II, ChitMp III and ChitMp IV. ChitMp I had an optimum temperature at 44-73ºC and an optimum pH at 7.0-8.4. ChitMp II had an optimum temperature at 45-73ºC and an optimum pH at 7.0-8.4. ChitMp III had an optimum temperature at 54-67ºC and an optimum pH at 7.3-8.8. ChitMp IV had an optimum temperature at 60ºC and an optimum pH at 7.0. For the computational biology, the primary sequence was determined in silico from the database of the Genome/Proteome Project of M. perniciosa, yielding a sequence with 564 bp and 188 amino acids that was used for the three-dimensional design in a comparative modeling methodology. The generated models were submitted to validation using Procheck 3.0 and ANOLEA. The model proposed for the chitinase was subjected to a dynamic analysis over a 1 ns interval, resulting in a model with 91.7% of the residues occupying favorable places on the Ramachandran plot and an RMS of 2.68.

Avaliação do óleo essencial de Piper marginatum sobre Moniliophthora perniciosa, causador da vassoura-de-bruxa no cupuaçuzeiro.

O cupuaçu (Theobroma grandiflorum) é um dos frutos com potencial econômico na região Amazônica, e um dos principais problemas que vêm diminuindo a produção no Amazonas é a vassoura-de-bruxa, causada por Moniliophythora perniciosa, reduzindo em até 60% a produção. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do óleo essencial de Piper marginatum na inibição do crescimento micelial e na germinação de esporos do fungo in vitro.

Transcriptomics and systems biology analysis in identification of specific pathways involved in cacao resistance and susceptibility to witches' broom disease

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Fungos endofíticos e epifíticos associados às folhas de cacaueiro

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Agroecosystem resilience and farmers’ perceptions of climate change impacts on cocoa farms in Alto Beni, Bolivia

Cocoa-based small-scale agriculture is the most important source of income for most farming families in the region of Alto Beni in the sub-humid foothills of the Andes. Cocoa is grown in cultivation systems of varying ecological complexity. The plantations are highly susceptible to climate change impacts. Local cocoa producers mention heat waves, droughts, floods and plant diseases as the main impacts affecting plants and working conditions, and they associate these impacts with global climate change. From a sustainable regional development point of view, cocoa farms need to become more resilient in order to cope with the climate change related effects that are putting cocoa-based livelihoods at risk. This study assesses agroecosystem resilience under three different cocoa cultivation systems (successional agroforestry, simple agroforestry and common practice monocultures). In a first step, farmers’ perceptions of climate change impacts were assessed and eight indicators of agroecological resilience were derived in a transdisciplinary process (focus groups and workshop) based on farmers’ and scientists’ knowledge. These indicators (soil organic matter, depth of Ah horizon, soil bulk density, tree species diversity, crop varieties diversity, ant species diversity, cocoa yields and infestation of cocoa trees with Moniliophthora perniciosa) were then surveyed on 15 cocoa farms and compared for the three different cultivation systems. Parts of the socio-economic aspects of resilience were covered by evaluating the role of cocoa cooperatives and organic certification in transitioning to more resilient cocoa farms (interviews with 15 cocoa farmers combined with five expert interviews). Agroecosystem resilience was higher under the two agroforestry systems than under common practice monoculture, especially under successional agroforestry. Both agroforestry systems achieved higher cocoa yields than common practice monoculture due to agroforestry farmers’ enhanced knowledge regarding cocoa cultivation. Knowledge sharing was promoted by local organizations facilitating organic certification. These organizations were thus found to enhance the social process of farmers’ integration into cooperatives and their reorientation toward organic principles and diversified agroforestry.

La contribución de la producción del cacao orgánico a la resiliencia socio-ecológica en el contexto del cambio climático en el Alto Beni – La Paz

El cultivo del cacao en pequeña escala, sustento básico de muchas familias del Alto Beni, es afectado por los impactos del cambio climático. Para el desarrollo sostenible, es necesario que las fincas adquieran resiliencia: la capacidad de un sistema para reducir su sensibilidad hacia factores de estrés y perturbaciones, manteniendo su productividad, capacidad auto-organizativa, de aprendizaje y adaptación al cambio. Investigamos las diferencias en la resiliencia entre las fincas orgánicas y no orgánicas de cacao, y los rasgos significativos que inciden en la resiliencia socio-ecológica de los sistemas agrícolas del cacao. Definimos indicadores de resiliencia con expertos locales y productores durante un taller y con grupos focales. Los indicadores de la capacidad de amortiguación fueron: materia orgánica de los suelos, densidad aparente del suelo, e infestación con Moniliophthora perniciosa, diversidad arbórea, diversidad de cultivos, hormigas y fuentes de ingresos de las familias productoras. Los indicadores de auto-organización fueron: afiliación a organizaciones productoras, nivel de subsistencia, rendimientos de cacao e ingreso familiar anual. La capacidad de adaptación se evaluó indagando la cantidad de capacitaciones en que participaron las familias y la cantidad de fuentes de información que poseían. Entrevistamos 52 hogares: 30 orgánicos, 22 no orgánicos. Las fincas orgánicas en el área eran más diversificadas y rendían más. El ingreso familiar anual de las fincas orgánicas era sustancialmente mayor al de las no orgánicas. Probablemente el mayor rendimiento se debió principalmente a que los productores orgánicos participaron en más capacitaciones debido a su pertenencia a las organizaciones locales. Concluimos que las organizaciones locales de agricultura orgánica contribuyeron a crear resiliencia proporcionando servicios de extensión mediante el establecimiento de parcelas, creación de capacidades y seguros sociales

Características agronômicas avaliadas em progênies de cupuaçuzeiro, oriundas do programa de melhoramento genético da Embrapa Amazônia Oriental.

O cupuaçuzeiro Theobroma grandiflorum (Willd. ex. Spreng.) Schum., pertencente à família Malvaceae, é uma fruteira nativa da floresta tropical úmida. Esta pesquisa teve objetivo de avaliar caracteres agronômicos em 25 progênies de cupuaçuzeiro, tolerantes à vassoura-de-bruxa, no período de 2009 a 2014. O plantio foi intalado em 2008 no município de São Francisco do Pará, PA. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com 25 tratamentos, cinco repetições e três plantas por parcela, consorciados com bananeira. A progênie 209 destacou-se dentre as demais devido sua média, todavia não sendo única quanto ao teste estatístico aplicado. No geral, o ensaio obteve bom desempenho, não havendo significativa variação na amplitude dos resultados das variáveis empregadas.

Avaliação de caracteres agronômicos em progênies de cupuaçuzeiro, resistentes à vassoura-de-bruxa, no município de Tomé-Açu.

O objetivo do trabalho foi analisar o desempenho de 25 progênies de cupuaçuzeiro quanto ao desenvolvimento vegetativo, nos três primeiros anos, produção de frutos e incidência de vassoura-de-bruxa durante cinco safras. O experimento foi implantado em Sistema Agroflorestal (SAF), juntamente com pimenta-do-reino (2,5 x 2,5 m) e taperebá, (30 x 20 m). O cupuaçuzeiro teve delineamento experimental de blocos casualizados, com 25 tratamentos, 5 repetições e 3 plantas por parcela. Os resultados da análise estatística revelaram que, quanto à variável altura, a progênie 140 teve maior destaque, com média de 2,56 m, não diferindo, entretanto, de outras 15 progênies. Não houve diferença estatística entre as progênies quanto ao diâmetro do caule. Quanto à produção de frutos, as progênies 139, 140 160 e 167 foram as mais produtivas, com destaque para a 167, com média de 15,37 frutos/planta/safra. Em contrapartida, as progênies 122, 128, 133, 147, 149 e 165 não tiveram boa performance produtiva nas cinco safras iniciais. Há nessa população, portanto, variabilidade suficiente para permitir a seleção de materiais promissores para o programa de melhoramento genético. Apesar de não ter havido tempo hábil para a seleção das progênies mais resistentes, foi possível identificar aquelas mais sensíveis à Moniliophthora perniciosa

Avaliação do desenvolvimento vegetativo e produção de frutos de híbridos de cupuaçuzeiro em dois ambientes.

Objetivou-se neste trabalho avaliar o desenvolvimento vegetativo, produção de frutos e ocorrência de Moniliophthora perniciosa em 18 progênies de cupuaçuzeiro instaladas em experimentos de campo situados em duas propriedades de pequenos produtores rurais do município de Tomé Açu ? PA. Foi avaliado o desenvolvimento vegetativo (altura e diâmetro) nos três primeiros anos de campo, a produção de frutos/planta em cinco safras e o grau de infestação por vassoura de bruxa. Foi possível notar que o ambiente 1 foi mais favorável para a produção de frutos, bem como, para o desenvolvimento vegetativo das progênies. Também se observou a influência dos efeitos de interação genótipo x ambiente dentro de um mesmo material, quando comparado em ambientes distintos. Os resultados permitiram identificar a progênie 131 como a de melhor desenvolvimento vegetativo. Para a produção de frutos houve maior variabilidade entre os materiais, sendo destaques as progênies 165 e 167, nos ambientes 1 e 2, respectivamente, que apresentaram produções duas vezes maiores que as progênies menos produtivas nos seus respectivos ambientes. Apesar de não ter havido tempo hábil para a seleção das progênies mais resistentes, ainda sim foi possível identificar aquelas mais sensíveis à M. perniciosa.

Estrutura genética de populações de Crinipellis perniciosa e Moniliophthora roreri utilizando marcadores RAPD e SSR

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Epidemiologia da vassoura-de-bruxa (Crinipellis perniciosa) do cupuacuzeiro (Theobroma grandiflorum).

Determinacao dos periodos mais favoraveis a ocorrencia da vassoura-de-bruxa, envolvendo a fenologia do hospedeiro, na esporulacao do fungo e nas condicoes climaticas de Manaus, AM (Brasil).