Caracterização de Híbridos Simples Experimentais de Milho (Zea Mays L.)

Pós-graduação em Agronomia - FEIS

Approcci molecolari e bioinformatici volti alla caratterizzazione di Vgt1, QTL coinvolto nella regolazione dell'epoca di fioritura in Zea Mays

The genetic control of flowering time has been addressed by many quantitative trait locus (QTL) studies. A survey of the results from 29 independent studies reporting information on 441 QTLs led to the production of a QTL consensus map, which enabled the identification of 59 chromosome regions distributed on all chromosomes and shown to be frequently involved in the genetic control of flowering time and related traits. One of the major QTLs for flowering time, the Vegetative to generative transition 1 (Vgt1) locus , corresponds to an upstream (70 kb) non-coding regulatory element of ZmRap2.7, a repressor of flowering. A transposon (MITE) insertion was identified as a major allelic difference within Vgt1. One of the hypotheses is that Vgt1 might function by modifying ZmRap2.7 chromatin through an epigenetic mechanism. Therefore, the methylation state at Vgt1 was investigated using an approach that combines digestion with McrBc, an endonuclease that acts upon methylated DNA, and quantitative PCR. The analyses were performed on genomic DNA from leaves of six different maize lines at four stages of development. The results showed a trend of reduction of methylation from the first to the last stage with the exception of a short genomic region flanking the MITE insertion, which showed a constant and very dense methylation throughout leaf development and for both alleles. Preliminary results from bisulfite sequencing of a small portion of Vgt1 revealed differential methylation of a single cytosine residue between the two alleles. ZmRap2.7 expression was assayed in the four developmental stages afore mentioned for the six genotypes, in order to establish a link between methylation at Vgt1 and ZmRap2.7 transcription. To assess the role of Vgt1 as a transcriptional enhancer, two reporter vectors for stable transformation of plants have been developed.

Isolation and functional characterization of a high affinity urea transporter from roots of Zea mays

Background: Despite its extensive use as a nitrogen fertilizer, the role of urea as a directly accessible nitrogen source for crop plants is still poorly understood. So far, the physiological and molecular aspects of urea acquisition have been investigated only in few plant species highlighting the importance of a high-affinity transport system. With respect to maize, a worldwide-cultivated crop requiring high amounts of nitrogen fertilizer, the mechanisms involved in the transport of urea have not yet been identified. The aim of the present work was to characterize the high-affinity urea transport system in maize roots and to identify the high affinity urea transporter. Results: Kinetic characterization of urea uptake (<300 mu M) demonstrated the presence in maize roots of a high-affinity and saturable transport system; this system is inducible by urea itself showing higher Vmax and Km upon induction. At molecular level, the ORF sequence coding for the urea transporter, ZmDUR3, was isolated and functionally characterized using different heterologous systems: a dur3 yeast mutant strain, tobacco protoplasts and a dur3 Arabidopsis mutant. The expression of the isolated sequence, ZmDUR3-ORF, in dur3 yeast mutant demonstrated the ability of the encoded protein to mediate urea uptake into cells. The subcellular targeting of DUR3/GFP fusion proteins in tobacco protoplasts gave results comparable to the localization of the orthologous transporters of Arabidopsis and rice, suggesting a partial localization at the plasma membrane. Moreover, the overexpression of ZmDUR3 in the atdur3-3 Arabidopsis mutant showed to complement the phenotype, since different ZmDUR3-overexpressing lines showed either comparable or enhanced 15N]-urea influx than wild-type plants. These data provide a clear evidence in planta for a role of ZmDUR3 in urea acquisition from an extra-radical solution. Conclusions: This work highlights the capability of maize plants to take up urea via an inducible and high-affinity transport system. ZmDUR3 is a high-affinity urea transporter mediating the uptake of this molecule into roots. Data may provide a key to better understand the mechanisms involved in urea acquisition and contribute to deepen the knowledge on the overall nitrogen-use efficiency in crop plants.

Carbon-11 Reveals Opposing Roles of Auxin and Salicylic Acid in Regulating Leaf Physiology, Leaf Metabolism, and Resource Allocation Patterns that Impact Root Growth in Zea mays

Auxin (IAA) is an important regulator of plant development and root differentiation. Although recent studies indicate that salicylic acid (SA) may also be important in this context by interfering with IAA signaling, comparatively little is known about its impact on the plant’s physiology, metabolism, and growth characteristics. Using carbon-11, a short-lived radioisotope (t 1/2 = 20.4 min) administered as 11CO2 to maize plants (B73), we measured changes in these functions using SA and IAA treatments. IAA application decreased total root biomass, though it increased lateral root growth at the expense of primary root elongation. IAA-mediated inhibition of root growth was correlated with decreased 11CO2 fixation, photosystem II (PSII) efficiency, and total leaf carbon export of 11C-photoassimilates and their allocation belowground. Furthermore, IAA application increased leaf starch content. On the other hand, SA application increased total root biomass, 11CO2 fixation, PSII efficiency, and leaf carbon export of 11C-photoassimilates, but it decreased leaf starch content. IAA and SA induction patterns were also examined after root-herbivore attack by Diabrotica virgifera to place possible hormone crosstalk into a realistic environmental context. We found that 4 days after infestation, IAA was induced in the midzone and root tip, whereas SA was induced only in the upper proximal zone of damaged roots. We conclude that antagonistic crosstalk exists between IAA and SA which can affect the development of maize plants, particularly through alteration of the root system’s architecture, and we propose that the integration of both signals may shape the plant’s response to environmental stress.

Influence of Chilling Stress on the Intercellular Distribution of Assimilatory Sulfate Reduction and Thiols in Zea mays

Abstract: The effect of chilling on the intercellular distribution of mRNAs for enzymes of assimilatory sulfate reduction, the activity of adenosine 5′-phosphosulfate reductase (APR), and the level of glutathione was analysed in leaves and roots of maize (Zea mays L). At 25 °C the mRNAs for APR, ATP sulfurylase, and sulfite reductase accumulated in bundle-sheath only, whereas the mRNA for O-acetylserine sulfhydrylase was also detected in mesophyll cells. Glutathione was predominantly detected in mesophyll cells; however, oxidized glutathione was equally distributed between the two cell types. Chilling at 12 °C induced oxidative stress which resulted in increased concentrations of oxidized glutathione in both cell types and a prominent increase of APR mRNA and activity in bundle-sheath cells. After chilling, mRNAs for APR and sulfite reductase, as well as low APR activity, were detected in mesophyll cells. In roots, APR mRNA and activity were at higher levels in root tips than in the mature root and were greatly increased after chilling. These results demonstrate that chilling stress affected the levels and the intercellular distribution of mRNAs for enzymes of sulfate assimilation.

The dwarf-1 (dt) Mutant of Zea mays blocks three steps in the gibberellin-biosynthetic pathway.

In plants, gibberellin (GA)-responding mutants have been used as tools to identify the genes that control specific steps in the GA-biosynthetic pathway. They have also been used to determine which native GAs are active per se, i.e., further metabolism is not necessary for bioactivity. We present metabolic evidence that the D1 gene of maize (Zea mays L.) controls the three biosynthetic steps: GA20 to GA1, Ga20 to GA5, and GA5 to GA3. We also present evidence that three gibberellins, GA1, GA5, and GA3, have per se activity in stimulating shoot elongation in maize. The metabolic evidence comes from the injection of [17-13C,3H]GA20 and [17-13C,3H]GA5 into seedlings of d1 and controls (normal and d5), followed by isolation and identification of the 13C-labeled metabolites by full-scan GC-MS and Kovats retention index. For the controls, GA20 was metabolized to GA1,GA3, and GA5; GA5 was metabolized to GA3. For the d1 mutant, GA20 was not metabolized to GA1, GA3, or to GA5, and GA5 was not metabolized to GA3. The bioassay evidence is based on dosage response curves using d1 seedlings for assay. GA1, GA3, and GA5 had similar bioactivities, and they were 10-times more active than GA20.

Producción y calidad de la biomasa de Zea mays, Sorghum bicolor, Oriza sativa en alfombra forrajera hidropónica.

Con el objetivo de evaluar los tratamientos Zea mays, Sorghum bicolor y Oriza sativa, para determinar su rendimiento y composición química, como alfombra forrajera hidropónico, se realizó un ensayo en el Invernadero del Departamento de Protección Vegetal y Forestal (DEPAF) - Universidad Nacional Agraria, Managua, ubicada en el km 12 ½ carretera norte. Como sustrato para la alfombra se utilizó heno del pasto Cubano CT - 115 (Pennisetum purpureum x P. tiphoydes). Se utilizó un Diseño Completo al Azar, con tres tratamientos y, tres repeticiones. Como unidad experimental se utilizó la cantidad de 1000 gr (1 kg) distribuida uniformemente en bandejas plástica de 0.2034 m2. Las variables de estudio fueron; rendimiento de alfombra en verde y seca, por bandeja y por metro cuadrado; porcentajes de; materia seca, proteína cruda, fibra cruda y cenizas. Se realizaron Análisis de Varianza y, separaciones de medias, usando Duncan (P<0.05). Para el análisis estadístico las variables codificadas en porcentajes se transformaron, según, 2 arco seno p (Dos veces Arco seno de la raíz cuadrada de la proporción). No hubo diferencias significativas (P>0,05) para el rendimiento por bandeja de alfombra en verde entre tratamientos, pero sí para el rendimiento (kg) por bandeja de materia seca (P<0.05) entre la producción del arroz (0.91) y sorgo (0.65), no así entre el arroz y maíz, ni entre el maíz y el sorgo. Resultados similares se encontraron para la producción por m2. No se encontraron diferencias significativas (P>0.05) entre los tres cultivos, oscilando la producción desde 23.59 a 28.35 kg/m2, para sorgo y maíz respectivamente. Se encontraron diferencias significativas (P<0.05) entre tratamientos para la producción de biomasa seca, la mayor producción la obtuvo el arroz y la menor el sorgo (4.48 y 3.22 kg/m2). La gramínea con el porcentaje de MS más alto fue el arroz (16.48), que mostró diferencias significativas (P<0,05) con respecto al sorgo y el maíz; el maíz presentó los porcentajes de MS más bajos (12.41). Respecto a la proteína cruda se encontraron diferencias significativas (P<0.05) entre los cultivos. El mayor contenido (%) se obtuvo en el sorgo (15.01) y el menor (9.76) en el arroz. Los contenidos de fibra cruda presentaron diferencias significativas (P< 0.05) entre el arroz con el maíz y sorgo, no así entre sorgo y maíz. El arroz presentó mayores contenidos (34.59 %), registrándose el menor tenor en el sorgo (19.71 %). Los contenidos de cenizas presentaron las mismas tendencias que la fibra cruda en cuanto a las diferencias estadísticas encontradas. El mayor contenido (%) de cenizas se obtuvo en el arroz (9.31) y el menor para el maíz (4.51). La alfombra forrajera hidropónica es una alternativa viable para la producción de forraje de alta calidad e inocuidad.

Efecto de sistemas de labranza, rotación y control de malezas sobre la cenosis de las malezas y el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos de maíz (Zea mays L.) y sorgo (Sorghum bicolor (L) moench)

En este trabajo se estudió el efecto de diferentes sistemas de labranza, métodos de control de malezas y rotaciones de cultivos, sobre la dinámica de la cenósis de las malezas, el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos maíz y sorgo. El ensayo se inició en primera de 1992 en los meses de Mayo a Agosto de 1992, en el Centro Experimental "La Compañía", ubicada en el municipio de Masatepe, Carazo. El ensayo se estableció en un arreglo trifactorial en franjas con 4 repeticiones. Siendo el factor A: Labranza convencional, Labranza mínima, Labranza cero. Factor 8: Rotación maíz-frijol, rotación sorgo-soya, y el factor C: Control químico, control período crítico, control limpia periódica. Los resultados demuestran que el sistema de labranza convencional y el control químico fueron de mejor comportamiento respecto a la abundancia de las malezas para la rotación maíz-frijol, mientras que para la rotación sorgo-soya labranza cero y el control limpia periódica. Presentando menor abundancia esta rotación. Respecto a la cobertura, labranza convencional obtuvo el menor porcentaje para ambas rotaciones, igual que para la diversidad, mientras que labranza cero se destaca en ambas rotaciones para la biomasa con el menor valor. El control limpia periódica fue el de mejores resultados respecto a cobertura, biomasa y diversidad para la rotación sorgo-soya, seguido del control químico se destacan las especies Sorghum halepense y Melanthera aspera. Labranza convencional y el control químico fueron los de mejor comportamiento en el cultivo del maíz lo cual se refleja en el rendimiento. El rendimiento de materia seca se vio favorecido por cero labranza al igual que altura de plantas y número de hojas. El cultivo del sorgo obtuvo los mejores resultados bajo el sistema de labranza cero y el control período crítico.

Influencia de rotación de cultivos y métodos de control sobre la dinámica de las malezas y el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos maíz (Zea mays L.), sorgo (Sorghum bicolor L.) y pepino (Cucumis sativus L.)

En el presente estudio se analizó la influencia que tienen los cultivos antecesores y diferentes métodos de control sobre lo cenosis de malezas y su influencia en el crecimiento, desarrollo y rendimiento en los cultivos de sorgo, maíz y pepino. Dicho trabajo se estableció en la época de primera (1990) en la hacienda “Las mercedes”, en un diseño de parcelas divididas en bloques completos el azar con cuatro repeticiones. Las rotaciones en estudio fueron sorgo – sorgo, sorgo - maíz, soya -maíz, soya - pepino y sorgo - pepino; los métodos de control químico, control por período crítico y limpia periódica. La especie Rottboellia cochichinesis, se presentó como maleza de mayor abundancia en todas las rotaciones a excepción de la rotación soya - repino, que la mayor abundancia la reflejó Cyperus rotundus al momento de la cosecha. Los diferentes controles mostraron un comportamiento similar para los cultivos sorgo y maíz en el número de Individuos para R. Cochichinesis. La rotación soya – pepino presentó) la mayor cobertura a la cosecha y el control químico, atribuyéndose a que no hubo una competencia interespecífica con el cultivo. R. Cochichinesis, se encontró con mayor biomasa, en todas las rotaciones. El cultivo de pepino acumuló la mayor biomasa en el químico para la especie R. Cochininesis, demostrándose un cambio en la asociación de especies donde las poáceas reflejaron la mayor biomasa. La menor diversidad total a la cosecha se presentó en la rotación sorgo – sorgo y la mayor en soya –maíz. En sorgo, los controles período crítico y limpia periódica demostraron la menor diversidad a la cosecha. En maíz la menor diversidad se obtuvo en el control por limpia periódica, ese mismo efecto se observó para el control químico en el cultivo de pepino a la cosecha. En el cultivo del sorgo no reflejó diferencias estadísticas significativas para las variables del crecimiento, desarrollo y rendimiento, al igual en el cultivo de maíz excepto en los diferentes controles, para la variable peso de la mazorca. En el cultivo de pepino existe significancia estadística para la variable longitud de guía, con respecto a los controles a los 54 dds, y en las rotaciones soya –pepino, sorgo – pepino para el diámetro, longitud del fruto y número de frutos.

Efectos de rotación de cultivos y métodos de control de malezas sobre la cenosis de malezas y el crecimiento, desarrollo y rendimiento en los cultivos maíz (Zea mays L.), sorgo (Sorghum bicolor (L.) moench) y pepino (Cucumis sativus L.)

El presente trabajo experimental se estableció en primera de 1992 en la hacienda "Las Mercedes" Managua. La siembra se realizó el 15 de mayo, se utilizó un diseño de parcelas divididas, siendo el factor A: Rotación de cultivo (tomando como cultivo antecesor Sorgo y Soya) y el factor B: métodos de control de maleza (control químico, control por periodo crítico y control limpia periódica). Se evaluó la influencia de diferentes métodos de control de malezas en diferentes rotaciones de cultivo, la dinámica de asociaciones de malezas y el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Los resultados nos reflejan que el cultivo antecedente Sorgo, y el control limpia periódica reflejan los mejores efectos de control de malezas en el cultivo do Maíz, de igual forma el sorgo como cultivo previo y el control químico, mostraron efectos positivos sobre la reducción de malezas en el cultivo de Pepino, mientras que el cultivo antecedente Soya y el control en periodo crítico presentan mayor enmalezamiento. El nivel de enmalezamiento fue menor en las rotaciones Sorgo-Sorgo y Sorgo-Maíz que en las demás rotaciones. En todas éstas predominó la especie Rottboellia cochinchinensis; en mayor grado cuando se utilizó Soya como cultivo antecesor. En cuanto a rendimiento, la rotación Sorgo-Sorgo presentó los mayores rendimientos, cuando el control de malezas se realizó durante el periodo crítico. En el cultivo de Maíz y Pepino, los mayores rendimientos se obtuvieron cuando se utilizó Sorgo como cultivo antecesor y el control químico como medio de lucha contra las malezas.

Influencia de cultivos antecesores y métodos de control en malezas sobre la cenosis de las malezas, crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos de maíz (Zea mays L.), sorgo (Sorghum bicolor (L) Moench) y pepino (Cucumis sativus L.)

El presente trabajo estudia la influencia de diferentes métodos de control de malezas y diferentes rotaciones de cultivos sobre la dinámica de la cenósis de malezas así también el crecimiento y desarrollo de los cultivos. El ensayo se inició en la época de primera de 1992 en el huerto escolar del Instituto "Rigoberto López Pérez" en Managua. Se utilizó un diseño de parcelas divididas, siendo el factor A: Rotación de cultivos (Sorgo-sorgo, sorgo-maíz, soya-maíz, soya-pepino y sorgo-pepino). Factor B: Control de malezas (control químico, control por período crítico y control limpia periódica). Los resultados demuestran que el control limpia periódica redujo la cenósis de las malezas. El control químico disminuyó en menor grado a las malezas; mientras el control por período crítico resultó ser insuficiente debido al alto grado de enmalezamiento. Las especies que más predominaron fueron las Monocotiledóneas como Cenchrus sp. y Panicum hurticaule. Entre las rotaciones el nivel de enmalezamiento fue menor en las rotaciones sorgo-sorgo y sorgo-pepino, cuando se ejerció el control limpia periódica en relación a las demás rotaciones. En sorgo el mayor rendimiento se obtuvo en los controles control químico y limpia periódica. En el maíz no hubo diferencias significativas ni por cultivo antecedente, ni por métodos de control. En el cultivo de pepino tampoco se detectó diferencia significativa por cultivo antecedente superando numéricamente la soya del sorgo como cultivo antecedente.

Efecto de rotación de cultivos y control de malezas sobre la cenosis de malezas en los cultivos maíz (Zea mays L), sorgo (Sorghum bicolor L. Moench) y pepino (Cucumis sativus L)

En este trabajo se estudia la influencia de diferentes métodos de control de malezas en diferentes rotaciones de cultivos, la dinámica de asociaciones de malezas y el crecimiento y desarrollo de los cultivos. El ensayo se inició en primera de 1991 en la Hacienda "Las Mercedes", Managua considerando en este trabajo los resultados de la siembra de postrera de 1990 se estudió las rotaciones sorgo-sorgo, sorgo-maíz, soya-maíz, soya-pepino y sorgo-pepino, y los métodos de control químico, control por período crítico y control por limpia periódica. Los resultados demuestran que el control limpia periódica efectuó un control satisfactorio de las malezas, mientras los controles período crítico y químico fueron insuficientes debido a la predominancia de especies monocotiledóneas como; R cachinchinensis de competividad alargada y tardía así como C. rotundos y de especies dicotiledóneas como K. máxima C. viscosa. Las rotaciones influyen sobre el nivel de enmalezamiento, siendo más bajo en le rotación sorgo-sorgo y sorgo-maíz que en las de más rotaciones. En cuento a rendimiento los mejores resultados se obtuvieron en la rotación sorgo-maíz y sorgo-pepino, debido a que el cultivo ejerció un mayor control sobre las malezas.

Diagnóstico agronómico de maíz (Zea mays) bajo riego: Región II, 1988

El objetivo del presente documento, es de exponer la metodología y los resultados de un "DIAGNOSTICO AGRONOMICO" para el análisis y la compresión de los bajos rendimientos del "PLAN CONTINGENTE DE GRANOS BASICOS BAJO RIEGO". El estudio se realizó en la Región II comprendiendo los departametos de León y Chinandena, entre los meses de Febrero a Julio de 1988, período en el cual se realiza el cultivo de maíz de riego. Para la realización del estudio se tomaron datos de campo así como la realización de encuestas a los técnicos y madores de las Unidades de Producción (U.P.E.). Se analizó el Itinerario Técnico para observar las labores que realizan en el campo y en que momento se ejecutan dichas labores. Como resultado del estudio, se observó que los bajos rendimientos del maíz bajo riego se debe al inadecuado manejo del cultivo, ya que todas las Unidades de Producción poseen todos los recursos necesarios para poder producir. A esto le debemos agregar la falta de interés que tienen los técnicos para aumentar la producción. Por lo tanto estos dos factores en su conjunto hacen que el maíz de riego no sea rentable en nuestro país en estas condiciones.

Efecto de diferentes niveles de nitrógeno, fraccionamiento y momentos de aplicación sobre el crecimiento, desarrollo y rendimiento del maíz (Zea mays L.) var. NB-12

El ensayo se llevó a cabo en la Estación Experimental La Compañía, Cerezo. Se estudió el efecto de tres niveles de nitrógeno (0, 50 y 100 kg/ha), dos fraccionamientos (25-75 % y 50-50%) y dos momentos de aplicación del nitrógeno (0-16 y 0-22 días después de la siembra) sobre el crecimiento. desarrollo y rendimiento del maíz (Zea mays L.), variedad NB-12, se estableció el experimento utilizando el diseño trifactorial modificado en bloques completos al azar con cinco repeticiones, realizado en época de postrera del 25 de Agosto al 13 de Diciembre de 1989. En los resultados obtenidos indican que hubo relaten positiva del factor nitrógeno sobre el crecimiento vegetativo de cultivo, siendo la mejor con el nivel de 100 kg/ha. Presentando un similar comportamiento los fraccionamientos y los momentos de aplicación. Los análisis realizados demuestran diferencias significativas para los diferentes niveles de nitrógeno sobre el rendimiento y sus componentes principales, obteniéndole el mayor rendimiento Con 100 kg/ha de nitrógeno, no así para el fraccionamiento y momentos de aplicación que no presentaran diferencias significativas. Entre las diferentes interacciones no hubieron diferencias significativas sobre el rendimiento y sus componentes principales, sin embargo se produjo la mejor respuesta con la combinación de 100 kg/ha de nitrógeno, fraccionándolo en 50-50 Y. aplicado a la siembra y 16 días después.

Efecto de diferentes niveles y formas de aplicación del nitrógeno en el crecimiento, desarrollo y rendimiento del maíz (Zea mays L.) en labranza cero y en condiciones de riego

Este experimento fue realizado en el Centro Experimental de Granos Básicos " Humberto Tapia Barquero " con el objetivo de determinar el efecto de cinco niveles y tres formas de aplicación del Nitrógeno y la interacción entre ambos factores en el crecimiento, desarrollo y rendimiento del maíz (Zea mays L.) variedad NB-12 bajo labranza cero. Los niveles estudiados fueron: 0 (testigo) 50, 100, 150 y 200 kg N/ha. Se utilizó urea como fuente de nitrógeno la cual se aplicó en tres formas diferentes: al voleo, en bandas sobre el surco y en bandas incorporadas. Los resultados indican que a partir de los 49 días después de la siembra (DDS) cada nivel de nitrógeno aplicado tuvo efectos significativos sobre las variables de crecimiento y desarrollo, obteniéndose los mayores efectos con los niveles de 150 y 200 kg N/ha los que resultaron estadísticamente similares entre sí.