Levantamento de ocorrência, alternativas de manejo, mecanismos de resistência e herança genética do capim-amargoso (Digitaria insularis) resistente ao herbicida glyphosate

O glyphosate é o principal herbicida utilizado no manejo de plantas daninhas na agricultura, aplicado em alguns sistemas de forma repetitiva ao longo de cada ano. Esta prática selecionou biótipos resistentes de espécies de plantas daninhas, sendo o capim-amargoso (Digitaria insularis) selecionado no Brasil. Portanto, se tornam necessários estudos para entender, manejar e reduzir a infestação do capim-amargoso resistente ao glyphosate. Dessa forma, esta pesquisa foi desenvolvida com os objetivos de: (i) mapear áreas do Brasil com possíveis infestações de capim-amargoso resistente ao glyphosate; (ii) avaliar alternativas químicas de seu manejo; (iii) elucidar os mecanismos de resistência ao glyphosate e; (iv) avaliar a herança genética dos genes que conferem resistência ao glyphosate. Para o desenvolvimento dos experimentos foram coletadas sementes de biótipos potencialmente resistentes de diversas regiões do Brasil onde ocorreram falhas de controle de D. insularis após a aplicação de glyphosate. Na primeira etapa da pesquisa foram realizados experimentos para determinação de uma dose discriminatória de triagementre as populações resistentes e suscetíveis ao glyphosate, através de curvas de dose-resposta, para identificar a resistência ao Glyphosate, sendo que estes dados foram utilizados para mapear a ocorrência de biótipos resistentes em algumas regiões do país. Na segunda etapa foi conduzido um experimento em casa-de-vegetação visando encontrar herbicidas alternativos ao Glyphosate para controle do capim-amargoso, utilizando herbicidas recomendados para as culturas do milho e algodão, tanto em condições de aplicação de pré como em pós-emergência da planta daninha. Na terceira etapa foram realizados ensaios para determinar a existência de absorção e translocação diferencial do glyphosate em biótipos suscetíveis e resistentes, juntamente com a análise molecular para comparar a região 106 do gene que codifica a EPSPs nestes biótipos. Por fim um estudo de polinização cruzada foi conduzido para avaliar se genes de resistência ao glyphosate são transferidos para a geração seguinte após inflorescências de biótipos suscetíveis serem acondicionadas com as de biótipos resistentes, submetendo a geração seguinte a experimentos de curva de dose-resposta com o glyphosate. Através do modelo de curva dose-resposta do programa estatístico R, determinou-se a dose de 960 g e.a ha-1, como a dose utilizada para triagem dos biótipos oriundos de diferentes regiões do Brasil. Com isto foram gerados mapas indicando a presença ou ausência de resistência ao herbicida, sendo que as região oeste do Paraná e sul do Mato Grosso do Sul apresentam maior número de localidades com a presença de biótipos resistentes. As alternativas de controle viáveis como pós-emergentes no estádio de um a dois perfilhos, foram os herbicidas Nicosulfuron, Imazapic + Imazapyr, Atrazine, Haloxifop-methyl e Tepraloxydim. Na pré-emergência do capim-amargoso os herbicidas Atrazine, Isoxaflutole, S-metolachlor, Clomazone, Diuron e Flumioxazin se apresentaram como eficazes para o controle desta espécie. Os resultados do experimento de absorção, translocação e comparação da região 106 não mostraram diferenças entre os biótipos resistente e suscetível. O experimento sobre cruzamento entre biótipos resistente e suscetível determinou a espécie D. insularis como autógama e sem transferência de genes que causam a resistência ao glyphosate.

Compatibilidade entre tratamentos químico e biológico de sementes de feijão para controle de Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli

Atualmente, a produtividade do feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris L.) pode ser reduzida devido à ocorrência de doenças em todo o território nacional, destacando-se a murcha de fusário, causada por Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli (Fop). No campo, o patógeno é disseminado a longas distâncias através das sementes infectadas e/ou contaminadas e a sua sobrevivência ocorre, principalmente, no solo. Os objetivos deste trabalho foram: avaliar a inibição do crescimento micelial de Fop por Trichoderma spp.; classificar a sensibilidade in vitro de Fop e Trichoderma spp., separadamente, a fungicidas e verificar a compatibilidade entre fungicidas químicos e biológicos para controle de Fop, presente nas sementes e no solo. Para avaliar a inibição do crescimento micelial de Fop, foram utilizados três isolados do patógeno, os quais foram confrontados, in vitro, com três isolados de Trichoderma spp. em testes de cultura pareada e produção de metabólitos voláteis a 20-22°C. Os experimentos foram conduzidos em delineamento inteiramente casualizado, com cinco repetições para cada isolado de Trichoderma. Para a classificação da sensibilidade in vitro de Fop e Trichoderma a fungicidas, foram avaliados os mesmos isolados anteriormente utilizados. Foram comparados dez fungicidas, em doses entre 0 a 100 mg L-1 que foram ajustadas de acordo com a CI50 de cada fungicida. Com base na percentagem de inibição do crescimento micelial, foram estimados os valores da concentração inibitória de 50% (CI50) e 100% (CI100) e selecionaram-se os fungicidas compatíveis com Trichoderma spp. A compatibilidade entre tratamentos químico e biológico foi avaliada através da inoculação artificial de sementes de feijão com um isolado de Fop (IAC 11.299-1) e infestação do mesmo no solo. As sementes foram tratadas com os fungicidas fludioxonil, flutriafol e tiofanato metílico, e com os três produtos biológicos, separadamente e em misturas. Avaliou-se o efeito dos tratamentos por meio dos testes de sanidade, germinação, comprimento de plântulas, massa da matéria seca em laboratório e índice de velocidade de emergência e porcentagem de emergência em estufa não climatizada. O efeito protetor dos tratamentos foi verificado através do teste de transmissão do patógeno solo-planta. Todos os isolados de Trichoderma apresentaram antagonismo in vitro contra Fop. No teste de cultura pareada foi observada uma redução de 15 a 20% no crescimento micelial do patógeno. No teste de produção de metabólitos voláteis, o isolado T12-1086G05 foi responsável pela maior inibição do crescimento micelial de Fop (10 a 48%). Os testes de sensibilidade in vitro mostraram que tiofanato metílico, flutriafol e fludioxonil foram compatíveis com Trichoderma (CI50 > 2 mg L-1). Com exceção do flutriafol e do GF 422 isolados e em mistura, todos os tratamentos foram eficientes na erradicação de Fop nas sementes, sem afetar a sua qualidade fisiológica. No teste de transmissão, verificou-se que a incidência de Fop foi de 5 a 40% no hipocótilo e de 5 a 30% nas raízes de feijoeiro provenientes de sementes tratadas com os produtos.

Expression profiling and sequence diversity of novel DREB genes from common bean (Phaseolus vulgaris L.) and their association with drought-related traits

Common bean is a major dietary component in several countries, but its productivity is negatively affected by abiotic stresses. Dissecting candidate genes involved in abiotic stress tolerance is a paramount step toward the improvement of common bean performance under such constraints. Thereby, this thesis presents a systematic analysis of the DEHYDRATION RESPONSIVE ELEMENT-BINDING (DREB) gene subfamily, which encompasses genes that regulate several processes during stress responses, but with limited information for common bean. First, a series of in silico analyses with sequences retrieved from the P. vulgaris genome on Phytozome supported the categorization of 54 putative PvDREB genes distributed within six phylogenetic subgroups (A-1 to A-6), along the 11 chromosomes. Second, we cloned four novel PvDREB genes and determined their inducibility-factors, including the dehydration-, salinity- and cold-inducible genes PvDREB1F and PvDREB5A, and the dehydration- and cold-inducible genes PvDREB2A and PvDREB6B. Afterwards, nucleotide polymorphisms were searched through Sanger sequencing along those genes, revealing a high number of single nucleotide polymorphisms within PvDREB6B by the comparison of Mesoamerican and Andean genotypes. The nomenclature of PvDREB6B is discussed in details. Furthermore, we used the BARCBean6K_3 SNP platform to identify and genotype the closest SNP to each one of the 54 PvDREB genes. We selected PvDREB6B for a broader study encompassing a collection of wild common bean accessions of Mesoamerican origin. The population structure of the wild beans was accessed using sequence polymorphisms of PvDREB6B. The genetic clusters were partially associated with variation in latitude, altitude, precipitation and temperature throughout the areas such beans are distributed. With an emphasis on drought stress, an adapted tube-screening method in greenhouse conditions enabled the phenotyping of several drought-related traits in the wild collection. Interestingly, our data revealed a correlation between root depth, plant height and biomass and the environmental data of the location of the accessions. Correlation was also observed between the population structure determined through PvDREB6B and the environmental data. An association study combining data from the SNP array and DREB polymorphisms enabled the detection of SNP associated with drought-related traits through a compressed mixed linear model (CMLM) analysis. This thesis highlighted important features of DREB genes in common bean, revealing candidates for further strategies aimed at improvement of abiotic stress tolerance, with emphasis on drought tolerance