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

Plan de restauración y conservación del humedal urbano de Calpe, Alicante (SE España)

Este estudio pretende profundizar en el conocimiento sobre el funcionamiento de pequeños humedales mediterráneos, en estado de degradación, que, por razones históricas y socioeconómicas, han quedado confinados en un espacio urbano, olvidando la importancia ambiental de estas anomalías hídricas positivas en espacios sometidos a déficit hídrico. Este tipo de humedales, como el de Calpe (Alicante), suelen localizarse en áreas costeras de alta densidad urbana, lo que supone un importante valor añadido desde la ordenación y gestión territorial, ya que contribuyen a mantener la conectividad ambiental a una escala mucho más amplia, funcionando como auténticos reservorios de biodiversidad. Así, se ha llevado a cabo una aproximación holística, analizando el estado actual de la lámina de agua y del espacio circundante, donde se han incluido parámetros del medio físico, del medio biótico y los usos del suelo. Para ello se han combinado técnicas de muestreo de campo con el uso de GPS y sistemas de información geográfica (SIG). Una vez detectadas las amenazas, y estudiado el potencial ecológico del humedal, se ha desarrollado un plan de restauración y conservación de la zona con la pretensión de implicar a la población local para devolver a este espacio el protagonismo que merece. En definitiva, se pretende proporcionar las herramientas teóricas y técnicas necesarias para garantizar la conservación y gestión sostenible de los humedales costeros urbanos y sus recursos naturales.

Propiedad, control y gestión del agua en regadíos deficitarios del Sureste español: la huerta de Alicante durante la Edad Moderna

La Huerta de Alicante, prototipo de los denominados regadíos deficitarios o secanos mejorados, ofrece uno de los mejores ejemplos de cómo la escasez hídrica activó la búsqueda de soluciones técnicas, propició la inversión en infraestructuras hidráulicas y desarrolló unas peculiares relaciones entre los labradores regantes y los propietarios del agua. La gestión de los recursos hídricos y su distribución por estricto cómputo horario por parte del municipio alicantino hasta 1739 permitió, pese a los condicionantes físicos y climáticos, el desarrollo de una actividad agrícola significativa durante los siglos modernos. La temprana separación del agua de la tierra a la que estaba adscrita en los primeros repartos medievales provocó numerosos conflictos a lo largo de la historia e intentos de unificar ambas propiedades, algo que nunca se consiguió.

IMPACTO DEL ESTRÉS ABIÓTICO SOBRE EL CULTIVO DE MANÍ: MECANISMOS FISIÓLOGICOS Y MOLECULARES IMPLICADOS EN LA ESTRATEGIA DE TOLERANCIA

El maní (Arachis hypogaea L.) es un cultivo relevante en la provincia de Córdoba ya que el 80% de la producción nacional se concentra en la región centro-sur de la provincia. El desarrollo normal y la alta productividad del cultivo muchas veces se ven afectados o interrumpidos por condiciones ambientales desfavorables entre ellos, el estrés hídrico. La obtención de plantas con mayor tolerancia no sólo aseguraría la estabilidad de los rendimientos en años de déficit hídrico, sino que permitiría extender la frontera productiva a regiones marginales. Considerando que el estrés hídrico es uno de los factores que más afecta la productividad y calidad de los cultivos y por ser el maní un cultivo regional existe escaso conocimiento sobre los mecanismos fisiológicos y moleculares involucrados en la estrategia de tolerancia a las condiciones ambientales adversas. El propósito del proyecto es contribuir al conocimiento del impacto del estrés hídrico y la rehidratación sobre plantas de maní dilucidando los mecanismos fisiológicos y moleculares implicados en las estrategias de defensa de las plantas, con el fin de seleccionar aquellos cultivares mejores adaptados a las condiciones adversas. Para ello, la metodología empleada consistirá en evaluar el crecimiento, la fijación biológica del nitrógeno y las estrategias de defensa antioxidante de cultivares de maní expuestos a estrés hídrico y posterior rehidratación.

Avaliação da remoção de matéria orgânica e nutrientes por sorção em solos residuais

A recarga artificial de aquíferos (RAQ) com águas residuais tratadas (ART) é uma prática que pode contribuir para a reposição de volumes de água no solo, que pode ser muito vantajoso em áreas com déficit hídrico ou com sobre-exploração de águas subterrâneas. No entanto, as cargas residuais das ART (p.e. matéria orgânica, nutrientes, metais pesados e microrganismos patogênicos) podem constituir uma desvantagem para a qualidade da água subterrânea, se o solo apresentar condições desfavoráveis para a sua infiltração. Realizaram-se ensaios laboratoriais em batelada para avaliar a remoção de matéria orgânica e nutrientes (formas de nitrogênio e fósforo) na componente fina de um solo residual granítico, proveniente de uma zona previamente selecionada para a infiltração de ART, localizada no nordeste da região da Beira Interior (Quinta de Gonçalo Martins, Guarda, Portugal). Os resultados dos ensaios de sorção em batelada mostram uma boa remoção de P-PO4, por complexação e precipitação, o que indica que o solo apresenta capacidade reativa para remover a carga residual de fosfato das ART. Após realização dos ensaios em batelada, as propriedades do solo mantiveram-se praticamente inalteradas.

Efeito da seca na dinâmica dos grupos funcionais fitoplanctônicos em reservatórios eutróficos do semiárido

Reservoirs are the main sources of surface water in Brazil´s semiarid region. The majority of these water supplies, however, are compromised by eutrophication. A severe drought in 2012 contributed to significant losses in water volume, influencing the availability of resources (nutrients and light) for phytoplankton. The aim of this study is to understand the dynamics of the functional groups of phytoplankton and the factors that affect them during a severe drought in the semiarid reservoirs of the northeast. We therefore studied the Dourado, Gargalheiras and Passagem das Traíras reservoirs in Rio Grande do Norte from January 2012 to January 2013. The effect of drought favoured homogeneity within the reservoir, in relation to biotic and abiotic variables, notably the absence of water supply given the lack of flow from its tributaries (intermittent river). The phytoplankton functional groups of bloomforming cyanobacteria (SN, S1 and M) dominated throughout the year 2012, in both the shallow and deep areas of the three reservoirs studied. The groups were related to high concentrations of volatile solids, total phosphorus and ammonia, and high turbidity. Cylindrospermopsis raciborskii (SN group) was the species with the greatest biomass in the three reservoirs. M group (Sphaerocavum brasiliense) performed better in shallow waters with more available phosphorus. Our data showed that high concentrations of nutrients and low availability of light, besides the stability of the water column due to lack of flow and the system´s high residence time, favoured the dominance of bloom-forming cyanobacteria groups, especially those tolerant to shadow

Alterações morfofisiológicas e moleculares em resposta a estresses abióticos em mamona (Ricinus communis L.)

The use of fossil fuels has been considered one of reason for the increase of pollution in the atmosphere and it may be related to the climate changes. Then, the research of the new sources of fuels will be important. Considering this, the use of biodiesel has been considered not as bad as petrol. The castor bean (Ricinus communis L.) is an important oilseed, which belongs to Euphorbiaceae family, and the oil found in the seed has important characteristics for biodiesel. This plant is considered as “rustic” as it does not need so much water for its development and oil production. Due to this, this plant has been considered to be ideal in semi-arid regions, such as the Northeast of Brazil. The aim of his study is to better understand the responses to abiotic stresses (drought and salinity) from castor bean plants using morphological, physiological and molecular tools. In order to do this, the castor bean plants were subjected to salt stress (50, 100, 150 and 200 mM NaCl) in a controlled environment and drought stress (5, 10, 15 days and 10 days cyclic). After these treatments, these plants were subjected to different analyzes: a) the expansion and retention of water from leaves; b) anatomy using leaves and roots. Based on these results, we found that castor suffered decrease in leaf area with increase drought stress, however restricted water loss, probably by accumulation of compatible solutes in the leaves. The anatomy data showed modifications in the vascular system. These modifications observed suggested that castor bean plant may be resistant to stress as it was verified in 5 days of drought as well as in 100 mM NaCl. In both conditions, these plants were fine. Probably these plants keep some solutes in the cell and then maintain the cell tugor. The data obtained in this study gave a better idea how castor bean plant responds to abiotic stress conditions - drought and salt stress

Avaliação da evapotranspiração na microrregião do Seridó: uma contribuição metodológica

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Estimativas, variabilidade e análise de tendência da evapotranspiração de referência em perímetros irrigados, no semiárido do nordeste brasileiro

The variability / climate change has generated great concern worldwide, is one of the major issues as global warming, which can is affecting the availability of water resources in irrigated perimeters. In the semiarid region of Northeastern Brazil it is known that there is a predominance of drought, but it is not enough known about trends in climate series of joint water loss by evaporation and transpiration (evapotranspiration). Therefore, this study aimed to analyze whether there is increase and / or decrease evidence in the regime of reference evapotranspiration (ETo), for the monthly, annual and interdecadal scales in irrigated polo towns of Juazeiro, BA (9 ° 24'S, 40 ° 26'W and 375,5m) and Petrolina, PE (09 ° 09'S, 40 ° 22'W and 376m), which is the main analysis objective. The daily meteorological data were provided by EMBRAPA Semiárido for the period from 01.01.1976 to 31.12.2014, estimated the daily ETo using the standard method of Penman-Monteith (EToPM) parameterized by Smith (1991). Other methods of more simplified estimatives were calculated and compared to EToPM, as the ones following: Solar Radiation (EToRS), Linacre (EToL), Hargreaves and Samani (EToHS) and the method of Class A pan (EToTCA). The main statistical analysis were non-parametric tests of homogeneity (Run), trend (Mann-kendall), magnitude of the trend (Sen) and early trend detection (Mann-Whitney). The statistical significance adopted was 5 and / or 1%. The Analysis of Variance - ANOVA was used to detect if there is a significant difference in mean interdecadal mean. For comparison between the methods of ETo, it were used the correlation test (r), the Student t test and Tukey levels of 5% significance. Finally, statistics Willmott et al. (1985) statistics was used to evaluate the concordance index and performance of simplified methods compared to the standard method. It obtained as main results that there was a decrease in the time series of EToPM in irrigated areas of Juazeiro, BA and Petrolina, PE, significant respectively at 1 and 5%, with an annual magnitude of -14.5 mm (Juazeiro) and -7.7 mm (Petrolina) and early trend in 1996. The methods which had better for better agreement with EToPM were EToRS with very good performance, in both locations, followed by the method of EToL with good performance (Juazeiro) and median (Petrolina). EToHS had the worst performance (bad) for both locations. It is suggested that this decrease of EToPM can be associated with the increase in irrigated agricultural areas and the construction of Sobradinho lake upstream of the perimeters.

Different levels of water deficit induces changes in growth pattern but not in chlorophyll fluorescence and water relations of Hancornia speciosa Gomes seedlings.

Hancornia speciosa Gomes é uma espécie conhecida popularmente no Brasil como mangabeira, cujo fruto apresenta alto valor nutricional. O conhecimento sobre a sua fisiologia é ainda escasso, principalmente no que se refere ao desenvolvimento inicial. Dessa forma, o objetivo do presente trabalho foi avaliar os efeitos de diferentes níveis de déficit hídrico sobre o padrão de crescimento, fluorescência de clorofila e relações hídricas em mudas de mangabeira. Foi utilizado um esquema fatorial (tratamentos x época de avaliação) com quatro tratamentos hídricos com base na capacidade de campo (CC) (80%, 60%, 40% e 20%), com cinco repetições. Foram avaliados a altura das plantas, número de folhas, diâmetro do caule, produção e partição de biomassa, eficiência quântica do fotossistema II (PSII), potencial hídrico (?w), teor relativo de água (TRA) e teor de carboidratos, proteínas e prolina. O déficit hídrico severo (20% CC) levou a uma redução no crescimento e alterou o padrão de partição de biomassa nas mudas. No entanto, as relações hídricas não foram significativamente afetadas, pois as mudas mantiveram altos valores de ?w e TRA, sem acúmulos significativos nos teores de solutos orgânicos quando cultivadas com 20%CC. Além do mais, a eficiência quântica do PSII não foi afetada pelos diferentes regimes hídricos, sugerindo que não houve fotoinibição devido ao estresse hídrico. A mudança no padrão de crescimento, com um incremento no aprofundamento das raízes e redução no crescimento da parte aérea parece ser a principal estratégia das mudas de H. speciosa para a manutenção da hidratação dos tecidos durante períodos de déficit hídrico.

Estimation of climatological water deficit in an experimental watershed in the brazilian cerrado.

ABSTRACT: This study aimed to estimate the probability of climatological water deficit in an experimental watershed in the Cerrado biome, located in the central plateau of Brazil. For that, it was used a time series of 31 years (1982?2012). The probable climatological water deficit was calculated by the difference between rainfall and probable reference evapotranspiration, on a decennial scale. The reference evapotranspiration (ET0) was estimated by the standard FAO-56 Penman-Monteith method. To estimate water deficit, it was used gamma distribution, time series of rainfall and reference evapotranspiration. The adherence of the estimated probabilities to the observed data was verified by the Kolmogorov-Smirnov nonparametric test, with significance level (a-0.05), which presented a good adjustment to the distribution models. It was observed a climatological water deficit, in greater or lesser intensity, between the annual decennials 2 and 32.

ANÁLISE DA DISTRIBUIÇÃO DOS RECURSOS HÍDRICOS DO AÇUDE ORÓS: BACIA HIDROGRÁFICA DO JAGUARIBE/CE - BRASIL

A bacia hidrográfica do rio Jaguaribe está situada em sua grande parte a sudoeste do Estado do Ceará, com uma pequena parcela a noroeste do Estado de Pernambuco. As nascentes do rio que nomeiam esta bacia localizam-se na Serra da Joaninha, município de Tauá, possuindo um padrão dendrítico do tipo exorréica, onde deságua no Oceano Atlântico, na cidade de Fortim, com uma extensão aproximada de 610 km. O açude Orós está inserido no médio curso da bacia hidrográfica Jaguaribana, onde o mesmo foi construído para suprir o déficit hídrico estadual. O objetivo do estudo é analisar a distribuição hídrica do açude Orós na região Jaguaribana, tomando enfoque nas necessidades de cada município assistido. A metodologia consiste em análise bibliográfica, cartográfica e pesquisa de campo. Pode-se constatar a importância do Comitê de Bacias Hidrográficas na administração dos recursos hídricos na área pesquisada, interferindo nos aspectos ambientais e socioeconômicos da região.

Curso diário e relações hídricas do babaçu (Orbignya phalerata Martius).

Este trabalho teve como objetivo avaliar as trocas gasosas nas mudas de babaçu sob déficit hídrico.

Uso da espectroscopia de reflectância do infravermelho próximo (NIRS) para previsão da composição bromatológica de vagens de algaroba e palma forrageira.

Espécies forrageiras adaptadas às condições semiáridas são uma alternativa para reduzir os impactos negativos na cadeia produtiva de ruminantes da região Nordeste brasileira devido à sazonalidade na oferta de forragem, além de reduzir custo com o fornecimento de alimentos concentrados. Dentre as espécies, a vagem de algaroba (Prosopis juliflora SW D.C.) e palma forrageira (Opuntia e Nopalea) ganham destaque por tolerarem o déficit hídrico e produzirem em períodos onde a oferta de forragem está reduzida, além de apresentam bom valor nutricional e serem bem aceitas pelos animais. Porém, devido à variação na sua composição, seu uso na alimentação animal exige o conhecimento profundo da sua composição para a elaboração de dietas balanceadas. No entanto, devido ao custo e tempo para análise, os produtores não fazem uso da prática de análise da composição químico-bromatológica dos alimentos. Por isto, a espectroscopia de reflectância no infravermelho próximo (NIRS) representa uma importante alternativa aos métodos tradicionais. Objetivou-se com este estudo desenvolver e validar modelos de predição da composição bromatológica de vagem de algaroba e palma forrageira baseados em espectroscopia NIRS, escaneadas em dois modelos de equipamentos e com diferentes processamentos da amostra. Foram coletadas amostras de vagem de algaroba nos estados do Ceará, Bahia, Paraíba e Pernambuco, e amostras de palma forrageira nos estados do Ceará, Paraíba e Pernambuco, frescas (in natura) ou pré-secas e moídas. Para obtenção dos espectros utilizaram-se dois equipamentos NIR, Perten DA 7250 e FOSS 5000. Inicialmente os alimentos foram escaneados in natura em aparelho do modelo Perten, e, com o auxílio do software The Unscrambler 10.2 foi selecionado um grupo de amostras para o banco de calibração. As amostras selecionadas foram secas e moídas, e escaneadas novamente em equipamentos Perten e FOSS. Os valores dos parâmetros de referência foram obtidos por meio de metodologias tradicionalmente aplicadas em laboratório de nutrição animal para matéria seca (MS), matéria mineral (MM), matéria orgânica (MO), proteína bruta (PB), estrato etéreo (EE), fibra solúvel em detergente neutro (FDN), fibra solúvel em detergente ácido (FDA), hemicelulose (HEM) e digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS). O desempenho dos modelos foi avaliado de acordo com os erros médios de calibração (RMSEC) e validação (RMSECV), coeficiente de determinação (R2 ) e da relação de desempenho de desvio dos modelos (RPD). A análise exploratória dos dados, por meio de tratamentos espectrais e análise de componentes principais (PCA), demonstraram que os bancos de dados eram similares entre si, dando segurança de desenvolver os modelos com todas as amostras selecionadas em um único modelo para cada alimento, algaroba e palma. Na avaliação dos resultados de referência, observou-se que a variação dos resultados para cada parâmetro corroboraram com os descritos na literatura. No desempenho dos modelos, aqueles desenvolvidos com pré-processamento da amostra (pré-secagem e moagem) se mostraram mais robustos do que aqueles construídos com amostras in natura. O aparelho NIRS Perten apresentou desempenho semelhante ao equipamento FOSS, apesar desse último cobrir uma faixa espectral maior e com intervalos de leituras menores. A técnica NIR, associada ao método de calibração multivariada de regressão por meio de quadrados mínimos (PLS), mostrou-se confiável para prever a composição químico-bromatológica de vagem de algaroba e da palma forrageira. Abstract: Forage species adapted to semi-arid conditions are an alternative to reduce the negative impacts in the feed supply for ruminants in the Brazilian Northeast region, due to seasonality in forage availability, as well as in the reducing of cost by providing concentrated feedstuffs. Among the species, mesquite pods (Prosopis juliflora SW DC) and spineless cactus (Opuntia and Nopalea) are highlighted for tolerating the drought and producion in periods where the forage is scarce, and have high nutritional value and also are well accepted by the animals. However, its use in animal diets requires a knowledge about its composition to prepare balanced diets. However, farmers usually do not use feed composition analysis, because their high cost and time-consuming. Thus, the Near Infrared Reflectance Spectroscopy in the (NIRS) is an important alternative to traditional methods. The objective of this study to develop and validate predictive models of the chemical composition of mesquite pods and spineless cactus-based NIRS spectroscopy, scanned in two different spectrometers and sample processing. Mesquite pods samples were collected in the states of Ceará, Bahia, Paraiba and Pernambuco, and samples of forage cactus in the states of Ceará, Paraíba and Pernambuco. In order to obtain the spectra, it was used two NIR equipment: Perten DA 7250 and FOSS 5000. sSpectra of samples were initially obtained fresh (as received) using Perten instrument, and with The Unscrambler software 10.2, a group of subsamples was selected to model development, keeping out redundant ones. The selected samples were dried and ground, and scanned again in both Perten and FOSS instruments. The values of the reference analysis were obtained by methods traditionally applied in animal nutrition laboratory to dry matter (DM), mineral matter (MM), organic matter (OM), crude protein (CP), ether extract (EE), soluble neutral detergent fiber (NDF), soluble acid detergent fiber (ADF), hemicellulose ( HEM) and in vitro digestibility of dry matter (DIVDM). The performance of the models was evaluated according to the Root Mean Square Error of Calibration (RMSEC) and cross-validation (RMSECV), coefficient of determination (R2 ) and the deviation of Ratio of performance Deviation of the models (RPD). Exploratory data analysis through spectral treatments and principal component analysis (PCA), showed that the databases were similar to each other, and may be treated asa single model for each feed - mesquite pods and cactus. Evaluating the reference results, it was observed that the variation were similar to those reported in the literature. Comparing the preprocessing of samples, the performance ofthose developed with preprocessing (dried and ground) of the sample were more robust than those built with fresh samples. The NIRS Perten device performance similar to FOSS equipment, although the latter cover a larger spectral range and with lower readings intervals. NIR technology associate do multivariate techniques is reliable to predict the bromatological composition of mesquite pods and cactus.

Caracterização ecofisiológica e agronômica de genótipos de sorgo granífero contrastantes para a tolerância à seca.

2016