GRASSIUS: A Platform for Comparative Regulatory Genomics across the Grasses

Transcription factors (TFs) are major players in gene regulatory networks and interactions between TFs and their target genes furnish spatiotemporal patterns of gene expression. Establishing the architecture of regulatory networks requires gathering information on TFs, their targets in the genome, and the corresponding binding sites. We have developed GRASSIUS (Grass Regulatory Information Services) as a knowledge-based Web resource that integrates information on TFs and gene promoters across the grasses. In its initial implementation, GRASSIUS consists of two separate, yet linked, databases. GrassTFDB holds information on TFs from maize (Zea mays), sorghum (Sorghum bicolor), sugarcane (Saccharum spp.), and rice (Oryza sativa). TFs are classified into families and phylogenetic relationships begin to uncover orthologous relationships among the participating species. This database also provides a centralized clearinghouse for TF synonyms in the grasses. GrassTFDB is linked to the grass TFome collection, which provides clones in recombination-based vectors corresponding to full-length open reading frames for a growing number of grass TFs. GrassPROMDB contains promoter and cis-regulatory element information for those grass species and genes for which enough data are available. The integration of GrassTFDB and GrassPROMDB will be accomplished through GrassRegNet as a first step in representing the architecture of grass regulatory networks. GRASSIUS can be accessed from www.grassius.org.

Efeitos da microgravidade em plantas de cana-de-açúcar

Sugarcane (Saccharum spp.) is a plant from Poaceae family that has an impressive ability to accumulate sucrose in the stalk, making it a significant component of the economy of many countries. About 100 countries produce sugarcane in an area of 22 million hectares worldwide. For this reason, many studies have been done using sugarcane as a plant model in order to improve production. A change in gravity may be one kind of abiotic stress, since it generates rapid responses after stimulation. In this work we decided to investigate the possible morphophysiological, biochemical and molecular changes resulting from microgravity. Here, we present the contributions of an experiment where sugarcane plants were submitted to microgravity flight using a vehicle VSB-30, a sounding rocket developed by Aeronautics and Space Institute teams, in cooperation with the German Space Agency. Sugarcane plants with 10 days older were submitted to a period of six minutes of microgravity using the VSB-30 rocket. The morphophysiological analyses of roots and leaves showed that plants submitted to the flight showed changes in the conduction tissues, irregular pattern of arrangement of vascular bundles and thickening of the cell walls, among other anatomical changes that indicate that the morphology of the plants was substantially influenced by gravitational stimulation, besides the accumulation of hydrogen peroxide, an important signaling molecule in stress conditions. We carried out RNA extraction and sequencing using Illumina platform. Plants subjected to microgravity also showed changes in enzyme activity. It was observed an increased in superoxide dismutase activity in leaves and a decreased in its activity in roots as well as for ascorbate peroxidase activity. Thus, it was concluded that the changes in gravity were perceived by plants, and that microgravity environment triggered changes associated with a reactive oxygen specie signaling process. This work has helped the understanding of how the gravity affects the structural organization of the plants, by comparing the anatomy of plants subjected to microgravity and plants grown in 1g gravity

Avaliação de parâmetros de estresse oxidativo em plantas de cana-de-açúcar tratadas com peróxico de hidrogênio

The genus Saccharum belongs to Poaceae family. Sugarcane has become important monocultures in Brazil due to their products: ethanol and sugar. The production may change between different regions from Brazil. This difference is related to soil, climatic conditions and temperature that promotes oxidative stress that may induce an early flowering. The aim of this work was to identify the effects of oxidative stress. In order to analyse this, sugarcane plants were submitted to oxidative stress using hydrogen peroxide. After this treatment, the oxidative stress were analyzed Then, the plant responses were analyzed under different approaches, using morphophysiological, biochemical and molecular tools. Thus, sugarcane plants were grown under controlled conditions and until two months they were subjected first to a hydroponics condition for 24 hours in order to acclimation. After this period, these plants were submitted to oxidative stresse using 0 mM, 10 mM, 20 mM and 30 mM hydrogen peroxide during 8 hours. The histomorphometric analysis allowed us to verify that both root and leaf tissues had a structural changes as it was observed by the increased in cell volume, lignin accumulation in cell walls. Besides, this observation suggested that there was a change in redox balance. Also, it was analyzed the activity of the SOD, CAT and APX enzymes. It was observed an increase in the SOD activity in roots and it was also observed a lipid peroxidation in leaves and roots. Then, in order to identify proteins that were differently expressed in this conditions it was used the proteomic tool either by bidimensional gel or by direct sequencing using the Q-TOF EZI. The results obtained with this approach identified more than 3.000 proteins with the score ranging from 100-5000 ions. Some of the proteins identified were: light Harvesting; oxygenevolving; Thioredoxin; Ftsh-like protein Pftf precusor; Luminal-binding protein; 2 cys peroxiredoxin e Lipoxygenase. All these proteins are involved in oxidative stress response, photsynthetic pathways, and some were classified hypothetical proteins and/or unknown (30% of total). Thus, our data allows us to propose that this treatment induced an oxidative stress and the plant in response changed its physiological process, it made changes in tissue, changed the redox response in order to survival to this new condition

Thiamethoxam on the histological characteristics of sugarcane young roots

Thiamethoxam is a systemic insecticide from the neonicotinoid group, nitroguanidin family which affects the nicotinic receptor acetyl choline in the insect membrane, wounding the nervous system and causing the death of the insect. It was used with success in the control of initial pests of several crops. It was considered that thiamethoxam has a bioactivator effect, because in the absence of insects promoted increase in vigor, development and productivity of crops. This work was carried out to verify if thiamethoxam causes histological changes in sugarcane roots. In this work, it was used optical microscopy, images arrest, tissue biometrics and statistical analysis, in young roots of sugarcane RB 83 5486 after the treatments with different thiamethoxam concentrations. It was determined changes in histological structure of tissues 7, 14, 21 and 28 days after the treatments, establishing its effects on root plant anatomy. It was verified that thiamethoxam increased root cortex width, increasing the vascular cylinder and the metaxylem vessel elements number in the vascular tissue until 21 days after application.

Biochemical and physiological responses of sugarcane cultivars to soil water deficiencies

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Padrões de infestação de comunidades de plantas daninhas no agroecossistema de cana-crua

Objetivou-se neste trabalho a obtenção de padrões de infestação de plantas daninhas na cultura de cana-de-açúcar com histórico de colheita mecanizada sem queima prévia da palha. Foram realizadas amostragens em 28 talhões na região de Ribeirão Preto, SP; em cada talhão foram demarcadas unidades de avaliação e coleta, na proporção de duas por hectare, que consistiram de áreas (quatro linhas de 4 metros de comprimento) mantidas sem controle de plantas daninhas e onde foram realizadas as amostragens de plantas emergidas. As amostragens foram realizadas aos 120 dias após o corte, com quadrados vazados (0,5 x 0,5 m) lançados aleatoriamente duas vezes em cada uma das unidades de avaliação e coleta. Com os dados obtidos, calculou-se a importância relativa e o índice de agregação das espécies ou grupo de espécies. Esses índices foram usados no processamento da análise de agrupamento hierárquica, utilizando como medida de semelhança a distância euclidiana e como estratégia de agrupamento o método UPGMA (Unweighted Pair-Group Method using arithmetic Averages). Foi possível distinguir quatro grupos em função da importância relativa e cinco grupos de talhões em função do índice de agregação; dentro de alguns grupos houve formação de subgrupos.

Determinação dos períodos de convivência da cana-soca com plantas daninhas

Esta pesquisa foi realizada com o objetivo de determinar o período anterior à interferência (PAI) e o período total de prevenção à interferência (PTPI) das plantas daninhas em cana-de-açúcar (cana-soca, segundo corte) do cultivar SP803280. O experimento foi instalado sobre um Latossolo Vermelho. Os tratamentos experimentais constituíram de períodos crescentes de controle ou de convivência das plantas daninhas com a cultura: 0, 015, 0-34, 0-59. 0-90, 0-124, 0-157 e 0-269 dias (colheita da cana), totalizando 16 tratamentos, dispostos no delineamento de blocos ao acaso com quatro repetições. As plantas daninhas mais frequentes encontradas na área experimental foram: capim-colonião (Panicum maximum), carrapicho-de-carneiro (Acanthospermum hispidum) e apaga-fogo (Alternanthera tenella). Os resultados obtidos, admitindo-se 2 e 5% de redução, na produção de colmos da cana-de-açúcar revelaram que o período anterior à interferência (PAI) tolerado pela cultura foi de 9 e 18 dias após a brotação (DAB), e o período total de prevenção à interferência (PTPI), de 200 e 137 DAB, respectivamente, resultando num período crítico de prevenção à interferência de 9 aos 200 DAB para 2% e 18 aos 137 DAB para 5% de redução.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: III - capim-braquiária (Brachiaria decumbens) e capim-colonião (Panicum maximum)

Um experimento foi conduzido em São João da Boa Vista-SP, com o objetivo de determinar o período anterior à interferência (PAI) e o período total de prevenção à interferência (PTPI) das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar. A cana foi plantada em abril de 1995, na época de plantio caracterizada por maior deficiência hídrica. A comunidade infestante presente foi variada, sendo Brachiaria decumbens e Panicum maximum as espécies mais importantes. Essa comunidade tendeu a apresentar acúmulo crescente de matéria seca durante todo o período de avaliação e reduziu em até 40% a produtividade de colmos da cana-de-açúcar. A cultura conviveu com a comunidade infestante até 74 dias após o plantio, sem sofrer redução significativa na produtividade (PAI). O período mínimo de controle para garantir a produtividade foi de 127 DAP (PTPI). Dessa forma, o controle das plantas daninhas foi crítico no período compreendido entre 74 e 127 dias após o plantio.

Controle de plantas daninhas através da palha de cana-de-açúcar associada à mistura dos herbicidas trifloxysulfuron sodium + ametrina

O objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos da palha de cana-de-açúcar resultante da colheita sem queima e da mistura comercial dos herbicidas trifloxysulfuron sodium + ametrina, na emergência e no acúmulo de biomassa seca de nove espécies de plantas daninhas. Os tratamentos foram distribuídos em esquema fatorial 3 x 3, sendo três quantidades de palha resultantes da colheita da cana-de-açúcar sem queima (0, 10 e 15 t ha-1), e três doses da mistura formulada dos herbicidas trifloxysulfuron sodium + ametrina (0, 1,75 e 2,00 kg ha-1), aplicados em condições de pós-emergência das plantas daninhas. As densidades das plantas daninhas foram avaliadas aos 15, 60 e 90 dias após a aplicação (DAA) da mistura dos herbicidas, e a biomassa seca das plantas daninhas, aos 90 DAA. A presença de palha sobre o solo suprimiu as densidades das populações de Brachiaria plantaginea, Digitaria horizontalis, Panicum maximum, Sida glaziovii e Amaranthus hybridus a níveis de infestação considerados satisfatórios de controle. A palhada também reduziu as populações de Senna obtusifolia, Ipomoea hederifolia, I. grandifolia e I. nil, porém em níveis insatisfatórios de controle. A mistura de herbicidas nas doses estudadas controlou todas as espécies de plantas daninhas avaliadas. Na presença da palha, o controle das plantas de S. obtusifolia, I. nil, I. hederifolia e I. grandifolia somente foi satisfatório quando foi aplicada a mistura de herbicidas. Para o controle de P. maximum, houve vantagem na integração dos dois métodos de controle, em relação à aplicação isolada da menor quantidade de palha estudada ou à aplicação da mistura de herbicidas.

Organização das comunidades infestantes de plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar em agrupamentos-padrão

O objetivo deste estudo foi avaliar a possibilidade de agrupar talhões de cana-de-açúcar colhida mecanicamente e sem queima prévia da palha na região de Ribeirão Preto-SP, de acordo com o potencial de infestação de plantas daninhas, por meio de análise de agrupamento por método hierárquico e outras técnicas de análise multivariada, utilizando como variável o índice de infestação relativa atribuído por avaliações visuais, em duas etapas. A primeira contemplou 20 talhões de cana-planta com ciclo de 18 meses; essas áreas foram utilizadas para comparação de dois métodos de estimativa da composição específica da flora daninha: análise fitossociológica e por meio da porcentagem visual de cobertura geral (CG) e específica (CE). A segunda etapa consistiu no levantamento da composição específica da comunidade de plantas daninhas em 189 talhões, em áreas de cana-soca colhidas durante a safra de 2008, incluindo nesses talhões apenas CG e CE. Com as informações sobre os levantamentos da comunidade infestante foi construído um banco de dados, posteriormente submetido a análises exploratórias por técnicas de estatística multivariada. Para as principais espécies dentro dos talhões, que foram DIGNU, ARACH, IPOHF, MRRCI e IPOQU, seguidas de CYPRO, ELEIN e EPHHS, foram verificados 75% de coincidências de resultados entre os dois métodos de avaliação. Também notou-se que as avaliações visuais de porcentagem de cobertura das espécies podem substituir, para fins de praticidade, agilidade e aplicabilidade, as avaliações fitossociológicas, uma vez que proporcionaram boa capacidade de detecção das principais plantas daninhas dentro de cada talhão. As técnicas de estatística multivariada demonstraram que os talhões podem ser agrupados de acordo com semelhanças na intensidade da infestação e na composição específica.

Períodos de interferência das plantas daninhas na cultura da cana-de-açúcar: II - capim-braquiária (brachiaria decumbens)

Um experimento foi conduzido em Olímpia-SP, com o objetivo de avaliar os efeitos de períodos de convivência e controle das plantas daninhas na produtividade da cultura da cana-de-açúcar. A cana foi plantada em maio de 1995, sendo colhida 15 meses após; a cultura anterior havia sido pastagem de Brachiaria decumbens e, em conseqüência, esta espécie foi a principal planta daninha presente na área experimental. Essa época de plantio é caracterizada por grande deficiência hídrica; mesmo assim, a população de B. decumbens tendeu a apresentar acúmulo crescente de biomassa seca durante todo o período de avaliação. Esse comportamento proporcionou intensa interferência na cultura da cana-de-açúcar, ocasionando 82% de redução na produtividade de colmos. A cultura pôde conviver com a comunidade infestante até 89 dias após o plantio (DAP), sem sofrer redução significativa na produtividade. O período mínimo de controle, para assegurar a máxima produtividade, foi de 138 DAP. Dessa forma, o controle das plantas daninhas foi crítico no período compreendido entre 89 e 138 DAP.

Desenvolvimento da tiririca (Cyperus rotundus) influenciado pela presença e ausência de palha de cana-de-açúcar e herbicida

O trabalho objetivou avaliar o desenvolvimento de Cyperus rotundus plantado em diferentes profundidades na ausência e presença de imazapic e palha da cana-de-açúcar. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, analisado em esquema fatorial do tipo 2 x 2 x 6, constituindo-se de 24 tratamentos representados pela palha (2 níveis); herbicida (2 níveis) e profundidades de plantio dos tubérculos (6 níveis). Os tratamentos foram constituídos por 25 tubérculos plantados a: 0, 2, 4, 6, 8 e 10 cm de profundidade, com e sem a aplicação de imazapic (110 g ha-1), na condição de presença e ausência de camada de palha de cana-de-açúcar (15 t ha-1). Concluiu-se que o crescimento das manifestações epígeas foi inibido pelo herbicida somente até aos 60 dias após aplicação (DAA), na ausência e na presença da camada da palha. Nas raízes, a quantidade e viabilidade dos tubérculos foram reduzidas nos tratamentos com ausência da palha e profundidade de plantio mais superficial, na presença ou ausência da aplicação de imazapic.

Efeito simultâneo da deficiência hídrica e do alumínio tóxico no solo na cultivar IAC91-5155 de cana-de-açúcar

Sugarcane is a very important economic crop in Brazil. The effects of abiotic stresses cause negative reduction of the productivity in the sugarcane industry. In order to identify indicators of stresses tolerance, two physiological variables were evaluated, nitrate reductase activity and chlorophyll contents in young plants of sugarcane, cv. IAC91-5155. The simultaneous effect of abiotic stresses of high occurrence in Brazilian soils are, water deficiency and aluminum toxicity. The plants were submitted to three treatments of water availability (% field capacity, FC): no stress (70% FC), moderate stress (55% FC), and extreme stress (40% FC); and three acidity treatments in the soil (base saturation, V%): no acidity (V=55%), average acidity (V=33%), and high acidity (V=23%). The experiment was carried out in greenhouse, with 29.7 +/- 4.3 degrees C and 75 +/- 10% RH. The experimental design was in randomized blocks, in 3x3 factorial arrangement, with four replicates. After 60 days, nitrate reductase activity and chlorophyll contents were evaluated in the diagnostic leaf. The results demonstrate that the response of plants to a combination of drought and aluminum toxicity, similar to the conditions in many natural environments, is different from the response of plants to each of these stresses applied individually, as typically tested in the laboratory. The nitrate reductase activity can be used as a biochemical-physiological marker of water deficiency while chlorophyll contents can be used as a biochemical-physiological marker of both of them, water deficiency or aluminum toxicity in soil. Both parameters can not be as a biochemical-physiological marker for acclimation of young plants of sugarcane cv. IAC91-5155, under the combined stresses.

Tolerância de cana-de-açúcar a herbicidas avaliada pela diferença dos tratamentos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Tolerância de cultivares de cana-de-açúcar a herbicidas aplicados em pós-emergência

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)