Microcollinearity between autopolyploid sugarcane and diploid sorghum genomes

Abstract Background Sugarcane (Saccharum spp.) has become an increasingly important crop for its leading role in biofuel production. The high sugar content species S. officinarum is an octoploid without known diploid or tetraploid progenitors. Commercial sugarcane cultivars are hybrids between S. officinarum and wild species S. spontaneum with ploidy at ~12×. The complex autopolyploid sugarcane genome has not been characterized at the DNA sequence level. Results The microsynteny between sugarcane and sorghum was assessed by comparing 454 pyrosequences of 20 sugarcane bacterial artificial chromosomes (BACs) with sorghum sequences. These 20 BACs were selected by hybridization of 1961 single copy sorghum overgo probes to the sugarcane BAC library with one sugarcane BAC corresponding to each of the 20 sorghum chromosome arms. The genic regions of the sugarcane BACs shared an average of 95.2% sequence identity with sorghum, and the sorghum genome was used as a template to order sequence contigs covering 78.2% of the 20 BAC sequences. About 53.1% of the sugarcane BAC sequences are aligned with sorghum sequence. The unaligned regions contain non-coding and repetitive sequences. Within the aligned sequences, 209 genes were annotated in sugarcane and 202 in sorghum. Seventeen genes appeared to be sugarcane-specific and all validated by sugarcane ESTs, while 12 appeared sorghum-specific but only one validated by sorghum ESTs. Twelve of the 17 sugarcane-specific genes have no match in the non-redundant protein database in GenBank, perhaps encoding proteins for sugarcane-specific processes. The sorghum orthologous regions appeared to have expanded relative to sugarcane, mostly by the increase of retrotransposons. Conclusions The sugarcane and sorghum genomes are mostly collinear in the genic regions, and the sorghum genome can be used as a template for assembling much of the genic DNA of the autopolyploid sugarcane genome. The comparable gene density between sugarcane BACs and corresponding sorghum sequences defied the notion that polyploidy species might have faster pace of gene loss due to the redundancy of multiple alleles at each locus.

Identification and expression analysis of microRNAs and targets in the biofuel crop sugarcane

Abstract Background MicroRNAs (miRNAs) are small regulatory RNAs, some of which are conserved in diverse plant genomes. Therefore, computational identification and further experimental validation of miRNAs from non-model organisms is both feasible and instrumental for addressing miRNA-based gene regulation and evolution. Sugarcane (Saccharum spp.) is an important biofuel crop with publicly available expressed sequence tag and genomic survey sequence databases, but little is known about miRNAs and their targets in this highly polyploid species. Results In this study, we have computationally identified 19 distinct sugarcane miRNA precursors, of which several are highly similar with their sorghum homologs at both nucleotide and secondary structure levels. The accumulation pattern of mature miRNAs varies in organs/tissues from the commercial sugarcane hybrid as well as in its corresponding founder species S. officinarum and S. spontaneum. Using sugarcane MIR827 as a query, we found a novel MIR827 precursor in the sorghum genome. Based on our computational tool, a total of 46 potential targets were identified for the 19 sugarcane miRNAs. Several targets for highly conserved miRNAs are transcription factors that play important roles in plant development. Conversely, target genes of lineage-specific miRNAs seem to play roles in diverse physiological processes, such as SsCBP1. SsCBP1 was experimentally confirmed to be a target for the monocot-specific miR528. Our findings support the notion that the regulation of SsCBP1 by miR528 is shared at least within graminaceous monocots, and this miRNA-based post-transcriptional regulation evolved exclusively within the monocots lineage after the divergence from eudicots. Conclusions Using publicly available nucleotide databases, 19 sugarcane miRNA precursors and one new sorghum miRNA precursor were identified and classified into 14 families. Comparative analyses between sugarcane and sorghum suggest that these two species retain homologous miRNAs and targets in their genomes. Such conservation may help to clarify specific aspects of miRNA regulation and evolution in the polyploid sugarcane. Finally, our dataset provides a framework for future studies on sugarcane RNAi-dependent regulatory mechanisms.

Ammonia losses estimated by an open collector from urea applied to sugarcane straw

The quantification of ammonia (NH3) losses from sugarcane straw fertilized with urea can be performed with collectors that recover the NH3 in acid-treated absorbers. Thus, the use of an open NH3 collector with a polytetrafluoroethylene (PTFE)-wrapped absorber is an interesting option since its cost is low, handling easy and microclimatic conditions irrelevant. The aim of this study was to evaluate the efficiency of an open collector for quantifying NH3-N volatilized from urea applied over the sugarcane straw. The experiment was carried out in a sugarcane field located near Piracicaba, São Paulo, Brazil. The NH3-N losses were estimated using a semi-open static collector calibrated with 15N (reference method) and an open collector with an absorber wrapped in PTFE film. Urea was applied to the soil surface in treatments corresponding to rates of 50, 100, 150 and 200 kg ha-1 N. Applying urea-N fertilizer on sugarcane straw resulted in losses NH3-N up to 24 % of the applied rate. The amount of volatile NH3-N measured in the open and the semi-open static collector did not differ. The effectiveness of the collection system varied non-linearly, with an average value of 58.4 % for the range of 100 to 200 kg ha-1 of urea-N. The open collector showed significant potential for use; however, further research is needed to verify the suitability of the proposed method.

Teores de lignina e celulose em plantas de cana-de-açúcar em função da aplicação de maturadores

O objetivo deste trabalho foi avaliar os teores de lignina e celulose em plantas de cana-de-açúcar após a aplicação de dois maturadores para a colheita. O experimento foi conduzido em uma área de cana-soca, cultivar SP 803280, no município de Igaraçu do Tietê/SP. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos constituíram-se da aplicação de dois maturadores: sulfometuron-methyl (Curavial) e glyphosate (Roundup original). As doses utilizadas foram: glyphosate a 72 g e.a. ha-1; glyphosate a 144 g e.a. ha-1 ; glyphosate a 72 g e.a. ha-1 + sulfometuron methyl a 10 g p.c. ha-1; glyphosate a 108 g e.a. ha-1 + sulfometuron-methyl a 12 g p.c. ha-1; sulfometuron-methyl a 20 g p.c. ha-1; e a testemunha sem aplicação de maturadores. As análises de lignina e celulose foram realizadas pelo método lignina em detergente ácido modificado. O glyphosate e o sulfometuron-methyl alteraram os níveis de lignina no momento da colheita, e esse efeito foi observado também durante o crescimento da cana-de-açúcar (meses após a aplicação desses produtos). O glyphosate a 72 g e.a. ha-1 promoveu reduções nos teores de lignina, na colheita e durante o crescimento da cana-de-açúcar, quando comparados com os da testemunha, enquanto o sulfometuron-methyl isolado na menor dose (10 g ha-1) promoveu aumento nos teores desse biopolímero na soqueira da cana-de-açúcar.

Posttranscriptional Gene Silencing in Transgenic Sugarcane. Dissection of Homology-Dependent Virus Resistance in a Monocot That Has a Complex Polyploid Genome1

RNA-mediated, posttranscriptional gene silencing has been determined as the molecular mechanism underlying transgenic virus resistance in many plant virus-dicot host plant systems. In this paper we show that transgenic virus resistance in sugarcane (Saccharum spp. hybrid) is based on posttranscriptional gene silencing. The resistance is derived from an untranslatable form of the sorghum mosaic potyvirus strain SCH coat protein (CP) gene. Transgenic sugarcane plants challenged with sorghum mosaic potyvirus strain SCH had phenotypes that ranged from fully susceptible to completely resistant, and a recovery phenotype was also observed. Clones derived from the same transformation event or obtained after vegetative propagation could display different levels of virus resistance, suggesting the involvement of a quantitative component in the resistance response. Most resistant plants displayed low or undetectable steady-state CP transgene mRNA levels, although nuclear transcription rates were high. Increased DNA methylation was observed in the transcribed region of the CP transgenes in most of these plants. Collectively, these characteristics indicate that an RNA-mediated, homology-dependent mechanism is at the base of the virus resistance. This work extends posttranscriptional gene silencing and homology-dependent virus resistance, so far observed only in dicots, to an agronomically important, polyploid monocot.

Análise in vitro da expressão de genes de resposta a estresse oxidativo e osmótico da bactéria fastidiosa Leifsonia xyli subsp. xyli

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum ssp.), no qual o estado de São Paulo é responsável por mais de 50% da produção. Esta cultura é hospedeira de diversos patógenos que podem limitar sua produção, dentre os quais se destaca a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), agente causal do raquitismo da soqueira (ratoon stunting disease - RSD). Pouco se sabe sobre a fisiologia deste organismo e quais as estratégias utilizadas por este para colonizar seu hospedeiro. No entanto, sabemos que para infectar e colonizar seus hospedeiros, é necessário que bactérias parasíticas superem estresses de diversas naturezas impostas durante estes processos, como os estresses oxidativo e o osmótico. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram identificar in silico e analisar a expressão in vitro, por qPCR, de genes relacionados a estes dois estresses. Uma análise da sequência do genoma de Lxx identificou 35 genes, sendo 8 relacionados ao estresse oxidativo, 9 relacionados ao estresse osmótico e 11 relacionados a estresse gerais, incluindo um cluster de 6 genes envolvidos na síntese de carotenoides. A expressão destes foi avaliada 60 minutos após exposição a 30mM de H2O2 ou 7% (p/v) de polietilenoglicol 6000 (PEG 6000). Sete genes foram avaliados como normalizadores das reações de qPCR. A quantificação do grau de peroxidação lipídica indicou que ambos os tratamentos resultaram em sensível peroxidação, muito embora o efeito do tratamento com PEG 6000 tenha sido maior do que o tratamento com H2O2. A exposição ao H2O2 aumentou a expressão dos genes katA (catalase), sodA (superóxido dismutase), msrA (Sulfóxido de metionina redutase) e msrB (Sulfóxido de metionina redutase) bem como de todos os genes responsáveis pela síntese de carotenoides. Por outro lado, todos os genes relacionados ao estresse osmótico foram menos expressos na presença deste composto. Já quando a bactéria foi exposta a PEG 6000, o oposto ocorreu, ou seja, os genes relacionados ao estresse osmótico, que são otsA (Trealose-6-fosfato sintase), otsB (Trealose fosfatase), treY (Malto-oligosil trealose sintase), treZ (Malto-oligosil trealose trealoidrolase), treS (Trealose sintase), proX (Proteína de ligamento em substrato, tipo ABC glicina betaína transportadora), proW (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora), proZ (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora) e Naggn (Amidotransferase), além dos genes do cluster carotenoide, foram mais expressos, ao passo que alguns dos genes ligados à resposta ao estresse oxidativo foram menos expressos. Verificou-se também, através de PCR convencional utilizando primers para amplificar as regiões entre os genes carotenoides, que estes são expressos como um RNA policistrônico, constituindo assim um operon. Estes resultados validam predições anteriores baseadas na análise in silico da sequência do genoma de Lxx, confirmando que Lxx possui mecanismos responsivos aos estresses osmótico e oxidativo aos quais é submetida durante o processo de infecção de seu hospedeiro.

Desempenho econômico de um sistema de produção de biomassa da cana energia

O uso da biomassa como fonte de energia elétrica corresponde a uma alternativa de grande importância para o planejamento estratégico do crescimento econômico de diversos países. A vasta extensão territorial e o clima favorável ao desenvolvimento da agricultura no Brasil trazem como vantagem o poder de planejar sua matriz energética utilizando variadas fontes primárias renováveis. A cana-de-açúcar destaca-se pela rusticidade e grande produtividade. O bagaço como um subproduto resultante do processamento da cana é utilizado como fonte para a cogeração de energia e pode contribuir significativamente para a descentralização das fontes de energia nacional. Com o desenvolvimento da tecnologia de etanol de segunda geração, a busca pela maior produção de biomassa ganha relevância. Os programas de melhoramento identificaram que se caso com redução de 25 a 35% da sacarose na cana, a planta teria um potencial de aumento de mais de 100% da biomassa. Os híbridos derivados de programas de melhoramento da espécie Saccharum spp., direcionados exclusivamente para a produção de biomassa, foram denominados de cana energia. Tendo em vista o potencial de produtividade da cultura e consequentemente de geração de energia, torna-se necessário conhecer se esse potencial se traduz em resultado econômico. Com esse enfoque, o objetivo deste trabalho foi analisar a viabilidade econômica da produção de biomassa da cana energia. Para tanto foi desenvolvido um modelo em planilha eletrônica e o modelo foi empregado na simulação de cenários e alternativas. A planilha integra modelos de balanço hídrico, produtividade da cultura e distribuição de chuvas, e suas relações com aspectos econômicos e produtivos. O preço de venda da biomassa, a produtividade da cultura e a distância de transporte se mostraram como os itens que mais influem sobre os indicadores de viabilidade econômica. Diferentemente da eficiência gerencial, a eficiência de campo corresponde a um fator de grande importância a ser considerado para reduzir o custo de produção. A análise da área de colheita como uma variável crítica indicou que existem módulos ideais para a utilização de máquinas agrícolas, reduzindo o seu custo operacional devido ao uso melhor atribuído das máquinas na propriedade. A análise da textura do solo como variável crítica mostrou que o cultivo da planta em diferentes tipos de solos reflete em diferentes custos operacionais, produtividade potencial e no montante de investimento. O ano de reforma corresponde a um fator crítico para a viabilização da atividade. Para o cenário base, o indicador de atratividade financeira apresenta um Valor Presente Líquido de 6,4 milhões de reais e uma Taxa Interna de Retorno de 15,2%, com um horizonte de 20 anos de produção. As análises de sensibilidade mostram que as variáveis que mais impactam nos indicadores de viabilidade econômica financeira são o preço de venda da biomassa e a produtividade média da lavoura.

Eficiência de uso de nitrogênio pela cana-de-açúcar: diferenças genotípicas, preferência por amônio e emissão de N2O

O uso ineficiente do nitrogênio (N) é um problema global, que pode diminuir a sustentabilidade da produção agrícola da cana-de-açúcar para fins energéticos devido às emissões de N2O oriundas da fertilização nitrogenada. A eficiência de utilização de nitrogênio (EUN) tem sido pouco estudada em genótipos de cana-de-açúcar, o que pode ser preocupante devido a importância da cultura para o país. O objetivo desse estudo foi avaliar a EUN de genótipos de cana-de-açúcar, verificando se genótipos contrastantes tem preferência de absorção por amônio ao invés de nitrato, e checar se extratos radiculares de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum aumentam a eficiência de utilização de N pela cultura. Para isso três experimentos foram desenvolvidos em condições controladas em casa-de-vegetação e câmara de crescimento. No primeiro deles, 18 genótipos foram submetidos a dois níveis de N: limitante (baixo N) e suficiente (alto N). Posteriormente, quatro genótipos selecionados quanto a EUN do primeiro experimento, foram cultivados em câmara de crescimento por 69 dias, onde receberam quantidades conhecidas de N-fertilizante marcado ou no 15NH4+ ou no 15NO3-, sendo avaliados 24 e 72 horas após a aplicação do fertilizante marcado. Um terceiro ensaio foi realizado, em que extratos radiculares de Brachiaria humidicola (BCH) e Saccharum spontaneum (SCS) foram aplicados ao solo com o intuito de verificar seu potencial como inibidor da nitrificação, comparando-os com a dicianodiamida (DCD), e seu efeito para o aumento do aproveitamento do N pela cana-de-açúcar. No experimento de EUN verificou-se grande variação entre os genótipos. Dos 18 genótipos avaliados, seis foram classificados como responsivos a N e eficientes na utilização de N, três foram não eficientes e responsivos; dois foram eficientes e não responsivos, e sete não eficientes e não responsivos. Esse resultado comprova que a recomendação da adubação nitrogenada pode realmente estar pouco precisa, pois não leva em consideração a EUN de cada genótipo, sendo realizada uma aplicação genérica. As medições de fotossíntese mostraram que os genótipos mais eficientes na utilização do N, não necessariamente possuem as taxas fotossintéticas mais elevadas, estando a EUN diretamente relacionada à quantidade de raízes das plantas. No segundo trabalho, verificou-se que o N na planta proveniente do fertilizante (NPPF), 72 horas após a aplicação do N, foi 36% menor quando a fonte marcada foi NO3-, atestando que a cana-de-açúcar tem preferência de absorção por amônio em relação ao nitrato nos primeiros dias após a adubação nitrogenada. Por fim, os resultados do terceiro ensaio mostraram que a aplicação de sulfato de amônio (SA), associado ao inibidor sintético DCD, manteve os valores de N-NO3- baixos ao longo de todo período de avaliação (durante 60 dias), enquanto que com SA, SA+BCH e SA+SCS houve um aumento na concentração de nitrato no solo já a partir de 15 dia após a fertilização. O uso de DCD reduziu o fluxo médio de N2O durante o período de avaliação em relação ao uso isolado do fertilizante, o que não foi observado com o uso de extratos de raízes de Brachiaria humidicola e Saccharum spontaneum

Produção de biomassa e eficiência no uso da água para oito variedades de cana-de-açúcar irrigadas por gotejamento em dois ciclos de cultivo

A irrigação quando bem manejada, pode minimizar os riscos econômicos da atividade sucroalcooleira, particularmente em safras com presença de instabilidade climática onde a restrição hídrica, promovida pela diminuição no volume de chuvas, pode reduzir a produtividade dos canaviais. Dentre as ferramentas disponíveis para a gestão eficiente da água na agricultura irrigada, a técnica de irrigação sob déficit pode se tornar uma escolha acertada para a cana-de-açúcar, desde que sejam identificadas as fases fenológicas e épocas de cultivo onde a limitação da oferta de água não implique em reduções antieconômicas no rendimento da cultura. Diante disso, a hipótese que norteia essa pesquisa, é a de que existe uma estratégia de irrigação sob déficit, que associada a uma variedade com características específicas, possibilite a expressão de indicadores de produtividade tão satisfatórios quanto os obtidos em condições de irrigação plena. Nessa linha, os objetivos da pesquisa envolveram o estudo da dinâmica foliar, acúmulo e particionamento de biomassa e ainda, índices de produtividade da água para biomassa, açúcar e etanol de 1ª e 2ª geração de oito variedade de cana-de-açúcar, submetidas a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo em dois ciclos de cultivo (cana-planta e cana-soca). A pesquisa foi realizada na Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\", em Piracicaba/SP, onde foram estudados os dois primeiros ciclos de cultivo da cana-de-açúcar, sendo estes abordados nesta tese como Experimento 1 (cana-planta) e Experimento 2 (cana-soca). O delineamento experimental adotado para ambos os ciclos foi o de blocos casualizados, com três blocos completos. Os tratamentos foram compostos por três fatores em esquema de parcelas sub-subdivididas. Estas parcelas foram formadas por duas plantas (touceiras) alocadas em um vaso com aproximadamente 330 litros de solo. No Experimento 1, foram estudados três fatores, sendo o primeiro e segundo com quatro níveis e o terceiro com oito (4x4x8), totalizando assim 128 tratamentos, sendo eles: quatro níveis de irrigação ao longo do ciclo (125, 100, 75 e 50% da ETc); oito variedades comerciais de cana-de-açúcar e quatro procedimentos de maturação, impostos por meio de variações na intensidade do déficit hídrico aplicado. Para o Experimento 2, substitui-se o fator Maturação por Épocas de Corte, o qual consistiu em colheitas de um quarto do experimento a cada 90 dias. Os resultados encontrados apontaram que a área foliar responde positivamente a maior disponibilidade hídrica no solo, tendo sido verificado uma relação proporcional entre estes. Quanto ao acúmulo de biomassa, verificou-se que para as oito variedades estudadas houve incremento de biomassa a medida em que se aumentou o volume de água disponibilizado às variedades. No tocante ao particionamento, as folhas foram os drenos principais de fotoassimilados da planta até os 100 dias de cultivo, sendo que após este período, os colmos ocuparam o lugar de dreno preferencial. Os indicadores de produtividade da água apresentaram diferenças significativas para o fator lâmina, o que indica a existência de cultivares de cana-de-açúcar mais eficientes no uso da água. Por fim, observou-se que a produtividade da água para etanol total apresentou valores expressivos, com média para essa variável igual a 1,81 L m-3, o que denota o potencial de rendimento de etanol (1G + 2G) a partir da cana-de-açúcar quando é adotado o aproveitamento integral das plantas.

Estado nutricional de cultivares de cana-de-açúcar em função da aplicação de calcário e gesso no solo

As áreas destinadas à cultura de cana-de-açúcar estão concentradas em áreas de Cerrado, que são solos ácidos, com elevada saturação por alumínio e baixa saturação por bases. Para correção destas características, faz-se o uso de corretivos e fertilizantes no momento da implantação da cultura. Embora a toxidez por alumínio seja uma das mais sérias limitações ao crescimento de plantas em solos ácidos, há uma carência de estudos relacionando-a com a cultura de cana-de-açúcar. Com base nisto, o objeto deste trabalho foi avaliar o efeito da aplicação de calcário e gesso sobre o estado nutricional de quatro cultivares de cana-de-açúcar, distintas quanto à exigência nutricional, na fase de perfilhamento da cultura. Para tanto, desenvolveu-se experimento em casa de vegetação com vasos contendo 4 kg de amostra de solo, com saturação por alumínio de 29%, como substrato, com os seguintes tratamentos: 1) aplicação de calcário, 2) aplicação de gesso, e 3) controle, sem adição de calcário e gesso. Os cultivares utilizados foram: IACSP95-5000, IACSP94-2094, SP80-3280 e IAC95-3028. Após adição dos tratamentos, as amostras de solo foram incubadas por 45 dias. Para os materiais vegetais, mini-toletes de gema única das cultivares foram pré-brotados, crescidos por 90 dias e transplantados para os vasos, para os respectivos tratamentos. As plantas foram adubadas com macro e micronutrientes e cultivadas por 60 dias. Os tratamentos foram caracterizados quanto aos atributos químicos para avaliação da fertilidade após a incubação e após a coleta das plantas. Nas plantas, foram feitas avaliações de: clorofila, flavonoides, índice de balanço do nitrogênio (NBI), concentração de alumínio e dos nutrientes e produção de matéria seca de folha, colmo e raiz. Enquanto o tratamento gesso não diferiu do controle, o tratamento calcário foi efetivo para correção da reação da amostra de solo, com elevação dos valores de pH e saturação por bases, e redução da saturação por alumínio e acidez total, além do aumento nos teores de Ca e Mg. A adubação NPK+micro foi efetiva para aumentar os teores de P e K dos substratos de todos os tratamentos. Nas plantas, para todos os cultivares, os índices de clorofila, flavonoides e NBI foram mais adequados no tratamento calcário, em relação ao controle e ao gesso. A produção de matéria seca total e das partes das plantas, de modo geral, foi maior para a IACSP95-5000, intermediaria para a IACSP35-3028 e menor para a IACSP94-2094 e SP80-3280. Quanto aos tratamentos, não houve efeito do calcário e gesso sobre a produção de matéria seca de folha, contudo, houve aumento de produção de matéria seca de colmo e raiz pelo calcário, na cultivar IACSP95-5000. Independente do tratamento, as cultivares apresentaram concentração de alumínio superior a 5000 mg kg-1 nas raízes e inferiores a 360 e 160 mg kg-1 nas folhas e colmos, respectivamente, evidenciando que o Al foi acúmulo nas raízes das plantas. De modo geral, as concentrações de macro e micronutrientes variaram com os tratamentos e cultivares, porém sem valores altos e baixos extremos. Concluiu-se que a cultivar IACSP95-5000 tem maior potencial de produção em resposta à aplicação de calcário e que a saturação de alumínio de 29% não apresenta efeito negativo sobre a produção de matéria seca, exceto da cultivar IACSP95-5000, e estado nutricional das cultivares de cana-de-açúcar

Markers associated with stalk number and suckering in sugarcane colocate with tillering and rhizomatousness QTLs in sorghum

Two important factors influencing sugar yield, the primary focus of sugarcane plant breeding programs, are stalk number and suckering. Molecular markers linked to both of these traits are sought to assist in the identification of high sugar yield, high stalk number, low-suckering sugarcane clones. In this preliminary mapping study, 108 progeny from a biparental cross involving two elite Australian sugarcane clones were evaluated at two sites for two years for both stalk number and suckering. A total of 258 DNA markers, including both restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) and radio-labelled amplified fragments (RAFs), were scored and evaluated using single-factor analysis. Sixteen (7 RFLPs and 9 RAFs) and 14 (6 RFLPs and 8 RAFs) markers were identified that were significantly associated (P < 0.01) with stalk number and suckering, respectively, across both years and sites. The seven and six RFLP markers associated with stalk number and suckering, respectively, were generated by eight different RFLP probes, of which seven had been mapped in sorghum and (or) sugarcane. Of significant interest was the observation that all seven RFLP probes could be shown to be located within or near QTLs associated with tillering and rhizomatousness in sorghum. This observation highlights the usefulness of comparative mapping between sorghum and sugarcane and suggests that the identification of useful markers for stalk number and suckering in sugarcane would be facilitated by focussing on sorghum QTLs associated with related traits.

Resistance gene analogues in sugarcane and sorghum and their association with quantitative trait loci for rust resistance

Fifty-four different sugarcane resistance gene analogue (RGA) sequences were isolated, characterized, and used to identify molecular markers linked to major disease-resistance loci in sugarcane. Ten RGAs were identified from a sugarcane stem expressed sequence tag (EST) library; the remaining 44 were isolated from sugarcane stem, leaf, and root tissue using primers designed to conserved RGA motifs. The map location of 31 of the RGAs was determined in sugarcane and compared with the location of quantitative trait loci (QTL) for brown rust resistance. After 2 years of phenotyping, 3 RGAs were shown to generate markers that were significantly associated with resistance to this disease. To assist in the understanding of the complex genetic structure of sugarcane, 17 of the 31 RGAs were also mapped in sorghum. Comparative mapping between sugarcane and sorghum revealed syntenic localization of several RGA clusters. The 3 brown rust associated RGAs were shown to map to the same linkage group (LG) in sorghum with 2 mapping to one region and the third to a region previously shown to contain a major rust-resistance QTL in sorghum. These results illustrate the value of using RGAs for the identification of markers linked to disease resistance loci and the value of simultaneous mapping in sugarcane and sorghum.

Growth responses of sugarcane to mycorrhizal spore density and phosphorus rate

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi, commonly found in long-term cane-growing fields in northern Queensland, are linked with both negative and positive growth responses by sugarcane ( Saccharum spp.), depending on P supply. A glasshouse trial was established to examine whether AM density might also have an important influence on these growth responses. Mycorrhizal spores ( Glomus clarum), isolated from a long-term cane block in northern Queensland, were introduced into a pasteurised low-P cane soil at 5 densities ( 0, 0.06, 0.25, 1, 4 spores/g soil) and with 4 P treatments ( 0, 8.2, 25, and 47 mg/kg). At 83 days after planting, sugarcane tops responded positively to P fertilizer, although responses attributable to spore density were rarely observed. In one case, addition of 4 spores/g led to a 53% yield response over those without AM at 8 mg P/kg, or a relative benefit of 17 mg P/kg. Root colonisation was reduced for plants with nil or 74 mg P/kg. For those without AM, P concentration in the topmost visible dewlap ( TVD) leaf increased significantly with fertiliser P (0.07 v. 0.15%). However, P concentration increased further with the presence of AM spores. Irrespective of AM, the critical P concentration in the TVD leaf was 0.18%. This study confirms earlier reports that sugarcane is poorly responsive to AM. Spore density, up to 4 spores/g soil, appears unable to influence this responsiveness, either positively or negatively. Attempts to gain P benefits by increasing AM density through rotation seem unlikely to lead to yield increases by sugarcane. Conversely, sugarcane grown in fields with high spore densities and high plant-available P, such as long-termcane-growing soils, is unlikely to suffer a yield reduction from mycorrhizal fungi.

Recent advances in the molecular biology of Leifsonia xyli subsp xyli, causal organism of ratoon stunting disease

Twelve years ago our understanding of ratoon stunting disease (RSD) was confined almost exclusively to diagnosis of the disease and control via farm hygiene, with little understanding of the biology of the interaction between the causal agent (Leifsonia xyli subsp. xyli) and the host plant sugarcane (Saccharum spp. hybrids). Since then, research has focused on developing the molecular tools to dissect L. xyli subsp. xyli, so that better control strategies can be developed to prevent losses from RSD. Within this review, we give a brief overview of the progression in research on L. xyli subsp. xyli and highlight future challenges. After a brief historical background on RSD, we discuss the development of molecular tools such as transformation and transposon mutagenesis and discuss the apparent lack of genetic diversity within the L. xyli subsp. xyli world population. We go on to discuss the sequencing of the genome of L. xyli subsp. xyli, describe the key findings and suggest some future research based on known deficiencies that will capitalise on this tremendous knowledge base to which we now have access.

A new species of eriophyoid mite (Acari : Eriophyidae) on sugarcane in Australia

Seven species of eriophyoid mites (Acari: Eriophyoidea) are known to attack sugarcane plants (Saccharum spp., Poaceae) and related grasses in various parts of the world, but except for unconfirmed reports of Aceria sacchari and Abacarus sacchari, Australia had been thought to be free of these pests. Herein, Abacarus queenslandiensis n. sp. (Eriophyidae), vagrant on leaf surfaces of sugarcane in Australia, is described. Also, Cathetacarus n. gen. is erected for the distinctive mite, Catarhinus spontaneae Mohanasundaram, 1984. In addition, a key to the eriophyoid mites known to occur on sugarcane plants in the world is given.