QTL mapping for protein content in soybean cultivated in two tropical environments

The objectives of this study were to detect quantitative trait loci (QTL) for protein content in soybean grown in two distinct tropical environments and to build a genetic map for protein content. One hundred eighteen soybean recombinant inbred lines (RIL), obtained from a cross between cultivars BARC 8 and Garimpo, were used. The RIL were cultivated in two distinct Brazilian tropical environments: Cascavel county, in Paraná, and Viçosa county, in Minas Gerais (24º57'S, 53º27'W and 20º45'S, 42º52'W, respectively). Sixty-six SSR primer pairs and 65 RAPD primers were polymorphic and segregated at a 1:1 proportion. Thirty poorly saturated linkage groups were obtained, with 90 markers and 41 nonlinked markers. For the lines cultivated in Cascavel, three QTL were mapped in C2, E and N linkage groups, which explained 14.37, 10.31 and 7.34% of the phenotypic variation of protein content, respectively. For the lines cultivated in Viçosa, two QTL were mapped in linkage groups G and #1, which explained 9.51 and 7.34% of the phenotypic variation of protein content. Based on the mean of the two environments, two QTL were identified: one in the linkage group E (9.90%) and other in the group L (7.11%). In order for future studies to consistently detect QTL effects of different environments, genotypes with greater stability should be used.

Hidrólise enzimática de fibras de cotil��dones de soja e caracterização das frações sólidas e sol��veis

O objetivo deste trabalho foi determinar as melhores condições de hidrólise enzimática de fibras alimentares de cotil��dones de soja, original (FAO) e micronizada (FAM), e caracterizar os hidrolisados sólidos e sol��veis. As amostras foram hidrolisadas com carboidrase (200 µL g-1, durante 12 horas, a 30ºC) ou com protease (150 µL g-1, durante 5 horas, a 55ºC). A fração sólida das amostras tratadas com carboidrase teve redução de 73% dos carboidratos e de 50% dos ácidos urônicos iniciais; houve aumento da concentração de proteínas e aumento da solubilidade e volume de intumescimento comparado com o material não hidrolisado. Proteínas de reserva da soja - beta-conglicinina e glicinina - foram extraídas das fibras alimentares não hidrolisadas e identificadas por eletroforese. A protease solubilizou 54% do total de proteínas das amostras e formou peptídeos com peso molecular menor que 10 KDa e uma banda de peso molecular próximo aos 25 KDa, provavelmente glicoproteína de parede celular, e deixou uma fração sólida com 76% de fibras alimentares totais. A microscopia eletrônica de varredura mostrou alterações físicas para a FAO hidrolisada com protease, com superfície mais porosa do que a FAM. O tratamento enzimático foi efetivo em alterar a composição química e estrutural das fibras, dando novas perspectivas para aplicações tecnol��gicas.

Mosaic in Senna occidentalis in southern Brazil induced by a new strain of Soybean mosaic virus

Plants of Senna occidentalis (sin. Cassia occidentalis) with mosaic symptoms were collected near a soybean (Glycine max) field where some plants exhibited symptoms of mosaic and blistering. A preliminary examination of leaf tissue from diseased S. occidentalis by electron microscopy revealed the presence of pinwheel inclusions as well as long flexuous particles, indicating the presence of a potyvirus. Host range, serology, and amino acid sequence from this potyvirus were similar to those from other Brazilian isolates of Soybean mosaic virus (SMV). The 3'- terminal region of the genomic RNA was cloned and a cDNA sequence of 1.9 kb upstream of the poly (A) tract was determined. The sequence contains a single open reading frame and a 3'- non-translated region (NTR) of 259 bp. The nucleotide sequence of the CP gene of SMV-Soc was 98% identical to that of Brazilian isolates SMV-B, SMV-L, and SMV-FT10. The percentage of nucleotide identity of their 3'-NTR's was 91, 98, and 99% in relation to SMV-L, SMV-B, and SMV-FT10, respectively. In contrast to other Brazilian SMV isolates studied, SMV-Soc was able to infect sunflower (Helianthus annuus). Based on these results, the S. occidentalis isolate was identified as a new strain of SMV belonging to the SMV strain, group G5 and was named SMV-Soc. This is the first report of naturaly occurring SMV infecting plants of S. occidentalis in Brazil, adding this weed as a new source of SMV in the field.

Effect of population densities of Heterodera glycines race 3 on leaf area, photosynthesis and yield of soybean

The effect of Heterodera glycines on photosynthesis, leaf area and yield of soybean (Glycine max) was studied in two experiments carried out under greenhouse condition. Soybean seeds were sown in 1.5 l (Experiment 1) or 5.0 l (Experiment 2) clay pots filled with a mixture of field soil + sand (1:1) sterilized with methyl bromide. Eight days after sowing, seedlings were thinned to one per pot, and one day later inoculated with 0; 1.200; 3.600; 10.800; 32.400 or 97.200 J2 juveniles of H. glycines. Experiment 1 was carried out during the first 45 days of the inoculation while Experiment 2 was conducted during the whole cycle of the crop. Measurements of photosynthetic rate, stomatic conductance, chlorophyll fluorescence, leaf color, leaf area, and chlorophyll leaf content were taken at ten-day intervals throughout the experiments. Data on fresh root weight, top dry weight, grain yield, number of eggs/gram of roots, and nematode reproduction factor were obtained at the end of the trials. Each treatment was replicated ten times. There was a marked reduction in both photosynthetic rate and chlorophyll content, as well as an evident yellowing of the leaves of the infected plants. Even at the lowest Pi, the effects of H. glycines on the top dry weight or grain yield were quite severe. Despite the parasitism, soybean yield was highly correlated with the integrated leaf area and, accordingly, the use of this parameter was suggested for the design of potential damage prediction models that include physiological aspects of nematode-diseased plants.

Análise de restrição de DNA ribossomal amplificado (ARDRA) pode diferenciar Fusarium solani f. sp. phaseoli de F. solani f. sp. glycines

Métodos moleculares têm sido utilizados para caracterizar a diversidade entre isolados de Fusarium spp. patogênicos e não patogênicos a uma cultura e, para determinar relações genéticas entre formae speciales. Testes de patogenicidade realizados em soja (Glycine max) e feijoeiro (Phaseolus vulgaris) com 17 isolados de Fusarium solani não demonstraram especificidade de hospedeiros. Utilizou-se a técnica ARDRA (Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis) para analisar a região ITS1 - 5,8S rDNA - ITS2, amplificada com os primers ITS5 e ITS4. Os produtos amplificados foram digeridos com as enzimas de restrição Hae III e Msp I. Os padrões de bandas gerados pela digestão com a enzima Hae III permitiram diferenciar três grupos entre os isolados de F. solani, sendo um grupo específico para isolados de F. solani f. sp. phaseoli com 100% de similaridade entre os 11 isolados. Entre os isolados de F. solani f. sp glycines foram observados dois padrões distintos de restrição. A técnica de ARDRA utilizando a enzima Hae III apresenta, portanto, potencial para utilização como um marcador para diferenciação entre as formae specialesphaseoli e glycines, dentro do complexo F. solani.

Compatibilidade vegetativa de nit-mutantes de Fusarium solani patogênicos e não-patogênicos ao feijoeiro e à soja

Este trabalho objetivou determinar o grau de relacionamento entre 18 isolados de Fusarium solani f. sp. phaseoli e F. solani f. sp. glycines. A maioria destes isolados (14) demonstrou inespecificidade de hospedeiro sendo patogênicos ao feijoeiro (Phaseolus vulgaris) e a soja (Glycine max). Grupos de compatibilidade vegetativa de nit-mutantes destes isolados foram então determinados. Utilizou-se, como indutor de mutação, o clorato de potássio (KClO3), sendo estes nit-mutantes justapostos sobre meio mínimo contendo NAN0(3) para verificar a formação de heterocariose. Dos 18 isolados de F. solani, 13 foram reunidos em um único GCV. Neste grupo os isolados nit-mutantes F42, f. sp. phaseoli e F46, f. sp. glycines, foram compatíveis entre si. Três isolados constituíram em membros únicos de GCVs diferentes, sendo um destes isolados considerado auto-incompatível. Encontrou-se, portanto, compatibilidade vegetativa entre isolados de F. solani f. sp. phaseoli e F. solani f. sp. glycines. Esta compatibilidade pode ser uma justificativa para existência de isolados patogênicos a ambas culturas.

Identification of Rhizoctonia solani associated with soybean in Brazil by rDNA-ITS sequences

The aim of this study was to identify isolates of Rhizoctonia solani causing hypocotyl rot and foliar blight in soybean (Glycine max) in Brazil by the nucleotide sequences of ITS-5.8S regions of rDNA. The 5.8S rDNA gene sequence (155 bp) was highly conserved among all isolates but differences in length and nucleotide sequence of the ITS1 and ITS2 regions were observed between soybean isolates and AG testers. The similarity of the nucleotide sequence among AG-1 IA isolates, causing foliar blight, was 95.1-100% and 98.5-100% in the ITS1 and ITS2 regions, respectively. The nucleotide sequence similarity among subgroups IA, IB and IC ranged from 84.3 to 89% in ITS1 and from 93.3 to 95.6% in ITS2. Nucleotide sequence similarity of 99.1% and 99.3-100% for ITS1 and ITS2, respectively, was observed between AG-4 soybean isolates causing hypocotyl rots and the AG-4 HGI tester. The similarity of the nucleotide sequence of the ITS-5.8S rDNA region confirmed that the R. solani Brazilian isolates causing foliar blight are AG-1 IA and isolates causing hypocotyl rot symptoms are AG-4 HGI. The ITS-5.8S rDNA sequence was not determinant for the identification of the AG-2-2 IIIB R. solani soybean isolate.

Efeitos da rotação de cultura, de cultivares e da aplicação de fungicida sobre o rendimento de grãos e doenças foliares em soja

A rotação de culturas é um método eficiente e de baixo custo para o controle de doenças de final de ciclo (DFC) da soja (Glycine max). Em experimentos de campo, nas safras 1998/99 e 2000/01, avaliaram-se os efeitos da rotação de culturas de verão, com os sistemas soja e milho (Zea mays), de diferentes ciclos e cultivares de soja e da aplicação de fungicidas, sobre a ocorrência e intensidade das DFC. Na safra 98/99, detectou-se diferença significativa no rendimento de grãos na comparação da média dos dois sistemas (soja/soja e soja/milho), devido, principalmente, ao controle da podridão-parda da haste, que causou danos em monocultura. Não houve diferença significativa para o uso de fungicida na parte aérea na safra 98/99 para o rendimento. Na safra 00/01 não houve efeito significativo da rotação para intensidade de oídio e DFC. A aplicação de fungicidas proporcionou menor severidade do oídio e das DFC, diferindo significativamente da testemunha em todos as cultivares. Em relação à severidade do oídio e das DFC houve diferenças significativas para a aplicação de fungicida. A maior resposta em rendimento de grãos foi obtida nas cultivares suscetíveis ao oídio. Os maiores rendimentos de grãos foram detectados quando a soja foi cultivada em rotação com o milho e com a aplicação de fungicidas, principalmente nas cultivares suscetíveis ao oídio, e na safra 00/01 devido a maior precipitação pluvial onde houve maior severidade de DFC.

Ocorrência de Pratylenchus brachyurus e Meloidogyne incognita na cultura do algodoeiro no Estado do Mato Grosso

In a survey carried out in the state of Mato Grosso, Brazil, the lesion nematode, Pratylenchus brachyurus, and the root-knot nematode, Meloidogyne incognita, were found, respectively, in 94% and 3.7% of a total of 623 root and soil samples representing 21,793 ha. No visible aboveground symptoms in cotton (Gossypium hirsutum) plants infected by P. brachyurus were observed, except for typical root lesions. In contrast, plants with M. incognita usually exhibited pronounced symptoms of damage. The high frequency (94%) of P. brachyurus was unexpected and is of concern considering the fact that soybean (Glycine max) and corn (Zea mays), are both susceptible to this nematode and are used in crop rotation programs.

Seleção assistida por marcadores moleculares visando ao desenvolvimento de plantas resistentes a doenças, com ênfase em feijoeiro e soja

A transferência de alelos de resistência a doenças em plantas pode ser facilitada pelo uso de marcadores moleculares do DNA. Se proximamente ligados a alelos de resistência, eles podem ser usados na seleção assistida por marcadores (S.A.M.). Uma aplicação concreta dos marcadores na S.A.M. é durante o processo de piramidação de alelos de resistência. Por meio da S.A.M., em três gerações de retrocruzamento, o Programa de Melhoramento do Feijoeiro do BIOAGRO, Universidade Federal de Viçosa (Minas Gerais, Brasil), obteve linhagens de feijoeiro (Phaseolus vulgaris) com características fenotípicas similares às da cultivar Rudá (recorrente), contendo alelos de resistência à antracnose, ferrugem e mancha-angular. No momento, sementes das linhagens RC3F4, homozigotas para os locos de resistência estão sendo multiplicadas para serem submetidas a inoculações com os patógenos de interesse e a testes agronômicos. O Programa de Melhoramento da Qualidade da Soja do BIOAGRO vem usando marcadores moleculares para identificar "quantitative trait loci" (QTLs) associados à resistência ao nematóide de cisto da soja (NCS). Foram identificados dois marcadores microssatélites (Satt038 e Satt163) flanquendo o alelo de resistência rhg1 e também marcadores ligados a um QTL que confere resistência à raça 14 do NCS. Esse QTL explica mais de 40% da resistência da soja (Glycine max) cultivar Hartwig, uma das principais fontes de resistência ao NCS. A S.A.M. é uma realidade em diversos programas de melhoramento no mundo inteiro que visam ao desenvolvimento de cultivares resistentes a doenças. O seu uso efetivo no melhoramento depende de uma maior sintonia entre o melhorista e o biólogo molecular de plantas.

Variabilidade fisiol��gica em populações de Meloidogyne paranaensis

Comparou-se a capacidade reprodutiva de duas populações de Meloidogyne paranaensis, originárias de plantas de soja (Mp-s) e de cafeeiro (Mp-c), em diferentes hospedeiros. A população Mp-s apresentou maior capacidade reprodutiva que a Mp-c, apresentando fator de reprodução superior em tomateiro e em duas cultivares de soja, porém em cafeeiro a Mp-c reproduziu melhor. Em tomateiro 'Santa Clara', ambas reproduziram significativamente mais que nos outros hospedeiros e não houve diferença entre as cultivares de soja 'MS/BR 34' e 'Fepagro RS 10'. Contudo, maior número de populações deverá ser estudado.

Eventos dos processos de pré-penetração, penetração e colonização de Phakopsora pachyrhizi em fol��olos de soja

Técnicas de Microscopia de luz e eletrônica de varredura (MEV) foram utilizadas para acompanhar o desenvolvimento de Phakopsora pachyrhizi desde a inoculação de urediniósporos até a formação de soros urediniais em fol��olos de soja. Gotas com 50 µL de suspensão com 3x10(4) urediniósporos.mL-1 foram depositadas sobre fol��olos destacados de sete cultivares e duas PIs (PI 230970 e PI459025), que foram acondicionados em bandejas e incubados em BOD a 23 ± 2 ºC. Foram retiradas amostras em tempos de 4 a 240h após a inoculação (h.a.i.). Amostras foram submetidas ao clareamento em ácido acético/etanol absoluto (1:1, v/v), e a preparação para MEV. Nas PI 429025 e PI 230970 observou-se as mais baixas porcentagens de germinação de urediniósporos (20 a 35 %) e formação de apressórios (11 a 23,5 %), respectivamente. Nestes genótipos, a formação de apressório iniciou-se com 6 horas, enquanto nos demais, com 4 horas. Na cultivar BRS 154 observou-se a maior porcentagem de germinação (85,5 %) e maior porcentagem de formação de apressórios (66,5 %). Nas outras cultivares, as taxas de germinação encontradas variaram de 42 a 73,5 % e as de formação de apressório de 21,5 a 60,5 %. Em MEV foi possível observar vários dos eventos de pré e pós-penetração os quais apresentaram diferenças, em relação às informações já observadas na literatura.

Structural studies on enzymes of biotechnological and biomedical interest

Structural studies of proteins aim at elucidating the atomic details of molecular interactions in biological processes of living organisms. These studies are particularly important in understanding structure, function and evolution of proteins and in defining their roles in complex biological settings. Furthermore, structural studies can be used for the development of novel properties in biomolecules of environmental, industrial and medical importance. X-ray crystallography is an invaluable tool to obtain accurate and precise information about the structure of proteins at the atomic level. Glutathione transferases (GSTs) are amongst the most versatile enzymes in nature. They are able to catalyze a wide variety of conjugation reactions between glutathione (GSH) and non-polar components containing an electrophilic carbon, nitrogen or sulphur atom. Plant GSTs from the Tau class (a poorly characterized class) play an important role in the detoxification of xenobiotics and stress tolerance. Structural studies were performed on a Tau class fluorodifen-inducible glutathione transferase from Glycine max (GmGSTU4-4) complexed with GSH (2.7 Å) and a product analogue Nb-GSH (1.7 Å). The three-dimensional structure of the GmGSTU4-4-GSH complex revealed that GSH binds in different conformations in the two subunits of the dimer: in an ionized form in one subunit and a non-ionized form in the second subunit. Only the ionized form of the substrate may lead to the formation of a catalytically competent complex. Structural comparison between the GSH and Nb-GSH bound complexes revealed significant differences with respect to the hydrogen-bonding, electrostatic interaction pattern, the upper part of -helix H4 and the C-terminus of the enzyme. These differences indicate an intrasubunit modulation between the G-and Hsites suggesting an induced-fit mechanism of xenobiotic substrate binding. A novel binding site on the surface of the enzyme was also revealed. Bacterial type-II L-asparaginases are used in the treatment of haematopoietic diseases such as acute lymphoblastic leukaemia (ALL) and lymphomas due to their ability to catalyze the conversion of L-asparagine to L-aspartate and ammonia. Escherichia coli and Erwinia chrysanthemi asparaginases are employed for the treatment of ALL for over 30 years. However, serious side-effects affecting the liver and pancreas have been observed due to the intrinsic glutaminase activity of the administered enzymes. Structural studies on Helicobacter pylori L-asparaginase (HpA) were carried out in an effort to discover novel L-asparaginases with potential chemotherapeutic utility in ALL treatment. Detailed analysis of the active site geometry revealed structurally significant differences between HpA and other Lasparaginases that may be important for the biological activities of the enzyme and could be further exploited in protein engineering efforts.

Quantificação da ferrugem asiática e aspectos nutricionais de soja suprida com sil��cio em solução nutritiva

Para quantificar a severidade da ferrugem, os teores de clorofilas a e b e os carotenóides e também a nutrição em plantas de soja supridas com sil��cio, implantou-se um experimento em blocos casualizados com 6 tratamentos e 4 repetições. Os tratamentos consistiram em doses de silicato de potássio (0 mg/L, 56 mg/L, 112 mg/L, 168 mg/L, 224 mg/L e 280 mg/L). As plantas foram inoculadas no estádio V4. Nove dias após a inoculação, iniciaram-se as avaliações semanais do número de lesões de ferrugem da soja/cm² de área foliar, no total de cinco. Ao final do experimento, os dados foram integrados ao longo do tempo, obtendo-se a área abaixo da curva do número de lesões/cm² (AACNL). Após o término das avaliações, determinou-se a quantidade de clorofilas a e b, carotenóides e lignina das folhas das plantas de soja com as doses crescentes de sil��cio. Os teores de macro e micronutrientes da parte aérea das plantas também foram analisados. Observou-se redução da AACNL com aumento das doses de sil��cio na solução nutritiva. A AACNL reduziu, enquanto que os teores de fósforo, cálcio, enxofre e zinco, de clorofila b, carotenóides e lignina, na parte aérea, aumentaram com a adição de sil��cio.

Adjuvant concentrations and uredospore densities on Phakopsora pachyrhizi infection efficiency in soybean

Experiments were carried out in a growth chamber to evaluate the effect of spreader and uredospore concentrations on the efficiency of infection by Phakopsora pachyrhizi, the causal agent of Asian soybean rust. CD 214 RR soybean cultivar was inoculated with the following polyoxyethylene sorbitane monolaurate concentrations: 0, 30, 60, 120, 240, 480 and 960 µL.L-1 water, as well as a fixed uredospore concentration of 2 x 10(4) spores.mL-1. In a second phase, the inoculum concentrations of 0, 5 x 10³, 1 x 10(4), 2 x 10(4), 4 x 10(4), 8 x 10(4) and 16 x 10(4) uredospores.mL-1 were evaluated, and the spreader concentration of 240 µL.L-1, selected in the previous experiment, was fixed. The spreader concentration of 240 µL.L-1 can be used in artificial inoculation studies, as well as up to 4 x 10(4) uredospores.mL-1. In this work, there was a correlation between uredia and lesion density. Thus, the use of lesion density is recommended to assess disease intensity for its accuracy and less time consuming. There was also a positive correlation between uredia and lesion density.