Ruminal dry matter and nitrogen degradation in relation to condensed tannin and protein molecular structures in sainfoin (Onobrychis viciifolia) and lucerne (Medicago sativa).

Sainfoin is a temperate legume that contains condensed tannins (CT), i.e. polyphenols that are able to bind proteins and thus reduce protein degradation in the rumen. A reduction in protein degradation in the rumen can lead to a subsequent increase in amino acid flow to the small intestine. The effects of CT in the rumen and the intestine differ according to the amount and structure of CT and the nature of the protein molecular structure. The objective of the present study was to investigate the degradability in the rumen of three CT-containing sainfoin varieties and CT-free lucerne in relation to CT content and structure (mean degree of polymerization, proportion of prodelphinidins and cis-flavanol units) and protein structure (amide I and II bands, ratio of amide I-to-amide II, α-helix, β-sheet, ratio of α-helix-to-β-sheet). Protein molecular structures were identified using Fourier transform/infrared-attenuated total reflectance (FT/IR-ATR) spectroscopy. The in situ degradability of three sainfoin varieties (Ambra, Esparcette and Villahoz) was studied in 2008, during the first growth cycle at two harvest dates (P1 and P2, i.e. 5 May and 2 June, respectively) and at one date (P3) during the second growth cycle (2 June) and these were compared with a tannin-free legume, lucerne (Aubigny). Loss of dry matter (DMDeg) and nitrogen (NDeg) in polyester bags suspended in the rumen was measured using rumen-fistulated cows. The NDeg of lucerne compared with sainfoin was 0·80 v. 0·77 at P1, 0·78 v. 0·65 at P2 and 0·79 v. 0·70 at P3, respectively. NDeg was related to the rapidly disappearing fraction (‘a’) fraction (r=0·76), the rate of degradation (‘c’) (r=0·92), to the content (r=−0·81) and structure of CT. However, the relationship between NDeg and the slowly disappearing fraction (‘b’) was weak. There was a significant effect of date and species×date, for NDeg and ‘a’ fraction. The secondary protein structure varied with harvest date (species×date) and was correlated with the fraction ‘b’. Both tannin and protein structures influenced the NDeg degradation. CT content and structure were correlated to the ‘a’ fraction and to the ‘c’. Features of the protein molecular secondary structure were correlated to the ‘b’ fraction.

Glucosinolates, myrosinase hydrolysis products, and flavonols found in rocket (Eruca sativa and Diplotaxis tenuifolia)

Rocket species have been shown to have very high concentrations of glucosinolates and flavonols, which have numerous positive health benefits with regular consumption. In this review we highlight how breeders and processors of rocket species can utilize genomic and phytochemical research to improve varieties and enhance the nutritive benefits to consumers. Plant breeders are increasingly looking to new technologies such as HPLC, UPLC, LC-MS and GC-MS to screen populations for their phytochemical content to inform plant selections. Here we collate the research that has been conducted to-date in rocket, and summarise all glucosinolate and flavonol compounds identified in the species. We emphasize the importance of the broad screening of populations for phytochemicals and myrosinase degradation products, as well as unique traits that may be found in underutilized gene bank resources. We also stress that collaboration with industrial partners is becoming essential for long-term plant breeding goals through research.

Identification and quantification of glucosinolate and flavonol compounds in rocket salad (Eruca sativa, Eruca vesicaria and Diplotaxis tenuifolia) by LC–MS: Highlighting the potential for improving nutritional value of rocket crops

Liquid Chromatography Mass Spectrometry (LC-MS) was used to obtain glucosinolate and flavonol content for 35 rocket accessions and commercial varieties. 13 glucosinolates and 11 flavonol compounds were identified. Semi-quantitative methods were used to estimate concentrations of both groups of compounds. Minor glucosinolate composition was found to be different between accessions; concentrations varied significantly. Flavonols showed differentiation between genera, with Diplotaxis accumulating quercetin glucosides and Eruca accumulating kaempferol glucosides. Several compounds were detected in each genus that have only previously been reported in the other. We highlight how knowledge of phytochemical content and concentration can be used to breed new, nutritionally superior varieties. We also demonstrate the effects of controlled environment conditions on the accumulations of glucosinolates and flavonols and explore the reasons for differences with previous studies. We stress the importance of consistent experimental design between research groups to effectively compare and contrast results.

Resilience of rice (Oryzaspp.) pollen germination and tube growth to temperature stress

Resilience of rice cropping systems to potential global climate change will partly depend on temperature tolerance of pollen germination (PG) and tube growth (PTG). Germination of pollen of high temperature susceptible Oryza glaberrima Steud. (cv. CG14) and O. sativa L. ssp. indica (cv. IR64) and high temperature tolerant O. sativa ssp. aus (cv. N22), was assessed on a 5.6-45.4°C temperature gradient system. Mean maximum PG was 85% at 27°C with 1488 μm PTG at 25°C. The hypothesis that in each pollen grain, minimum temperature requirements (Tn) and maximum temperature limits (Tx) for germination operate independently was accepted by comparing multiplicative and subtractive probability models. The maximum temperature limit for PG in 50% of grains (Tx(50)) was lowest (29.8°C) in IR64 compared with CG14 (34.3°C) and N22 (35.6°C). Standard deviation (sx) of Tx was also low in IR64 (2.3°C) suggesting that the mechanism of IR64's susceptibility to high temperatures may relate to PG. Optimum germination temperatures and thermal times for 1mm PTG were not linked to tolerating high temperatures at anthesis. However, the parameters Tx(50) and sx in the germination model define new pragmatic criteria for successful and resilient PG, preferable to the more traditional cardinal (maximum and minimum) temperatures.

Use of TD-GC-TOF-MS to assess volatile composition during post harvest storage in seven accessions of rocket salad (Eruca sativa)

An important step in breeding for nutritionally enhanced varieties is determining the effects of the post-harvest supply chain on phytochemicals and the changes in VOCs produced over time. TD- GC-TOF-MS was used and a technique for the extraction of VOCs from the headspace using portable tubes is described. Forty-two compounds were detected; 39 were identified by comparison to NIST libraries. Thirty-five compounds had not been previously reported in Eruca sativa. Seven accessions were assessed for changes in headspace VOCs over 7 days. Relative amounts of VOCs across 3 time points were significantly different - isothiocyanate-containing molecules being abundant on 'Day 0'. Each accession showed differences in proportions/types of volatiles produced on each day. PCA revealed a separation of VOC profiles according to the day of sampling. Changes in VOC profiles over time could provide a tool for assessment of shelf-life.

Genética e mapeamento molecular da resistência parcial à ferrugem da folha da aveia (Avena sativa L.)

A ferrugem da folha é a moléstia de maior importância econômica para a cultura da aveia e a resistência qualitativa, geralmente utilizada para o seu controle, apresenta pouca durabilidade. A utilização de resistência parcial, caracterizada pelo progresso lento da moléstia, tem sido reconhecida como alternativa para obtenção de genótipos com resistência mais durável. Os objetivos deste trabalho foram determinar o progresso da ferrugem, o controle genético da resistência, e identificar marcadores moleculares associados a essa resistência, em várias gerações e anos. Populações F2, F3, F4, F5 e F6 do cruzamento UFRGS7/UFRGS910906 (sucetível/parcialmente resistente) (1998, 1999 e 2000) e F2 do cruzamento UFRGS7/UFRGS922003 (1998), foram avaliadas a campo quanto à porcentagem de área foliar infectada, para determinar a área sob a curva do progresso da doença (ASCPD). Mapeamento molecular, com marcadores AFLP (amplified fragment length polymorphism), foi realizado em F2 e F6, do primeiro cruzamento, identificando marcadores associados à resistência quantitativa (“quantitative resistance loci” ou QRLs). Resultados de três anos evidenciaram alta influência do ambiente na expressão da resistência, apresentando, entretanto, variabilidade genética para resistência parcial nas populações segregantes. A distribuição de freqüências do caráter ASCPD nas linhas recombinantes F5 e F6 foi contínua, indicando a presença de vários genes de pequeno efeito em seu controle. Estimativas de herdabilidade variaram de moderada a alta. O mapa molecular F2 foi construído com 250 marcadores, em 37 grupos de ligação, e o mapa F6 com 86 marcadores em 17 grupos de ligação. Cinco QRLs foram identificados na F2 e três na F6. O QRL identificado na F6, pelo marcador PaaMtt340 apresentou consistência em dois ambientes.

Herança genética e mapeamento molecular da tolerância à toxidade do alumínio em aveia (Avena sativa L.)

A toxicidade do alumínio é um fator limitante para a obtenção de maior produtividade na cultura da aveia (Avena sativa L.). O desenvolvimento de genótipos tolerantes a altos níveis de toxidez ao alumínio é uma alternativa mais barata e viável para o cultivo em solos com subsolo ácidos. Os objetivos deste estudo foram avaliar genótipos de aveia quanto à reação ao alumínio tóxico em três soluções nutritivas, bem como, determinar a ação gênica, o número de genes, a herdabilidade do caráter e identificar marcadores moleculares associados a tolerância ao alumínio tóxico em genótipos de aveia. Oito genótipos foram avaliados em soluções nutritivas quanto à tolerância ao alumínio tóxico. A utilização de solução nutritiva foi eficiente para a discriminação dos genótipos de aveia quanto à tolerância ao alumínio. Os genótipos apresentaram variabilidade, sendo classificados como tolerantes, intermediários e sensíveis. A ação gênica aditiva foi a de maior importância, tanto na análise de média de gerações de oito cruzamentos, quanto na análise de um dialélico parcial envolvendo quatro genótipos. Em oito cruzamentos para determinação do número de genes envolvidos no caráter, através da análise do recrescimento da raiz principal de plantas em solução nutritiva, a segregação foi de apenas um gene com alelos múltiplos, sendo dois para tolerância (A1 e A2) e um para sensibilidade (a). A herdabilidade da característica foi alta, evidenciando que este caráter pode ser selecionado em programas de melhoramento, nas gerações iniciais. Na análise por microssatélites e AFLP, considerando as condições avaliadas, não foram identificados marcadores moleculares associados ao caráter.

Seleção recorrente para rendimento de grãos em aveia (Avena sativa L.) : identificação do tipo de unidade experimental para a avaliação, da geração de seleção e da variabilidade dos genitores

Seleção recorrente é um método indicado para o melhoramento de características quantitativas, como rendimento de grãos em aveia. Consiste em selecionar e recombinar de forma cíclica genótipos superiores de uma população geneticamente variável. Sua implantação depende do estabelecimento de uma estratégia que permita a condução das atividades inerentes ao método de forma compatível com a estrutura física e de mão-de-obra do programa. Este trabalho teve como objetivos investigar a possibilidade do uso de uma unidade experimental de tamanho reduzido para a condução das avaliações e seleção, indicar a geração de autofecundação a ser submetida à seleção e caracterizar a variabilidade dos genitores de uma população sintetizada pelo cruzamento dialélico de dez genótipos de aveia . Dados de três anos de ensaios mostram que unidades experimentais constituídas de uma única linha de três metros de comprimento reproduzem as classificações dos genótipos obtidas em parcelas de tamanho padrão para ciclo, estatura e rendimento de grãos. No entanto, o uso posterior de linhas como unidade experimental em ensaios que ocuparam uma área muito extensa, demonstrou que a variação de ambiente reduziu muito a eficiência da seleção. A avaliação da base genética para rendimento de grãos de aveia indica uma forte determinação de efeitos não aditivos. Nesta situação, a seleção em gerações mais avançadas de homozigose são mais adequadas. Porém, a seleção em geração F4 não apresentou vantagens sobre a realizada em F2 devido a grande variação de ambiente relacionada ao tamanho da área necessária para a condução dos ensaios. A estrutura da variabilidade fenotípica dos genitores confirma o caráter complementar dos genótipos em relação às características agronômicas e de adaptação pretendidas na população..

Estabelecimento de pyrenophora avenae Ito & Kurib, em grãos de aveia (Avena sativa L.) em formação sob condições de campo

O aumento da área de cultivo da aveia branca no Brasil, principalmente em plantio direto, tem ocasionado o aumento na intensidade da mancha foliar e do grão causada por Pyrenophora avenae. Por ser um patógeno necrotrófico, é extremamente dependente dos restos culturais da aveia para sobreviver entre uma estação de cultivo e outra. Assim, a suscetibilidade do hospedeiro, a presença de inóculo do patógeno e condições ambientais favoráveis tem sido as principais causas da ocorrência freqüente de epidemias no sul do Brasil. O objetivo deste trabalho foi identificar a fase do desenvolvimento das sementes que é mais suscetível para o estabelecimento do fungo e correlacioná-la com a quantidade de inóculo produzida nas folhas basais mortas. Sob condições de campo, panículas de aveia foram expostas ao inóculo por determinados períodos de tempo desde a sua emergência, em diferentes condições de temperatura e precipitação pluviométrica. As sementes em formação, expostas ao inóculo durante o estágio de grão leitoso e massa mole, apresentaram as maiores incidências do patógeno. A temperatura e a quantidade de chuva do período de observação não influenciaram a porcentagem de sementes infectadas pelo patógeno. No entanto, condições ambientais como temperaturas altas, acumulo de chuvas e ocorrência de outras moléstias, anteciparam a senescência das folhas basais das plantas de aveia, favorecendo uma maior produção de conídios pelo patógeno. O uso de cultivares que ofereçam resistência ou escape das sementes à infecção, a rotação de culturas e a aplicação de fungicidas no momento correto, são algumas medidas que podem ser adotadas para minimizar os prejuízos provocados por esse patógeno.

Caracterização biológica e molecular da interação de Drechslera avenae (Eidam) Sharif com cultivares e linhagens de aveia (Avena sativa L.)

A helmintosporiose, incitada por Drechslera avenae (teleomorfo, Pyrenophora avenae), constitui fator limitante à produção e à qualidade do grão de aveia (Avena sativa L). A caracterização biológica e molecular da interação aveia - D. avenae pode contribuir para o manejo e a determinação de estratégias de controle da doença. Para a caracterização biológica, foram avaliadas trinta cultivares de aveia quanto à percentagem de área foliar com sintomas da doença e o tipo de lesão, inicialmente sob condições de inoculação artificial com três isolados do fungo e, após, no campo, sob condições naturais de infecção. Os resultados demonstraram haver interações significativas entre os genótipos da planta e isolados do patógeno. Classificaram-se como mais resistentes ao fungo OR 4, UFRGS 7, UFRGS 14, UFRGS 18 e UPF 19. Para a caracterização molecular da interação, cinco genótipos (CTC 5, ORLA 975, preta-comum, UFRGS 18 e UPF 17), não inoculados e inoculados com dois isolados do fungo, foram investigados para a análise de expressão diferencial de genes após 12, 24 e 72 horas após a inoculação. A partir do RNA total extraído das plantas submetidas aos tratamentos, realizaram-se a síntese de cDNA (RT-PCR), o isolamento de cDNAs expressados diferencialmente e a produção de sondas para a verificação de mRNAs induzidos, os quais foram hibridizados por meio de “Southern blot” e “Reverse Northern”. Foram observadas diferenças na expressão de genes, em nível de mRNA, entre plantas sadias e infectadas, tendo-se obtido sete fragmentos de cDNAs relacionados à interação com D. avenae, os quais foram comparados quanto a sua similaridade com seqüências depositadas no banco de dados do Genbank. Pela análise de “Reverse Northern”, pôde-se identificar um cDNA denominado E3-IFCO, relacionado com a resposta de defesa da planta.

Melhoramento genético de leguminosas de clima temperado - alfafa (Medicago sativa L) e cornichão (Lotus corniculatus L) para aptidão ao pastejo

O presente trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar e selecionar genótipos de alfafa crioula e de cornichão cultivar São Gabriel para aptidão ao pastejo. Neste trabalho, foi proposto o termo aptidão ao pastejo em substituição à resistência ao pastejo. O procedimento padrão utilizado no processo de seleção e de caracterização dos genótipos constou de experimentos nos quais as plantas eram submetidas a uma pressão de pastejo elevada e contínua (3-5 cm de altura do resíduo). Houve diferença (P<0,05) na sobrevivência das diferentes populações de alfafa crioula, evidenciando variabilidade para a aptidão ao pastejo, o que não se evidenciou de forma consistente para o cornichão, que, no entanto, apresentou uma maior porcentagem de sobrevivência em comparação com a alfafa. A avaliação das características morfofisiológicas em alfafa não evidenciou diferenças (P>0,05) na contração das coroas, área da coroa e da raiz, área foliar residual e específica, número de hastes por planta, tipo de haste predominante (basilar ou axilar) e reservas orgânicas. Foram evidenciadas diferenças (P<0,05) no comprimento do entrenó e no índice de gemas específicas, proposto neste trabalho como descritor funcional da aptidão ao pastejo. Ensaios em casa-de-vegetação identificaram um marcador morfológico (altura do primeiro nó) nas plântulas de alfafa e de cornichão, capaz de separar precocemente os genótipos contrastantes quanto à aptidão ao pastejo. Foi comparada a efetividade das estirpes de rizóbio recomendadas para o cornichão com a de novas estirpes isoladas, demonstrando a possibilidade de obtenção de estirpes mais eficientes.

Estratégias de avaliação e herança da tolerância ao alumínio tóxico em linhagens recombinantes de aveia (Avena sativa L.)

Genótipos de aveia variam quanto à tolerância ao alumínio no solo. Uma maneira fácil, rápida e eficiente de identificar a tolerância ao alumínio é através do uso de solução nutritiva, em laboratório. Os objetivos deste estudo foram ajustar a metodologia de avaliação da tolerância ao alumínio, avaliar linhagens recombinantes quanto à tolerância ao alumínio em laboratório e a campo e estimar o número de genes que controlam o caráter, identificar marcadores morfológicos associados com a tolerância ao alumínio e avaliar os efeitos do gene de tolerância ao alumínio sobre caracteres de importância agronômica. Os ajustes na metodologia foram realizados envolvendo genótipos de aveia e trigo com resposta conhecida ao alumínio tóxico. Uma população de 333 linhagens recombinantes nas gerações F5:6 e F5:7 provenientes do cruzamento entre os genitores UFRGS 930598-6 (sensível) e UFRGS 17 (tolerante) foi avaliada em solução nutritiva. O número de genes que controlam a tolerância ao alumínio foi estimado pela distribuição de freqüência do recrescimento médio da raiz principal. Uma amostra de 22 linhagens recombinantes sensível e tolerante ao alumínio tóxico foi avaliada no campo, com alta concentração de alumínio no solo. A associação e o efeito do gene de tolerância ao alumínio com outros caracteres agronômicos foram realizados a campo em solo livre de alumínio. A técnica de avaliação da tolerância ao alumínio permitiu a discriminação mais eficiente dos genótipos após os ajustes realizados. A tolerância ao alumínio em aveia é governada por um gene de grande efeito, sendo que os genótipos tolerantes possuem os alelos AlaAla e os genótipos sensíveis os alelos alaala. A avaliação da tolerância ao alumínio em laboratório foi confirmada a campo. O caráter tolerância ao alumínio não apresenta alta associação com outros caracteres agronômicos. A presença do gene de tolerância ao alumínio não está associada a efeitos negativos em caracteres de importância agronômica.

Comparação de diferentes protocolos de higienização de alface (Lactuca sativa) utilizados em restaurantes de Porto Alegre - RS

O presente estudo teve como objetivo avaliar a eficácia de protocolos de higienização de alface adotados em restaurantes de Porto Alegre. Numa primeira etapa foram aplicados questionários em restaurantes de dois bairros da cidade, a partir dos quais definiram-se os tratamentos a serem testados. Na segunda fase, amostras de alface crespa, adquiridas no comércio, foram submetidas a: lavagem com água (T1); imersão em água (T2); imersão em solução de água sanitária (200ppm de cloro livre) por 15 minutos (T3); e por 30 minutos (T4); imersão em solução de vinagre a 2% (T5); e a 20% (T6). Todos os tratamentos foram realizados em dez repetições. A média da redução (log10) obtida variou de 0,64 (T1) a 2,46 (T4) para mesófilos aeróbios e de 1,09 (T2) a 2,34 (T4) para coliformes totais. A partir disso, verificou-se que o protocolo adotado na maioria dos restaurantes (imersão em água) não garantiu uma redução importante na população microbiana (0,75 log10 UFC/g para mesófilos aeróbios) enquanto T4 foi o mais eficaz para a higienização das alfaces.

Variabilidade, herdabilidade e regiões genômicas associadas à expressão da resistência parcial à ferrugem da folha em aveia (Avena sativa L.) avaliada em parcelas

As condições ambientais do subtrópico brasileiro favorecem o desenvolvimento da ferrugem da folha da aveia de maneira que a severidade torna-se alta e extremamente danosa. O desenvolvimento de variedades com resistência parcial (RP), tem sido sugerido como uma estratégia para tornar a efetividade da resistência à ferrugem da folha mais durável. Este trabalho teve por objetivos determinar a variabilidade, quantificar a herdabilidade e identificar as regiões genômicas (QTLs) associadas à expressão da RP, em linhagens do cruzamento UFRGS 7 x UFRGS910906, avaliadas na média de parcelas. Oitenta e três linhagens F6:7 e F6:8 e os genitores UFRGS 7 (suscetibilidade) e UFRGS 910906 (parcialmente resistente) foram avaliados, em 2002 e 2003, quanto à severidade da ferrugem da folha da aveia no decorrer do ciclo da cultura, em parcelas experimentais. A partir desses dados, foi calculada a área sob a curva do progresso da doença (ASCPD), a severidade máxima (SM) e o tempo em dias para atingir 12,5% da SM (T12,5). O rendimento de grãos (REND) e o peso de hectolitro (PH) das linhagens com RP foram comparados nos tratamentos com e sem fungicida. Uma análise por intervalo simples foi utilizada para identificar em mapa molecular F6, anteriormente desenvolvido, QTLs associados à ASCPD, SM e T12,5. A população de UFRGS 7 X UFRGS 910906 apresentou variabilidade para os parâmetros da RP, com as linhas 211, 238, 241, 243 e 245 apresentando os menores valores de ASCPD, SM e T12,5, nos dois anos. As estimativas de herdabilidade de ASCPD (0,87), SM (0,86), T12,5 (0,76), REND (0,99) e PH (0,64) foram altas. Seis QTLs foram identificados para as características ASCPD, SM e T12,5, avaliadas com base em parcelas experimentais, nos dois anos de estudo. Os resultados permitem concluir que a avaliação em parcelas da RP à ferrugem da folha de UFRGS 910906 é efetiva na distinção de genótipos resistentes. O nível de RP conferido por UFRGS 910906 não fornece proteção suficiente para manter o rendimento e qualidade de grãos, na presença de alta severidade da moléstia. A RP de UFRGS 910906 apresenta um QTL identificado pelo marcador AFLP PaaMtt340 com consistência de expressão em diferentes ambientes, capaz de ser detectado na avaliação de parcelas experimentais e com potencial para ser explorado através do uso de seleção assistida por marcadores moleculares em programas de melhoramento de aveia.