O desenvolvimento de culturas tolerantes ao herbicida diclorofenoxiacetato: revisão de literatura

O composto diclorofenoxiacetato (2,4-D) foi o primeiro herbicida orgânico, sistêmico, seletivo e de aplicação em pós-emergência desenvolvido no mundo. Juntamente com a revolução verde, ele contribuiu para elevar a produção dos cereais nas décadas posteriores a 1950. Esse produto é uma auxina sintética que pode ser utilizada como regulador do crescimento vegetal ou, ainda, como herbicida para o controle de espécies daninhas dicotiledôneas. Várias espécies infestantes dicotiledôneas que apresentam dificuldade de controle com outros herbicidas são suscetíveis ao 2,4-D. Contudo, a utilização desse herbicida fica restrita pela falta de seletividade em algumas culturas agrícolas. Nas últimas décadas, a descoberta de genes relacionados à tolerância ao 2,4-D em bactérias encontradas no solo e a sua transferência para culturas possibilitaram o desenvolvimento de linhagens tolerantes ao produto. Os objetivos desta revisão de literatura foram apresentar os genes e a atividade das enzimas responsáveis pela tolerância ao herbicida 2,4-D; ilustrar os mecanismos envolvidos na seletividade ao 2,4-D e a outros herbicidas; e equacionar algumas implicações para o manejo de plantas daninhas. O primeiro gene de tolerância ao 2,4-D descoberto foi o tfdA, encontrado no plasmídeo pJP4 da bactéria Cupriavidus necator. Este gene codifica a enzima 2,4-D/oxoglutarato dioxigenase, a qual realiza a conversão do 2,4-D em 2,4-diclorofenol e glioxilato. No final da década de 1980, foi realizada a primeira inserção do gene tfdA em plantas de Nicotiana tabacum, mediada por Agrobacterium tumefaciens. Isso conferiu tolerância de plantas de fumo ao 2,4-D. Resultados similares foram obtidos com inserções posteriores deste gene em plantas de Gossypium hirsutum, Brassica juncea e Vitis vinifera. Com a continuidade dos estudos de bactérias de solo, identificaram-se outros dois genes: o gene rdpA de Sphingobium herbicidivorans MH, que codifica a enzima ariloxialcanoato dioxigenase-1 (AAD-1); e o sdpA de Delftia acidovorans MC1, que codifica a enzima ariloxialcanoato dioxigenase-1(AAD-12). Essas duas enzimas são similares, mas têm cinética enzimática diferenciada e são capazes de degradar o 2,4-D e outros herbicidas. A enzima AAD-1 degrada o 2,4-D e, surpreendentemente, alguns herbicidas inibidores da acetil-CoA carboxilase (ACCase) do grupo dos ariloxifenoxipropionatos (FOPs). A enzima AAD-12 apresenta alta afinidade de ligação com os auxínicos 2,4-D, MCPA, triclopyr e fluroxypyr. Atualmente os genes que codificam estas enzimas estão sendo utilizados para o desenvolvimento de cultivares de soja, algodão e milho tolerantes ao 2,4-D e FOPs. Plantas de soja com o transgene sdpA se mostraram tolerantes ao 2,4-D. Plantas de milho contendo o gene rdpA também são tolerantes aos herbicidas FOPs. Trabalhos realizados com as espécies daninhas Conyza bonariensis, Conyza canadensis e Amaranthus palmeri resistentes ao herbicida glyphosate têm mostrado controle adequado com o 2,4-D. Portanto, os genes sdpA e rdpA são bons candidatos no desenvolvimento de culturas tolerantes ao 2,4-D e deverão ampliar as opções de controle de espécies daninhas de difícil manejo com outros herbicidas.

Glyphosate tolerant volunteer corn control at two development stages

The loss of grains during the harvest of glyphosate tolerant corn may generate volunteer plants, which can interfere in the conventional or glyphosate crop in succession. The current work aim to evaluate the control of the volunteer corn glyphosate tolerant under two weed stages. Aimed to evaluate the control of volunteer glyphosate tolerant corn in two stages of development. There were conducted two experiments with hybrid 2B688 HR (lepidoptera and glyphosate tolerant), the application were at V5 and V8 stage. The experiment was randomized block design with four replicates, using the treatments: haloxyfop at 25, 50 and 62 g ha-1 alone and associated with 2,4-D at 670 g ha-1 or fluroxypyr at 200 g ha-1. The standard was clethodim at 84 g ha-1 with 2,4-D and fluroxypyr at same rates. The applications of haloxyfop and clethodim both isolated or in a mixture with 2,4-D and fluroxypyr at V5 stage showed total control (100%) at 32 and 39 days after the application, except for haloxyfop + 2,4-D (25 + 670 g ha-1) mixture, which did not provided adequate control. At V8 stage, haloxyfop + 2,4-D (50 + 670 g ha-1) and haloxyfop + 2,4-D (62 + 670 g ha-1) mixtures took up to 6 and 10 days or longer to reach adequate to excellent control, when compared to haloxyfop isolated applications in the same doses, respectively. Either isolated clethodim or mixed with 2, 4-D and fluroxypyr did not show adequate control. The treatments showed efficient control on volunteer corn plants at V5 stage, except for haloxyfop + 2, 4-D (25 + 670 g ha-1) mixture. At V8 stage applications, haloxyfop either isolated or mixture with fluroxypyr demonstrated excellent control on every evaluated dose. The mixture with 2, 4-D can reduce haloxyfop efficiency at low doses. Clethodim alone or mixed with 2,4-D or furoxypyr did not provide acceptable level of control.

Changes in Photosynthesis and Oxidative Stress in Wheat Plants Submmited to Herbicides Application

The use of herbicides, even in tolerant crops, can cause stress evidenced by increase phytotoxicity affecting growth and development. The objectives of this study were to evaluate herbicides effect from different mechanisms of action in photosynthetic and oxidative stress parameters, as well visual phytotoxicity and wild radish control in wheat crop, cultivar Quartzo. Two trials were conducted where the first one evaluated the photosynthetic parameters on wheat plants in two seasons collection, following the application of herbicides bentazon, clodinafop, iodosulfuron, metribuzin, metsulfuron and 2,4-D; and the second one evaluated wild radish (Raphanus sativus) control, wheat phytotoxicity and yield due to bentazon, iodosulfuron, metribuzin, metsulfuron and 2,4-D herbicides application. Photosynthetic rate, stomatal conductance and transpiration were negatively affected by metribuzin, metsulfuron and 2,4-D herbicides at 24 and 120 HAS (hours after spraying) compared to control. Oxidative stress was similar or lower to control, when herbicide was applied and, in general, there was no difference between application times. Lipid peroxidation, catalase activity and phenols were higher in the first collection time. The application of herbicides iodosulfuron and 2,4-D reduces chlorophylls and carotenoids in wheat. Herbicides bentazon, iodosulfuron, metribuzin, metsulfuron and 2,4-D are selective to wheat, cultivar Quartzo and do not affect wheat yield. 2,4-D, metribuzin and iodosulfuron are more efficient for wild radish control.

Conyza spp.: From Ugly Duckling to Agriculture's Fittest Swan - Brief Review

Conyza spp. are widely responsible for yield losses in agriculture due to its worldwide occurrence, resistance to herbicides and other traits which turn these species into first grade weeds. Since the 1980's, these species started to be cited on books both related to the ecology and the weed science, being usually classified as ruderals. Occurrence of Conyza in crops shows that these species are highly adaptable due to its recent evolutionary origin and occur in environments prone concomitantly to a moderate set of competition, disturbance and stress. There are also limitations in Grime's theory which may lead us to mistakes about the behavior of Conyza. Thus, simple and isolated recommendations certainly will not solve the problem of Conyza. Neither soil tillage nor tolerant crops to 2,4-D will free the agriculture from this weed, being necessary an integrated approach to solve this problem which demands qualified human resources in weed science and planning.

Morfogênese in vitro e susceptibilidade de calos de variedades nacionais de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) a agentes seletivos utilizados em sistemas de transformação genética

Foi avaliada a morfogênese in vitro a partir de explantes de folha imatura excisados de plantas de duas variedades nacionais (RB739735 e RB72454) de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.), mantidas em campo. Os explantes foram obtidos de plantas com 6-9 meses e cultivados em meio MS sólido suplementado com 2,4-D a 9 miM. As culturas foram mantidas no escuro, durante quatro semanas. A eficiência de formação de calos foi influenciada pelo genótipo. Os calos derivados da variedade RB72454 eram mucilaginosos e não originaram plantas. Explantes da variedade RB739735 formaram calos amarelos friáveis e embriogênicos (tipo II), que mantiveram sua capacidade proliferativa por, pelo menos, seis meses. Após transferência para meio MS sem reguladores de crescimento e em condições de iluminação, 56% desses calos originaram plantas, resultando na produção de, em média, 50 plantas por calo, após dois meses de cultura. As plantas continuaram a se desenvolver, originando novos brotos após transferência para meio MS0 líquido, não sendo observadas anormalidades fenotípicas. A inibição do desenvolvimento dos calos em resposta a diferentes concentrações de antibióticos usados em protocolos de transformação genética foi também avaliada. Foi observada inibição na presença de canamicina a 128,7 miM e de higromicina a 94,8 miM. Não foi obtido nenhum efeito inibidor do antibiótico geneticina (G418), em concentrações entre 43,3 e 86,6 miM.

Germinação in vitro e embriogênese somática a partir de embriões imaturos de canela sassafrás (Ocotea odorifera Mez)

Embriões zigóticos em diferentes estádios de desenvolvimento foram utilizados para avaliar o potencial de germinação e competência embriogênica in vitro. Frutos coletados entre 15 e 360 dias após a antese foram avaliados em relação ao diâmetro (mm), comprimento (mm) e massa fresca (g). Para avaliar a percentagem de germinação in vitro, embriões zigóticos em diferentes estádios de desenvolvimento foram inoculados em meio de cultura composto de sais minerais de Murashigue & Skoog (MS), ou em meio MS suplementado com 4,4 miM de BAP, sacarose (3%), ágar (0,6%), carvão ativado (0,15%). Para a indução de embriogênese somática, eixos embrionários em diferentes estádios de desenvolvimento foram inoculados em meio de cultura MS, suplementado com 2,4-D (0, 9, 18, 72 e 144 miM), sacarose (3%), ágar (0,6%), carvão ativado (0,15%). O embrião zigótico e o fruto apresentaram pequeno crescimento até 180 dias após a floração, aumentando após esta data até a última coleta (360 dias após a floração). A germinação in vitro foi observada em embriões imaturos coletados a partir dos 240 dias após a floração, com percentagem média de 40%. Na última coleta a percentagem média de germinação foi 80%. Culturas embriogênicas foram induzidas em meio de cultura contendo altas concentrações de 2,4-D (72-144 miM) em eixos embrionários coletados a partir dos 150 dias após a floração. As culturas embriogênicas foram mantidas in vitro em meio de cultura MS desprovido de reguladores de crescimento, pelo processo de embriogênese secundária repetitiva.

Histological changes in banana explants, cv. Nanicão (Musa spp., Group AAA), submitted to different auxins for induction of somatic embryogenesis

The present work analyzes the behavior of banana explants, cv. Nanicão (Musa spp. Group AAA) regarding somatic embryogenesis induction treatments with several auxins. Longitudinal segments of shoot meristematic apices of micropropagated banana plantlets cultivated and rooted in vitro were introduced in culture medium containing dicamba, picloram, 2,4-D or NAA in different concentrations. Explant samples were collected at 0, 7 and 10 days and prepared for light microscopy. Histological sections were used for comparison of the histological changes occurring after induction treatment with different auxins. Embryogenic response was observed only in treatments with picloram or dicamba, with distinct embryogenic regions observed at 14 and 21 days in culture, respectively. Histological sections of embryogenic regions of the explant at 26 days in culture revealed the formation of meristematic regions, structures with multiple root meristems, and somatic embryos at early globular stages. Embryo-like structures morphologically similar to Musa balbisiana zygotic embryos were sectioned and showed a lack of apical meristems and absence of procambial differentiation. These results indicate the induction of non-functional somatic embryos and the need for more studies on developmental aspects and maturation treatments for optimization of the process.

Anomalous somatic embryos in Acca sellowiana (O. Berg) Burret (Myrtaceae)

Somatic embryogenesis represents a valuable tool for the studies on the basic aspects of plant embryo development. Today this process is used as a potencial technique for large-scale plant micropropagation although, so far, it has been applied to only a small number of species. However, when somatic embryos are malformed they are considered economically useless. In Acca sellowiana (O. Berg) Burret, an important fruit-producing crop, large amounts of anomalous somatic embryos (76.3%) were found just after 40 days of culture of explants in a 2,4-D containing medium. Among the anomalous forms found in the cotiledonary stage, 12.2% consisted of fused embryos, 40.4% displayed fused cotyledons, 13.0% presented supernumerary cotyledons, and 10.7% showed absence or poorly developed cotyledons, including those without the shoot apical meristem. Histological analyses indicated that the altered embryos were formed either directly from cotyledons, hypocotyl and radicle of the zygotic embryos used as explants, or indirectly from calli formed from these tissue parts. It is suggested that the formation of anomalous somatic embryos, as well as a low frequency of conversion into emblings reflect physiological and/or genetic disturbances triggered by the presence of 2,4-D in the medium. In vitro experimental alternative approaches are discussed in order to lessen the occurrence of malformed somatic embryos.

Efeito do frio sobre os carboidratos solúveis em culturas embriogênicas de Acca sellowiana O. Berg (Myrtaceae)

A rota da embriogênese somática de Acca sellowiana, uma espécie arbórea frutífera com limitações quanto à propagação vegetativa, já foi estabelecida mas o número de embriões que restabelecem o crescimento após a fase cotiledonar é baixo. No presente trabalho, embriões somáticos em diferentes fases de desenvolvimento foram obtidos após tratamentos com 2,4-D e submetidos à condição de frio (4 °C) durante 20 dias, visando induzir a transformação de embriões somáticos em plântulas. Observou-se que 95% dos embriões zigóticos desenvolveram embriões somáticos quando tratados com 2,4-D de forma contínua (T1), enquanto que apenas 55% foram formados quando a auxina foi usada na forma pulsada (T2). Porém, o tratamento T1 induziu altas taxas (82%) de deformações nos embriões quando comparados a T2 (62%). Em ambos os tratamentos, não houve formação de plântulas a partir de embriões somáticos após a exposição ao frio, sendo observada redução nos níveis de rafinose. Em T1, 50% dos embriões cultivados na fase globular permaneceram quiescentes e apenas os embriões na fase cotiledonar (76%) apresentaram características positivas de retomada de desenvolvimento, havendo, porém, redução nos teores de açúcares totais com o desenvolvimento e a diferenciação dos embriões. No tratamento T2, apenas 30% dos embriões na fase cotiledonar tornaram-se verdes e apresentaram maiores valores de carboidratos solúveis totais. A análise da composição destes açúcares evidenciou que os componentes majoritários foram myo-inositol, glucose e frutose, no início da cultura e teores decrescentes de sacarose durante o período de cultivo. As baixas concentrações de rafinose durante o período de crescimento e sua redução durante o tratamento a frio, bem como o complexo metabolismo dos carboidratos associado ao uso de reguladores de crescimento podem estar relacionadas com as alterações observadas no desenvolvimento normal dos embriões somáticos, sem haver acúmulo de carboidratos, e inibindo a regeneração das plântulas de Acca sellowiana.

Controle da germinação de sementes de soja em testes de sanidade pelo uso da restrição hídrica

A inibição do processo de germinação de sementes em testes de sanidade é de vital importância na avaliação da ocorrência de fungos, especialmente por melhorar a precisão e a operacionalidade da análise. Como existem inconvenientes nos métodos tradicionais para inibição da germinação nos testes de sanidade, o presente trabalho teve como objetivo investigar a viabilidade da aplicação da restrição hídrica para inibir a germinação de sementes de soja, em substituição ao método tradicional com 2,4,D. Para tanto, foi utilizado como substrato papel de filtro umedecido com soluções de 2,4D (10ppm), e de manitol, NaCl e KCl nos potenciais hídricos de 0, -0,4, -06, -08, e -1,0MPa. Pelos resultados, pôde-se verificar que houve inibição crescente da germinação com o aumento da restrição hídrica, não sendo afetadas as incidências dos principais fungos presentes nas amostras analisadas, havendo entretanto melhor controle nas concentrações acima de -0,6 MPa.

Genetic Programming meets Model-Driven Development

Genetic programming is known to provide good solutions for many problems like the evolution of network protocols and distributed algorithms. In such cases it is most likely a hardwired module of a design framework that assists the engineer to optimize specific aspects of the system to be developed. It provides its results in a fixed format through an internal interface. In this paper we show how the utility of genetic programming can be increased remarkably by isolating it as a component and integrating it into the model-driven software development process. Our genetic programming framework produces XMI-encoded UML models that can easily be loaded into widely available modeling tools which in turn posses code generation as well as additional analysis and test capabilities. We use the evolution of a distributed election algorithm as an example to illustrate how genetic programming can be combined with model-driven development. This example clearly illustrates the advantages of our approach – the generation of source code in different programming languages.

Global Optimization Algorithms and their Application to Distributed Systems

In this report, we discuss the application of global optimization and Evolutionary Computation to distributed systems. We therefore selected and classified many publications, giving an insight into the wide variety of optimization problems which arise in distributed systems. Some interesting approaches from different areas will be discussed in greater detail with the use of illustrative examples.

A novel regeneration system for a wild passion fruit species (Passiflora cincinnata Mast.) based on somatic embryogenesis from mature zygotic embryos

The objective of the present work was to induce somatic embryogenesis from zygotic embryos of Passiflora cincinnata Masters. Zygotic embryos formed calli on media with different concentrations of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) and 4.5 mu M benzyladenine (BA) after 30 days of in vitro culture. A concentration of 18.1 mu M 2,4-D resulted in the largest number of somatic embryos. Embryogenic calli were yellowish and friable, forming whitish proembryogenic masses. Morphologically, embryogenic cells were small and had large nuclei and dense cytoplasm, whereas non-embryogenic cells were elongated, with small nuclei and less dense cytoplasm. Calli cultured under white light on basal Murashige and Skoog`s medium with activated charcoal produced embryos in all developmental stages. There were differences among the treatments, with some leading to the production of calli with embryos and some only to callus formation. Some abnormalities were associated with somatic embryos, including fused axes, fused cotyledons and polycotyledonary embryos. Production of secondary somatic embryos occurred in the first cycle of primary embryo development. Secondary embryos differentiated from the surface of the protodermal layer of primary embryos with intense cell proliferation, successive mitotic divisions in the initial phase of embryoid development, and a vascular system formed with no connection to the parental tissue. This secondary embryogenic system of P. cincinnata is characterized by intense proliferation and maintenance of embryogenic competence after successive subcultures. This reproducible protocol opens new prospects for massive propagation and is an alternative to the current organogenesis-based transformation protocol.

Callus induction and micropropagation improved by colchicine and phytoregulators in Kappaphycus alvarezii (Rhodophyta, Solieriaceae)

Tissue culture techniques were applied for micropropagation of the red alga Kappaphycus alvarezii in order to select the best strain and experimental system for in vitro culture. Five strains were tested: brown (BR), green (GR) and red (RD) tetrasporophytes, brown female gametophyte (BFG), and a strain originating from tetraspore germination (""Edison de Paula"", EP). The effects of three culture media were tested on callus formation, regeneration from explants and from callus in the three tetrasporophytic and EP strains: seawater enriched with half-strength of von Stosch`s (VS 50) and Guillard & Ryther`s (F/2 50) solutions, plus synthetic ASP 12-NTA medium, with or without gelling agent. Explants of the EP strain were treated with glycerol and the phytoregulators indole-3-acetic acid (IAA); 2,4-diclorophenoxyacetic acid (2,4-D); and benzylaminopurine (BA), alone or in combination. The effects of colchicine (0.01%) during 24, 48, 72 hours and 14 days were analyzed in the BFG and EP strains. The EP strain showed the highest percentage of explants forming callus and regeneration from explants in VS 50, indicating its high potential for micropropagation in comparison to the other strains. Regeneration from callus was very rare. Treatments with glycerol and IAA:BA (5:1 mg L(-1)) stimulated the regeneration from explants. Significant differences were observed in the percentages of regeneration of EP strain explants treated with colchicine for 14 days. Our results indicate that IAA and BA stimulated the regeneration process, and that colchicine produced explants with high potential for regeneration, being useful for improving the micropropagation of K. alvarezii.

In vitro morphogenesis and cell suspension culture establishment in Piper solmsianum C. DC. (Piperaceae)

In vitro morphogenesis and cell suspension culture establishment in Piper solmsianum C. DC. (Piperaceae)). Piper solmsianum is a shrub from Southeast Brazil in which many biologically active compounds were identified. The aim of this work was to establish a cell suspension culture system for this species. With this in mind, petiole and leaf explants obtained from in vitro plantlets were cultured in the presence of different plant growth regulator combinations (IAA, NAA, 2,4-D and BA). Root and indirect shoot adventitious formation, detected by histological analysis, was observed. Besides the different combinations of plant growth regulators, light regime and the supplement of activated charcoal (1.5 mg.l(-1)) were tested for callus induction and growth. Cultures maintained in light, on a 0.2 mg.l(-1) 2,4-D and 2 mg.l(-1) BA supplemented medium, and in the absence of activated charcoal, showed the highest calli fresh matter increment. From a callus culture, cell suspension cultures were established and their growth and metabolite accumulation studied. The achieved results may be useful for further characterization of the activated secondary metabolites pathways in in vitro systems of P. solmsianum.