A model of seed dormancy in wild oats (Avena fatua) for investigating genotype x environment interactions

Dormancy is an adaptive trait in seed populations that helps ensure that seed germination is distributed over time and occurs in environmental conditions suitable for seedling growth. Several genes.. associated with seed dormancy in various plant species, have been integrated into a hypothetical dormancy model for Avena fatua L. (wild oats). Generally, the synthesis of, and sensitivity to, abscisic acid (ABA) during imbibition determines whether genes similar to those during maturation are expressed leading to a maintenance of dormancy during extended imbibition. Alternatively, there may be a shift towards expression of genes associated with gibberellins leading to germination. Environmental factors during maturation, after-ripening and imbibition are likely to interact with the genotype to affect gene expression and hence whether or not a seed germinates. In spite of the difficulties of working on a hexaploid species, A. fatua was selected for study because of its worldwide importance as a weed. Dormant and non-dormant genotypes of this species were also available. Gene expression studies are being carried out on three A.fatua genotypes produced tinder different environmental conditions to investigate the role of specific genes in dormancy and genotype X environment interactions in relation to dormancy.

Overexpression and Purification of the Oat (Avena Fatua) Protein AFN1 and Construction of a pMAL/AFN1 Expression Plasmid

Abscisic acid (ABA) is an important phytohormone with regulatory roles in many physiological processes. ABA expression is induced by environmental stresses such as drought and it is known to be an inhibitor of seed germination. A wild oat (Avena fatua) called AFN1 has been hypothesized to initiate the early stages of germination as its mRNA accumulates in nondormant seed embryos during imbibition. The polypeptide sequence of AFN1 suggests that it is an ABA glucosyl transferase. Glucosylation by AFN1 and thereby inactivation of ABA could lead to seed germination. In order to understand the role of AFN1 in germination, an ample quantity of AFN1 polypeptide is needed to test for enzymatic ABA glucosylase activity. My work has been to overexpress recombinant AFN1containing a (His)6 tag using a pRSETC E.coli expression system followed by Purification of the AFN1 protein by means of a nickel-affinity column that bind to the (His)6 tag. Due to the insufficient yield of AFN1 fusion protein obtained with this procedure, another method using a pMAL-c2x vector is now being employed. The pMAL expression system provides a method for expressing and purifying protein by tagging proteins with maltose-binding protein (MBP). It is anticipated that MBP tag will be advantageous as it can make the fusion protein more soluble and thereby yield a larger quantity of protein. Currently, work is underway on the construction of pMAL/AFN1 plasmid.

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.

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.

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.

Rendimento de grãos de aveia branca (Avena sativa l.) em densidades de plantas e doses de nitrogênio

O experimento foi realizado na Fazenda Experimental Lageado, Unesp Botucatu - SP, em um Nitossolo Vermelho distroférrico, em plantio direto sobre resteva de milho. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com quatro repetições. As densidades de plantas (60, 120, 180, 240 e 300 plantas m²) constituíram as parcelas e as doses de N em cobertura (0, 20, 40, 60 e 80kg ha-1) constituíram as sub-parcelas. O objetivo do trabalho foi avaliar o rendimento de grãos de aveia branca cultivada em diferentes densidades de plantas e doses de N. Os resultados foram submetidos à análise de variância (teste F), e as médias submetidas à regressão polinomial. Verificou-se interação significativa para as variáveis avaliadas. O rendimento de grãos foi influenciado positivamente pelas densidades e doses de N. O número final de panículas foi influenciado pelas médias de densidades de plantas e doses de N e o número de grãos por panícula foi influenciado negativamente pelas densidades e positivamente pelas doses de N. A massa de mil grãos foi maior nas maiores densidades de plantas e nas doses intermediárias de N. Com redução na densidade inicial de plantas, o rendimento de grãos esperado foi alcançado com aumento na dose de N em cobertura. Com densidade normal de plantas e doses recomendadas de N em cobertura, o rendimento de grãos obtido foi maior que o esperado.

Respostas de populações autógamas de Avena fátua à seleção por baixas doses de diclofop-methyl e glyphosate

Pós-graduação em Agronomia (Proteção de Plantas) - FCA

Die Verbreitung des Flughafers, Avena fatua L.

Von B. Wüst

Efecto fitotóxico de Baccharis ulicina sobre la germinación y crecimiento inicial de Avena sativa, Lolium perenne y Raphanus sativus

Baccharis ulicina es una maleza ampliamente distribuida en los pastizales de la zona semiárida argentina. A fin de evaluar sus posibles efectos alelopáticos, se utilizaron extractos acuosos de B. ulicina (hoja, tallo, raíz y planta entera) a dos concentraciones (50 y 150 g tejido/L agua) sobre la germinación y crecimiento inicial de Avena sativa, Lolium perenne y Raphanus sativus. Para cada especie se regaron 100 semillas y se mantuvieron a 25°C y oscuridad. Se registraron la germinación de las semillas y la longitud de coleóptilo / hipocótile (C/H) y radícula (R). Con los datos obtenidos se determinó: porcentaje de germinación, coeficiente de velocidad de germinación, vigor de la germinación, inhibición de la germinación, inhibición de la longitud de la radícula y del coleóptilo / hipocótile e índice de vigor de radícula y de coleóptilo / hipocótile. Los extractos con alta concentración redujeron la germinación en promedio 65% mientras que inhibieron la longitud en 58,8% (C/H) y 93,3% (R) para A. sativa; 71,5% (C/H) y 87,9% (R) para L. perenne, y 93,8% (C/H) y 94,5% (R) para R. sativus. Se registró un evidente efecto fitotóxico de B. ulicina sobre las especies evaluadas, indicando que la alelopatía sería una estrategia ecológica de la especie.