Transformação genética em cevada por bombardeamento de partículas

A presente Tese de Doutorado objetivou: (1) definir um método eficiente de transformação genética, por bombardeamento de partículas, para a obtenção de plantas transgênicas de cultivares brasileiras de cevada e (2) identificar gene(s) codificante(s) de quitinase(s) potencialmente capaz(es) de conferir resistência ao fungo patogênico de cevada Bipolaris sorokiniana. Culturas de calos obtidos a partir de escutelos imaturos das cultivares Brasileiras de cevada MN-599 e MN-698 (Cia. de Bebidas das Américas, AMBEV) foram bombardeadas com partículas de tungstênio e avaliadas quanto à expressão do gene repórter gusA através de ensaios histoquímicos de GUS e quanto ao efeito dos bombardeamentos na indução estruturas embriogênicas e regeneração de plantas. As condições de biobalística analisadas incluíram a região promotora regulando a expressão de gusA, tipo e pressão de gás hélio de dois aparelhos de bombardeamento, distância de migração das partículas, número de tiros e a realização de pré e pós-tratamento osmótico dos tecidos-alvo. No presente trabalho foram obtidos um número bastante alto de pontos azuis por calo, a indução de calos embriogênicos e embriões somáticos em uma freqüência de até 58,3% e a regeneração de 60 plantas, sendo 43 de calos bombardeados. As melhores condições observadas foram o promotor e primeiro íntron do gene Adh de milho (plasmídeo pNGI), o aparelho de bombardeamento “ Particle Inflow Gun” (PIG) utilizando-se a distância de migração de partículas de 14,8 cm, dois tiros disparados por placa e a realização de tratamento osmótico dos explantes com 0,2 M de manitol e 0,2 M de sorbitol 4-5 horas antes e 17-19 horas depois dos bombardeamentos. Das 43 plantas obtidas de calos bombardeadas, 3 apresentaram atividade de GUS na base das suas folhas. A utilização de primers sintéticos definidos a partir de genes de quitinases descritos na literatura em PCRs resultou na amplificação de dois fragmentos de aproximadamente 700 e 500 pb a partir de DNA total das cvs. MN-599 e MN-698 de cevada e um fragmento, com aproximadamente 500 pb, a partir do DNA total do isolado A4c de Trichoderma sp. Estes fragmentos foram purificados dos géis de agarose e diretamente seqüenciados de forma manual e automática. Os fragmentos de 700 e 500 pb amplificados do genoma da cultivar MN-599 foram identificados como genes de quitinases de cevada e o fragmento de 500 pb do isolado A4c de Trichoderma sp. não apresentou homologia com seqüências conhecidas de quitinases depositadas no EMBL/GenBank. A utilização de novos pares de primers, representando seqüências conservadas de quitinases do fungo Metarhizium anisopliae, resultou na amplificação de 3 fragmentos a partir do DNA total do isolado A4b de Trichoderma sp., que estão sendo purificados para realização de seqüenciamento.

Características biométricas de colmos e raízes de plantas de cevada e aveia relacionadas à suscetibilidade ao acamamento

O acamamento é um dos principais problemas que prejudica o rendimento e a qualidade de grãos de cevada e aveia no sul do Brasil e as características das plantas relacionadas com o acamamento ainda são pouco conhecidas. Com este trabalho objetivou-se identificar as possíveis causas intrínsecas das plantas associadas à suscetibilidade ao acamamento, em genótipos de aveia branca (Avena sativa) e de cevada (Hordeum vulgare), avaliando características biométricas de colmo e de raiz. Dois experimentos foram realizados nos anos de 2002 e 2003 na EEA/UFRGS. quando foram cultivados quatro genótipos de aveia (L93605, UFRGS 19, URS 21 e UPF 18) e dois de cevada (BRS 195 e MN 698) com doses crescentes de N em cobertura (30, 60, 90, 120, 150 kg ha-1), além da testemunha sem N. Os genótipos menos suscetíveis ao acamamento (BRS 195, UFRGS 19 e L93605) apresentaram colmos mais compactos e com maior resistência mecânica em decorrência do menor porte e melhor distribuição da matéria seca. O sistema radical foi incrementado com a maior disponibilidade de nitrogênio melhorando a ancoragem das plantas. Os genótipos de maior suscetibilidade (MN 698, URS 21 e UPF 18) apresentaram colmos com menor resistência mecânica em decorrência do maior momento de torque pelo maior porte das plantas e pior partição da matéria seca. Estes genótipos exibiriam menor peso das raízes e, conseqüentemente, tiveram pior ancoragem predispondo as plantas ao acamamento de raiz. O acamamento não pôde ser atribuído especificamente a uma ou outra das características estudadas, já que cada genótipo exibiu estratégias diferenciais cujos efeitos aditivos contribuíram com maior ou menor grau de suscetibilidade ao acamamento.

Desempenho de cultivares transgênicas de soja em sucessão a culturas de inverno em semeadura direta

The objective of this research was to evaluate crop yield and some characteristics and yield components of transgenic soybean cultivars sown after different winter cover crops in the first year under no tillage system. The experimental design was the completely randomized block with split plots and four replications. The main plots consisted of five winter cover crops, white oat (Avena sativa L.), forage turnip (Raphanus sativus L.), barley (Hordeum vulgare L.), wheat (Triticum aestivum L.) and ground pea (Pisum sativum L.) and an area under fallow (spontaneous vegetation). The subplots consisted of six soybean cultivars (BRS 243 RR, BRS 245 RR, BRS 247 RR, BRS 255 RR, BRS 256 RR and BRS 244 RR). Variance analysis for agronomic characteristics showed that soybean yield components were influenced by the interaction between winter crop and soybean cultivar. Thus, final population, number of nodes and pods per plant, nodes dry matter per plant, number of grains per pod and grain yield were affected significantly. When soybean nodulation was evaluated, the treatment with the area under fallow showed lower values. There was difference among winter crops for BRS 243 RR grain yield, white oat showed the highest values.

Simulação do caminhamento da água da chuva e herbicidas em palhadas utilizadas em sistemas de plantio direto

Um experimento foi conduzido no NuPAM/FCA/UNESP, Botucatu-SP, objetivando avaliar a dinâmica de retenção de água e o caminhamento de um traçante (simulando um herbicida) em diferentes coberturas mortas. Os tratamentos foram constituídos pelo monitoramento do traçante FD&C-1 pulverizado sobre coberturas mortas de cevada, trigo, aveia-preta colhida, aveia-preta rolada, azevém, milheto e capim-braquiária, nas quantidades de 3.000, 6.000 e 9.000 kg ha-1, antes e após simulação de chuvas. As repetições constituíram-se de oito conjuntos de PVC + funil + béquer com palha, onde, através da chuva lixiviada pelas palhadas e do peso dos suportes de PVC, foram estimadas a retenção e transposição da água, assim como quantificado o traçante extraído, através de procedimentos espectrofotométricos. Os diferentes tipos de resíduos culturais mostraram-se similares quanto à retenção da água da chuva, ocorrendo uniformização entre os primeiros 7,5 e 15 mm de precipitação. A formação de pontos secos associados a canais preferenciais de escorrimento induziu menor capacidade de embebição e retenção da água das chuvas pelas palhadas. As máximas capacidades médias de retenção da chuva pelas coberturas foram de 1,22, 1,99 e 2,59 mm para 3.000, 6.000 e 9.000 kg de matéria seca ha-1, respectivamente. As precipitações iniciais entre 10 e 20 mm foram fundamentais para o molhamento uniforme das palhadas e carregamento do traçante até o solo, independentemente do tipo e da quantidade de palha. Esse comportamento indica ser viável a utilização de programas similares de controle de plantas daninhas para diferentes tipos e quantidades de palha em sistemas de plantio direto.

Efeito da presença das plantas daninhas no microclima da cultura da cevada

Um experimento foi realizado com cevada (Hordeum vulgare L.) em condições de campo, com o objetivo de avaliar , durante um período de estiagem (82 e 89 dia após a emergência da cevada), o microclima formado pela cultura mantida na presença ou ausência de plantas daninhas desde o início do ciclo. Foram avaliados o teor de água do solo, umidade relativa, temperatura, tensão de vapor d'água, déficit de saturação de vapor d'água, potencial água e teor de água do ar nos períodos da s 8: 30 às 9:00, 11:30 às 12:00, 14:30 às 15:00 e 17:30 às 18:00 horas a 0,0m, 0,10m, 0,20m, 0,30m, 0,40m, 0,50m, 0,60m e 0,70m de altura na entrelinha da cultura. A presença das plantas daninhas na cultura durante o período de estiagem contribuiu para reduzir as perdas de água do solo para a atmosfera. Nos três primeiros períodos do dia e nas áreas mais próximas do solo, a cultura mantida no mato os menores valores de temperatura e déficit de saturação de vapor d'água do ar, e os maiores valores de umidade relativa, tensão de vapor d'água, potencial água e teor de água do ar, que proporcionaram redução do consumo de água do solo.

Efeitos da cultura da cevada e de períodos de controle sobre o crescimento e produção de sementes de Raphanus sativus L.

Este experimento teve por objetivo avaliar os efeitos da cultura da cevada e de períodos de controle das plantas daninhas sobre o crescimento e produção de sementes de Raphanus sativus. Foram considerados dois tratamentos testemunha sem controle das plantas daninhas, com e sem a cultura. Nos oito demais tratamentos, a cultura esteve sempre presente, controlando-se as plantas daninhas até 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80 e 100 dias após a emergência da cevada. A comunidade infestante da área era composta quase exclusivamente por R. .sativus. Avaliou-se o número de plantas, acúmulos de matéria seca, número médio de frutos e sementes de nabiça por planta e por unidade de área ; foram ainda avaliados o número médio de sementes por fruto, peso médio de 1.000 sementes e a contribuição das sementes na composição da matéria se catota. A análise dos resultados evidenciou que a espécie Raphanus sativus apresenta elevado potencial reprodutivo, sendo possível concluir pela ineficiência de programas de controle de curta duração, em termos de redução do banco de sementes. A presença da cultura da cevada reduziu tanto o crescimento quanto o número de sementes produzidas pela nabiça (R. sativus). Na ausência da cultura e de práticas de controle foram produzidas 5.074 sementes/m, a partir de 125 plantas/m ainda presentes na colheita da cultura.

Parâmetros fisiológicos de cultivares de cevada sob déficits hídricos

The objective of this study was to evaluate some physiological parameters in six barley cultivars (Borema, Lagoa, BRS-180, BRS-195, EMB-128 e BRS-225), under water stress in different crop phenological phases. The treatments were as follows: TI - pots constantly irrigated until harvest: T2: - water stress starting from 45 days after sowing (DAS) and T3 - water stress starting from 65 DAS. Leaf resistance to water vapor diffusion (Rs), relative water content (RWC), and leaf water potential (Ψ1) were used to evaluate drought tolerance. Pots were arranged in a randomized block design with four blocks, six barley cultivars, and three treatments, in a total of seventy two pots. The experiment was conducted from August to November 2005 in a polyethylene greenhouse located at the experimental area of Rural Engineering Department - FCA, UNESP - Botucatu - SP. The results showed that all barley cultivars presented some adaptation to water stress, but EMB-128 was the most likely and BRS-180 the least likely to be drought tolerant. The results revealed that only one drought cycle may increase tolerance to drought.

Xylo-oligosaccharides from lignocellulosic materials: Chemical structure, health benefits and production by chemical and enzymatic hydrolysis

Currently, there is worldwide interest in the technological use of agro-industrial residues as a renewable source of food and biofuels. Lignocellulosic materials (LCMs) are a rich source of cellulose and hemicellulose. Hemicellulose is rich in xylan, a polysaccharide used to develop technology for producing alcohol, xylose, xylitol and xylo-oligosaccharides (XOSs). The XOSs are unusual oligosaccharides whose main constituent is xylose linked by β 1-4 bonds. The XOS applications described in this paper highlight that they are considered soluble dietary fibers that have prebiotic activity, favoring the improvement of bowel functions and immune function and having antimicrobial and other health benefits. These effects open a new perspective on potential applications for animal production and human consumption. The raw materials that are rich in hemicellulose include sugar cane bagasse, corncobs, rice husks, olive pits, barley straw, tobacco stalk, cotton stalk, sunflower stalk and wheat straw. The XOS-yielding treatments that have been studied include acid hydrolysis, alkaline hydrolysis, auto-hydrolysis and enzymatic hydrolysis, but the breaking of bonds present in these compounds is relatively difficult and costly, thus limiting the production of XOS. To obviate this limitation, a thorough evaluation of the most convenient methods and the opportunities for innovation in this area is needed. Another challenge is the screening and taxonomy of microorganisms that produce the xylanolytic complex and enzymes and reaction mechanisms involved. Among the standing out microorganisms involved in lignocellulose degradation are Trichoderma harzianum, Cellulosimicrobium cellulans, Penicillium janczewskii, Penicillium echinulatu, Trichoderma reesei and Aspergillus awamori. The enzyme complex predominantly comprises endoxylanase and enzymes that remove hemicellulose side groups such as the acetyl group. The complex has low β-xylosidase activities because β-xylosidase stimulates the production of xylose instead of XOS; xylose, in turn, inhibits the enzymes that produce XOS. The enzymatic conversion of xylan in XOS is the preferred route for the food industries because of problems associated with chemical technologies (e.g., acid hydrolysis) due to the release of toxic and undesired products, such as furfural. The improvement of the bioprocess for XOS production and its benefits for several applications are discussed in this study. © 2012 Elsevier Ltd.

Desempenho de cultivares transgênicas de soja em sucessão a culturas de inverno em semeadura direta

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Simulação do caminhamento de herbicidas em diferentes tipos e quantidades de palhadas utilizadas no sistema de plantio direto

Pós-graduação em Agronomia (Agricultura) - FCA

Constituintes químicos e atividades antioxidante e alelopática de Bauhinia holophylla (Bong.) Steud

Pós-graduação em Ciências Biológicas (Botânica) - IBB

Desempenho agronômico de cultivares de cevada cervejeira sob diferentes lâminas de irrigação

The research work aimed to evaluate the performance of barley cultivars under different irrigation depths in Brazilian Cerrado. The experiment was conducted in a split plot completely randomized design, with irrigation depths (50, 75, 100 and 125% of crop evapotranspiration) in the plots and barley cultivars (BRS Sampa, BRS Manduri and BRS 195) in the split-plots, with four replications. Barley cultivars were different regarding number of tillers per plant, number of spikelets per spike, and root depth. The maximum yields for BRS Sampa, BRS Manduri and BRS 195 were 5,848; 5,449; and 4,767 kg ha(-1), respectively. BRS Sampa showed a value 17% higher than the yield reported by the holder. The irrigation depth affected all the agronomic traits. It is recommended BRS Sampa for Brazilian Cerrado, that didn't differ from other cultivars and was developed in region of similar climate; with replacement of 100% of crop evapotranspiration.

Permanent Genetic Resources added to Molecular Ecology Resources Database 1 February 2012-31 March 2012

This article documents the addition of 171 microsatellite marker loci and 27 pairs of single nucleotide polymorphism (SNP) sequencing primers to the Molecular Ecology Resources Database. Loci were developed for the following species: Bombus pauloensis, Cephalorhynchus heavisidii, Cercospora sojina, Harpyhaliaetus coronatus, Hordeum vulgare, Lachnolaimus maximus, Oceanodroma monteiroi, Puccinia striiformis f. sp. tritici, Rhea americana, Salmo salar, Salmo trutta, Schistocephalus solidus, Sousa plumbea and Tursiops aduncus. These loci were cross-tested on the following species: Aquila heliaca, Bulweria bulwerii, Buteo buteo, Buteo swainsoni, Falco rusticolus, Haliaeetus albicilla, Halobaena caerulea, Hieraaetus fasciatus, Oceanodroma castro, Puccinia graminis f. sp. Tritici, Puccinia triticina, Rhea pennata and Schistocephalus pungitii. This article also documents the addition of 27 sequencing primer pairs for Puffinus baroli and Bulweria bulwerii and cross-testing of these loci in Oceanodroma castro, Pelagodroma marina, Pelecanoides georgicus, Pelecanoides urinatrix, Thalassarche chrysostoma and Thalassarche melanophrys.

Crop Yield Responses to Temperature Fluctuations in 19th Century Finland: Provincial Variation in Relation to Climate and Tree Rings

Past agricultural responses to climate variability can helps us to better understand the current and future impacts of climate change on agricultural production. We studied rye (Secale cereale) and barley (Hordeum vulgare) yield responses to temperature fluctuations in Finland during the period 1861–1913. Our analyses demonstrate the high sensitivity of non-industrialised northern agriculture to temperature anomalies. We found evidence of a strong relationship between monthly and seasonal mean temperatures and crop yields. In particular, high spring temperatures were associated with higher yields. Additionally, we tested temperature-sensitive tree-ring series for their value in indicating previous agricultural outputs. The results imply that tree-ring proxies (in particular, maximum latewood density) can provide novel material for studies of historical periods and locations where instrumentally measured climate and harvest data are not available.

Biochemical changes in barley plants after excessive supply of copper and manganese

The present study was undertaken to identify changes in some important proteins involved in CO2 fixation (Rubisco, Rubisco activase (RA), Rubisco binding protein (RBP)), NH4+ assimilation (glutamine synthetase (GS) and glutamate synthase (GOGAT)), using immunoblotting, and in the antioxidative defense as a result of Cu or Mn excess in barley leaves (Hordeum vulgare L. cv. Obzor). Activities and isoenzyme patterns of superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (GPX) and catalase (CAT), as well as the levels of ascorbate (ASC), non-protein sulfhydryl groups, hydrogen peroxide and oxidative damage to proteins were determined. Data were correlated to the accumulation of Cu or Mn in the leaves after 5 days supply of heavy metal (HM) excess in the nutrient solution. In the highest Cu excess (1500 μM), Rubisco LS and SS were reduced considerably whereas under the highest Mn concentrations (18,300 μM) only minor changes in Rubisco subunits were detected. The RBP was diminished under the highest concentrations of both Cu or Mn. The bands of RA changed differently comparing Cu and Mn toxicity. GS decreased and GOGAT was absent under the highest concentration of Cu. At Mn excess Fd-GOGAT diminished whereas GS was not apparently changed. The development of toxicity symptoms corresponded to an accumulation of Cu or Mn in the leaves and to a gradual increase in protein carbonylation, a lower SOD activity and elevated CAT and GPX activities. APX activity was diminished under Mn toxicity and was not changed under Cu excess. Generally, changes in the isoenzyme profiles were similar under both toxicities. An accumulation of H2O2 was observed only at Mn excess. Contrasting changes in the low-molecular antioxidants were detected when comparing both toxicities. Cu excess affected mainly the non-protein SH groups, while Mn influenced the ASC content. Oxidative stress under Cu or Mn toxicity was most probably the consequence of depletion in low-molecular antioxidants as a result of their involvement in detoxification processes and disbalance in antioxidative enzymes. The link between heavy metal accumulation in leaves, leading to different display of oxidative stress, and changes in individual chloroplast proteins is discussed in the article.