Sugarwin: A Sugarcane Insect-Induced Gene with Antipathogenic Activity

In sugarcane fields, colonization of the stalk by opportunistic fungi usually occurs after the caterpillar Diatraea saccharalis attacks the sugarcane plant. Plants respond to insect attack by inducing and accumulating a large set of defense proteins. Two homologues of a barley wound-inducible protein (BARWIN), sugarcane wound-inducible proteins SUGARWIN1 and SUGARWIN2, have been identified in sugarcane by an in silico analysis. Antifungal properties have been described for a number of BARWIN homologues. We report that a SUGARWIN:green fluorescent protein fusion protein is located in the endoplasmic reticulum and in the extracellular space of sugarcane plants. The induction of sugarwin transcripts occurs in response to mechanical wounding, D. saccharalis damage, and methyl jasmonate treatment. The accumulation of transcripts is late induced and is restricted to the site of the wound. Although the transcripts of sugarwin genes were strongly increased following insect attack, the protein itself did not show any effect on insect development; rather, it altered fungal morphology, leading to the apoptosis of the germlings. These results suggest that, in the course of evolution, sugarwin-encoding genes were recruited by sugarcane due to their antipathogenic activity. We rationalize that sugarcane is able to induce sugarwin gene expression in response to D. saccharalis feeding as a concerted plant response to the anticipated invasion by the fungi that typically penetrate the plant stalk after insect damage.

Signal transduction-related responses to phytohormones and environmental challenges in sugarcane

Abstract Background Sugarcane is an increasingly economically and environmentally important C4 grass, used for the production of sugar and bioethanol, a low-carbon emission fuel. Sugarcane originated from crosses of Saccharum species and is noted for its unique capacity to accumulate high amounts of sucrose in its stems. Environmental stresses limit enormously sugarcane productivity worldwide. To investigate transcriptome changes in response to environmental inputs that alter yield we used cDNA microarrays to profile expression of 1,545 genes in plants submitted to drought, phosphate starvation, herbivory and N2-fixing endophytic bacteria. We also investigated the response to phytohormones (abscisic acid and methyl jasmonate). The arrayed elements correspond mostly to genes involved in signal transduction, hormone biosynthesis, transcription factors, novel genes and genes corresponding to unknown proteins. Results Adopting an outliers searching method 179 genes with strikingly different expression levels were identified as differentially expressed in at least one of the treatments analysed. Self Organizing Maps were used to cluster the expression profiles of 695 genes that showed a highly correlated expression pattern among replicates. The expression data for 22 genes was evaluated for 36 experimental data points by quantitative RT-PCR indicating a validation rate of 80.5% using three biological experimental replicates. The SUCAST Database was created that provides public access to the data described in this work, linked to tissue expression profiling and the SUCAST gene category and sequence analysis. The SUCAST database also includes a categorization of the sugarcane kinome based on a phylogenetic grouping that included 182 undefined kinases. Conclusion An extensive study on the sugarcane transcriptome was performed. Sugarcane genes responsive to phytohormones and to challenges sugarcane commonly deals with in the field were identified. Additionally, the protein kinases were annotated based on a phylogenetic approach. The experimental design and statistical analysis applied proved robust to unravel genes associated with a diverse array of conditions attributing novel functions to previously unknown or undefined genes. The data consolidated in the SUCAST database resource can guide further studies and be useful for the development of improved sugarcane varieties.

Uso de Metarhizium spp. na produção de mudas pré-brotadas de cana-de-açúcar e seus efeitos na planta, em pragas e doenças

Os fungos do gênero Metarhizium são entomopatogênicos e ainda apresentam relações endofíticas e podem viver saprofiticamente no solo. A associação desses microrganismos com insetos é bem conhecida, mas as interações diretas com as plantas ainda são incipientes. Objetivou-se com este estudo, determinar a capacidade de colonização endofítica em raízes de cana-de-açúcar (Saccharum spp.) de M. robertsii, M. anisopliae e três linhagens brasileiras recém-descobertas, bem como revelar o potencial destes fungos como antagonistas a dois fungos fitopatogênicos responsáveis pela podridão-vermelha (Fusarium moniliforme e Colletotrichum falcatum) e no controle de duas importantes pragas, a broca da cana-de-açúcar, Diatraea saccharalis e o nematóide-das-galhas, Meloidogyne javanica. Foram utilizados 24 isolados de Metarhizium spp. nos experimentos de promoção de crescimento de plantas após a inoculação em gemas de cana-de-açúcar em condições de casa-de-vegetação e campo. O efeito da inoculação do fungo em mudas de cana-de-açúcar foi investigado quanto a mortalidade e redução no desenvolvimento de D. saccharalis e redução nas populações de M. javanica. Experimentos de inibição in vitro em cultivo pareado foram conduzidos com os fungos F. moniliforme e C. falcatum e Trichoderma harzianum. Além disto, foram realizados testes qualitativos \"in vitro\" para avaliar a capacidade desses fungos em produzir β-1,3-Glucanase e Sideróforos. A inoculação de Metarhizium de todas as espécies testadas promoveu o crescimento de parte aérea, peso úmido e seco de raízes em relação ao controle (água). Enquanto o tratamento de gemas rotineiramente usado na usina onde se realizou a produção de mudas pré-brotadas com aplicação do fungicida Comet® + o fertilizante Biozyme TF resultou em pegamento de 32% e 59,6%, apenas com o uso de isolados de Metarhizium spp. estes valores foram de até 50% e 86,4%, nos dois experimentos em campo, respectivamente. As mortalidades observadas em lagartas de D. saccharalis que se alimentaram das plantas inoculadas com isolados de Metarhizium spp. atingiram valores de até 80%, sendo a mortalidade confirmada pela esporulação do fungo de até 55%. As lagartas sobreviventes apresentaram menor peso do que aquelas do controle não tratado. A inoculação de Metarhizium spp. em mudas de cana-de-açúcar conferiu proteção a M. javanica, resultando em uma densidade de massa de ovos por grama de raiz nas mudas inoculadas com o fungo até 59,8% menor no primeiro experimento e 64,1% menor no segundo em relação as mudas sem inoculação. Os ensaios de antagonismo mostraram que, todos os isolados de Metarhizium spp. apresentaram alguma forma de inibição tanto para F. moniliforme como para C. falcatum. Dos 24 isolados testados, 20,8% produziram a enzima hidrolítica, β-1,3-glucanase, o que pode estar associado a capacidade de inibição dos fungos fitopatogênicos. Constatou-se que 8 (33,3%) dos isolados produziram sideróforos e sugere que esses fungos apresentam mecanismos de disponibilização do ferro. O conhecimento gerado com este estudo poderá subsidiar novas estratégias de utilização de Metarhizium spp. em campo na produção de MPB de cana-de-açúcar.

Natural parasitism of lepidopteran eggs by Trichogramma species (Hymenoptera: Trichogrammatidae) in agricultural crops in Minas Gerais, Brazil.

The genus Trichogramma Westwood (Hymenoptera: Trichogrammatidae) includes insect egg parasitoids that are widely used throughout the world as control agents of pest insects. The aim of this study was to identify the species of Trichogramma naturally associated with the eggs of lepidopteran pests of the following agricultural and horticultural crops: collards, Brassica oleracea L. (Brassicales: Brassicaceae); papaya, Carica papaya L. (Capparales: Caricaceae); tomato, Lycopersicon esculentum Mill. (Solanales: Solanaceae); cassava, Manihot esculenta Crantz (Malpighiales: Euphorbiaceae); banana, Musa sp. L. (Zingiberales: Musaceae); passion fruit, Passiflora sp. Degener (Malpighiales: Passifloraceae); sugarcane, Saccharum sp. L. (Poales: Poaceae); and corn (maize), Zea mays L. (Poales: Poaceae); and an invasive species (Sodom?s apple milkweed, Calotropis procera Aiton; Gentianales: Apocynaceae) in the semiarid region of Minas Gerais, Brazil. We report natural parasitism by Trichogramma in eggs of Agraulis vanillae vanillae (L.) (Lepidoptera: Nymphalidae), Antichloris eriphia F. (Lepidoptera: Arctiidae), Danaus sp. (L.) (Lepidoptera: Nymphalidae), Diatraea saccharalis F. (Lepidoptera: Crambidae), Erinnyis ello L. (Lepidopera: Sphingidae), and Protambulyx strigilis L. (Lepidopera: Sphingidae). In total, 2,242 specimens of Trichogramma were obtained, belonging to the species T. pretiosum Riley, T. manicobai Brun, Moraes & Soares, T. marandobai Brun, Moraes & Soares, and T. galloi Zucchi. These species of Trichogramma may be candidates for biological control programs of lepidopteran pests in the semiarid region of Minas Gerais and in other semiarid regions.

Injúrias causadas pela broca-da-cana em sorgo comercial e selvagem.

2016

Giovani. Variabilidade de parâmetros biológicos e genéticos de Cotesia flavipes (Cameron, 1891) (Hymenoptera: Braconidae) no Brasil.

2016