O arroz vermelho é considerado daninho principalmente devido às características de degrane e dormência das sementes, que contribuem para a perpetuação desta espécie na lavoura de arroz. A melhor compreensão destes mecanismos poderá ser utilizada para desenvolver tecnologias que proporcionam o controle desta planta daninha. O objetivo desta dissertação foi avaliar a expressão gênica e variação nucleotídica de genes relacionados ao degrane e dormência em sementes de arroz vermelho. O estudo foi realizado com a espécie silvestre O. glaberrima, cultivares de arroz e ecótipos de arroz vermelho provindos do sul do Brasil. A caracterização fenotípica mostrou que os ecótipos de arroz vermelho apresentam alto nível de degrane em comparação com cultivares de arroz, que possuem pouca variabilidade desta característica. Já a dormência das sementes apresentou grande variabilidade nos ecótipos de arroz vermelho e mostrou-se reduzida nas cultivares de arroz analisadas. A expressão do gene OsXTH8 teve relação direta com o caráter degrane. De forma contrária, a expressão do gene OsCel9D foi relacionada com a repressão deste caráter nos genótipos avaliados. O gene Sh4 não apresentou relação com o processo de degrane. Os genótipos Batatais, Nipponbare, AV 503 e O. glaberrima não apresentaram a mutação G237T no gene Sh4, indicando que este gene não possui envolvimento com o processo de domesticação dos genótipos avaliados. Com relação à dormência das sementes, a expressão do gene OsCYP707A5 não foi associada com essa característica em nenhum dos momentos avaliados. Aos 14 dias após a antese e em sementes maduras, os genes Sdr4 e OsMADS29 apresentam, respectivamente, relação positiva e negativa com a dormência das sementes de arroz vermelho. Durante o processo de germinação das sementes a expressão do gene OsMADS29 apresentou efeito negativo, enquanto que o gene Sdr4 mostrou relação positiva com o caráter dormência. Desta forma, os resultados encontrados sobre a dormência de sementes de arroz vermelho em comparação aos dados descritos na literatura para arroz cultivado são diferentes para o gene OsCYP707A5 e são similares para os genes Sdr4 e OsMADS29. O gene Sh4 não está associado ao degrane de sementes em arroz vermelho, contrariamente ao indicado em arroz cultivado. Os genes OsXTH8 e OsCel9D, até então pouco relacionados ao degrane de sementes, estão associados à ocorrência desta característica em arroz vermelho. / Red rice is the most important weed of the rice crop due to the occurrence of of seed shattering and seed dormancy. The better understanding of regulation of these process can be used to develop biotechnological and management technologies to mitigate the red rice infestation in rice fields. The aim of this study was to evaluate the variability of gene expression and nucleotide composition of genes related to seed shattering and seed dormancy in red rice. The study was based on red rice ecotypes, O. glaberrima and rice varieties from southern Brazil. The seed shattering of the red rice ecotypes was higher in comparison with the rice varieties, that have little variability of this trait. In contrast, seed dormancy had great variability in red rice ecotypes and this was reduced in the rice varieties. The expression of the gene OsXTH8 was directly associated with the seed shattering. Otherwise, the OsCel9D expression was related with the suppression of this characteristic. The gene Sh4 was not associated with the seed shattering. The genotypes Batatais, Nipponbare, AV 503 and O. Glaberrima didn’t show the G237T mutation in exon one of the gene Sh4, indicating that this gene has no involvement with the process of domestication of analyzed genotypes. In respect to seed dormancy, the gene expression of OsCYP707A5 was not related with this trait in any of the seed development and germination evaluated stages. At 14 days after anthesis and in mature seeds the genes OsMADS29 and Sdr4 were, respectively, positive and negative related with seed dormancy. During seeds germination, the gene Sdr4 had a positive effect on seed dormancy of red rice, and OsMADS29 gene had negative relationship with that character. During the seed germination the genes OsCYP707A5, OsMADS29 and Sdr4 were not associated, negative and positively related with seed dormancy of red rice. The seed dormancy in red rice in comparison to the described results for cultivated rice is differently related for the OsCYP707A5 gene, and is similarly associated for the genes Sdr4 and OsMADS29. In opposition with what was found in cultivated rice, the Sh4 gene is not associated with seed abscission process in red rice. The OsXTH8 and OsCel9D genes, not previously associated with seed shattering in rice cultivars, are associated with these trait in red rice.

O degrane é uma das principais características que tornam o arroz vermelho daninho. A compreensão da regulação do degrane em arroz vermelho permitirá o desenvolvimento de procedimentos de biotecnologia que reduzam os problemas causados por esta planta daninha. O objetivo geral deste trabalho foi determinar a variabilidade e a regulação gênica do degrane de sementes em arroz vermelho. Os objetivos específicos foram i) caracterizar fenotipicamente o degrane das sementes em cultivares de arroz, genótipos de arroz silvestre, e ecótipos de arroz vermelho; ii) caracterizar a expressão dos genes conhecidos relacionados ao degrane em populações contrastantes; iii) analisar a variabilidade nucleotídica de genes relacionados direta e indiretamente ao degrane nestas populações; iv) identificar novas sequências gênicas expressas diferencialmente em ecótipos com diferentes níveis de degrane. Os genótipos avaliados apresentaram elevada variabilidade do degrane que variou de 20 a 270 gf. O gene qSH1 comumente relacionado com o degrane não possui efeito nos genótipos avaliados. A expressão relativa dos genes OsCPL1 e OsXTH8 apresentou uma relação direta com o nível de degrane. Já a expressão relativa do gene OsCel9D apresentou uma relação inversa aos níveis de degrane. A variabilidade nucleotídica do gene Os08g0512400 a 1271 bases upstream mostrou que os genótipos com o nucleotídeo T possuem em geral elevado degrane, enquanto que os genótipos com o nucleotídeo A apresentam baixo degrane. Além disso, a variação nucleotídica do exon 5 do gene Os01g0849100 apresentou dois SNPs, nas posições 2981 e 3057, que estão relacionados ao degrane. A metodologia SSH identificou 154 clones diferencialmente expressos que podem estar relacionados ao degrane em arroz. Destes clones, 61% apresentam funções conhecidas relacionadas ao processamento e armazenamento da informação, sinalização, processos celulares e metabolismo. Além de genes conhecidos como OsCPL1, os genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 e Os01g0849100 também estão relacionados ao degrane de sementes em arroz. / Seed shattering is one of the main traits that make the red rice a weed. Better understanding of seed shattering regulation in red rice can be used to develop biotechnological procedures to reduce the problems of this weed. The main objective of this study was to determine the variability and genetic regulation of seed shattering in red rice. The specific objectives were i) to characterize the seed shattering in rice cultivars, wild rice and red rice ecotypes; ii) to characterize the expression of known genes related to seed shattering in contrasting rice genotypes; iii) to analyze the nucleotide variability of genes directly and indirectly related to seed shattering in these genotypes, and iv) identify new gene sequences differentially expressed in ecotypes with different levels of seed shattering. The evaluated genotypes presented large variability of seed shattering, which ranged from 20 to 270 gf. The gene qSH1, commonly related to seed shattering had no effect on the evaluated genotypes. The expression of the genes OsCPL1 and OsXTH8 was directly related with seed shattering. Otherwise, the expression of the gene OsCel9D was inversely related with seed shattering. The gene Os08g0512400 was polymorphic at 1271 bases upstream, where, in general, the genotypes with the T nucleotide had high seed shattering, and with the A nucleotide had low seed shattering. In addition, the exon 5 of the gene Os01g0849100 presented two SNPs at positions 2981 and 3057, which may be related to seed shattering. The SSH study identified 154 clones genes differentially expressed that may be related to seed shattering. The sequencing and analysis of these clones indicated that 61% of then have known functions related to processing and storage of information, signaling, cellular processes and metabolism. The variability of seed shattering in red rice is related with several genes. In addition to the know gene OsCPL1, the genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 and Os01g0849100 are also related to seed shattering in rice.

O arroz vermelho (Oryza sativa L.) é a principal planta daninha da cultura do arroz irrigado. Por pertencer à mesma espécie da planta cultivada, o controle pela utilização de herbicidas é dificultado. O desenvolvimento de cultivares de arroz resistentes aos herbicidas imidazolinonas proporcionou o controle seletivo do arroz vermelho. Porém o uso contínuo desta tecnologia resultou no surgimento de biótipos resistentes a esses herbicidas. A presente pesquisa teve como objetivos identificar biótipos de arroz vermelho resistentes aos herbicidas imazethapyr + imazapic em diferentes estádios do ciclo de desenvolvimento do arroz e estabelecer técnica para identificação do mecanismo de resistência utilizando marcadores moleculares do tipo ‘single nucleotide amplified polimorfism’ (SNAP). Os bioensaios realizados em sementes, plântulas e afilhos discriminaram de forma efetiva e rápida os indivíduos resistentes e suscetíveis, sendo desta forma, considerados técnicas expeditas no diagnóstico da resistência. As concentrações discriminadoras aos herbicidas imazethapyr + imazapic para os bioensaios de sementes, plântulas e afilhos foram 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectivamente. A identificação das sequências nucleotídicas do gene ALS nas cultivares de arroz IRGA 422 CL, SATOR CL e PUITÁ INTA CL indicou que as mutações G654E, S653D e A122T, respectivamente, são as responsáveis pela resistência a esses herbicidas. Estas informações, em conjunto com a sequência nucleotídica que circunda estas mutações, foram utilizadas para desenvolvimento de marcadores SNAP para identificar as possíveis mutações que conferem resistência em arroz vermelho resistente a imidazolinonas. Foram analisadas 481 plantas de 38 populações coletadas nas safras de 2006/07 e 2007/08 como escapes de controle dos herbicidas imazethapyr + imazapic. A análise fenotípica destas plantas indicou que o nível de resistência foi alto, médio e baixo em 12, 37 e 50 % para as populações de 2006/07 e em 32, 50 e 18 % para as populações de 2007/08, respectivamente. Os resultados indicaram que na maioria destas plantas, a resistência aos herbicidas é devida à insensibilidade da enzima ALS, resultante das mesmas mutações encontradas nas cultivares de arroz resistentes. A prevenção à ocorrência de plantas de arroz vermelho resistente aos herbicidas pertencentes ao grupo químico das imidazolinonas deve considerar procedimentos relacionados à diminuição da pressão de seleção causada pelo herbicida. / Red rice (Oryza sativa L.) is the main weed in the paddy field rice. Cultivated rice and red rice belong to the same species, resulting in difficulties for red rice control through herbicides. However, the development of imidazolinone resistant rice cultivars allowed red rice selective control. The continuous use of this technology leads to the occurrence of imidazolinone resistant red rice biotypes. This study aimed to identify red rice plants resistant to the herbicides imazethapyr + imazapic at different stages of rice plant development, as well as, to develop a tool for identifying the resistance mechanism using SNAP (‘single nucleotide amplified polymorphism’) molecular markers. The bioassays used for seeds, seedlings and tillers discriminated resistant and susceptible individuals in a short evaluation period, being considered as a fast method for herbicide resistance diagnostic. The discriminatory concentrations between resistant and susceptible plants to the herbicides imazethapyr + imazapic for the bioassays of seeds, seedlings and tillers were 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectively. The identification of the ALS gene nucleotide sequences in the resistant rice cultivars IRGA 422 CL, SATOR CL and PUITÁ INTA CL indicated that the mutations G654E, S653D and A122T, respectively, are responsible for the resistance. This information and the nucleotide sequence that surrounds these mutations were used for the development of the SNAP molecular markers to identify the possible mutations that confer the resistance in red rice. This analysis was varied out in a total of 481 plants from 38 populations collected during 2006/07 and 2007/08 seasons as escapes of control of the herbicides imazethapyr + imazapic. A phenotypic analysis in these plants indicated that the resistance level was high, medium and low in 12, 37 and 50 % for the populations of 2006/07 and in 32, 50 and 18 % for the populations of 2007/08, respectively. The molecular results indicated that the majority of these plants are resistant due the insensitivity of the ALS enzyme, caused by the same mutations found in the resistant rice cultivars. The prevention of the herbicide resistance in red rice must consider procedures related to the reduction of the selection pressure caused by the herbicide.

O degrane é uma das principais características que tornam o arroz vermelho daninho. A compreensão da regulação do degrane em arroz vermelho permitirá o desenvolvimento de procedimentos de biotecnologia que reduzam os problemas causados por esta planta daninha. O objetivo geral deste trabalho foi determinar a variabilidade e a regulação gênica do degrane de sementes em arroz vermelho. Os objetivos específicos foram i) caracterizar fenotipicamente o degrane das sementes em cultivares de arroz, genótipos de arroz silvestre, e ecótipos de arroz vermelho; ii) caracterizar a expressão dos genes conhecidos relacionados ao degrane em populações contrastantes; iii) analisar a variabilidade nucleotídica de genes relacionados direta e indiretamente ao degrane nestas populações; iv) identificar novas sequências gênicas expressas diferencialmente em ecótipos com diferentes níveis de degrane. Os genótipos avaliados apresentaram elevada variabilidade do degrane que variou de 20 a 270 gf. O gene qSH1 comumente relacionado com o degrane não possui efeito nos genótipos avaliados. A expressão relativa dos genes OsCPL1 e OsXTH8 apresentou uma relação direta com o nível de degrane. Já a expressão relativa do gene OsCel9D apresentou uma relação inversa aos níveis de degrane. A variabilidade nucleotídica do gene Os08g0512400 a 1271 bases upstream mostrou que os genótipos com o nucleotídeo T possuem em geral elevado degrane, enquanto que os genótipos com o nucleotídeo A apresentam baixo degrane. Além disso, a variação nucleotídica do exon 5 do gene Os01g0849100 apresentou dois SNPs, nas posições 2981 e 3057, que estão relacionados ao degrane. A metodologia SSH identificou 154 clones diferencialmente expressos que podem estar relacionados ao degrane em arroz. Destes clones, 61% apresentam funções conhecidas relacionadas ao processamento e armazenamento da informação, sinalização, processos celulares e metabolismo. Além de genes conhecidos como OsCPL1, os genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 e Os01g0849100 também estão relacionados ao degrane de sementes em arroz. / Seed shattering is one of the main traits that make the red rice a weed. Better understanding of seed shattering regulation in red rice can be used to develop biotechnological procedures to reduce the problems of this weed. The main objective of this study was to determine the variability and genetic regulation of seed shattering in red rice. The specific objectives were i) to characterize the seed shattering in rice cultivars, wild rice and red rice ecotypes; ii) to characterize the expression of known genes related to seed shattering in contrasting rice genotypes; iii) to analyze the nucleotide variability of genes directly and indirectly related to seed shattering in these genotypes, and iv) identify new gene sequences differentially expressed in ecotypes with different levels of seed shattering. The evaluated genotypes presented large variability of seed shattering, which ranged from 20 to 270 gf. The gene qSH1, commonly related to seed shattering had no effect on the evaluated genotypes. The expression of the genes OsCPL1 and OsXTH8 was directly related with seed shattering. Otherwise, the expression of the gene OsCel9D was inversely related with seed shattering. The gene Os08g0512400 was polymorphic at 1271 bases upstream, where, in general, the genotypes with the T nucleotide had high seed shattering, and with the A nucleotide had low seed shattering. In addition, the exon 5 of the gene Os01g0849100 presented two SNPs at positions 2981 and 3057, which may be related to seed shattering. The SSH study identified 154 clones genes differentially expressed that may be related to seed shattering. The sequencing and analysis of these clones indicated that 61% of then have known functions related to processing and storage of information, signaling, cellular processes and metabolism. The variability of seed shattering in red rice is related with several genes. In addition to the know gene OsCPL1, the genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 and Os01g0849100 are also related to seed shattering in rice.

O arroz vermelho (Oryza sativa L.) é a principal planta daninha da cultura do arroz irrigado. Por pertencer à mesma espécie da planta cultivada, o controle pela utilização de herbicidas é dificultado. O desenvolvimento de cultivares de arroz resistentes aos herbicidas imidazolinonas proporcionou o controle seletivo do arroz vermelho. Porém o uso contínuo desta tecnologia resultou no surgimento de biótipos resistentes a esses herbicidas. A presente pesquisa teve como objetivos identificar biótipos de arroz vermelho resistentes aos herbicidas imazethapyr + imazapic em diferentes estádios do ciclo de desenvolvimento do arroz e estabelecer técnica para identificação do mecanismo de resistência utilizando marcadores moleculares do tipo ‘single nucleotide amplified polimorfism’ (SNAP). Os bioensaios realizados em sementes, plântulas e afilhos discriminaram de forma efetiva e rápida os indivíduos resistentes e suscetíveis, sendo desta forma, considerados técnicas expeditas no diagnóstico da resistência. As concentrações discriminadoras aos herbicidas imazethapyr + imazapic para os bioensaios de sementes, plântulas e afilhos foram 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectivamente. A identificação das sequências nucleotídicas do gene ALS nas cultivares de arroz IRGA 422 CL, SATOR CL e PUITÁ INTA CL indicou que as mutações G654E, S653D e A122T, respectivamente, são as responsáveis pela resistência a esses herbicidas. Estas informações, em conjunto com a sequência nucleotídica que circunda estas mutações, foram utilizadas para desenvolvimento de marcadores SNAP para identificar as possíveis mutações que conferem resistência em arroz vermelho resistente a imidazolinonas. Foram analisadas 481 plantas de 38 populações coletadas nas safras de 2006/07 e 2007/08 como escapes de controle dos herbicidas imazethapyr + imazapic. A análise fenotípica destas plantas indicou que o nível de resistência foi alto, médio e baixo em 12, 37 e 50 % para as populações de 2006/07 e em 32, 50 e 18 % para as populações de 2007/08, respectivamente. Os resultados indicaram que na maioria destas plantas, a resistência aos herbicidas é devida à insensibilidade da enzima ALS, resultante das mesmas mutações encontradas nas cultivares de arroz resistentes. A prevenção à ocorrência de plantas de arroz vermelho resistente aos herbicidas pertencentes ao grupo químico das imidazolinonas deve considerar procedimentos relacionados à diminuição da pressão de seleção causada pelo herbicida. / Red rice (Oryza sativa L.) is the main weed in the paddy field rice. Cultivated rice and red rice belong to the same species, resulting in difficulties for red rice control through herbicides. However, the development of imidazolinone resistant rice cultivars allowed red rice selective control. The continuous use of this technology leads to the occurrence of imidazolinone resistant red rice biotypes. This study aimed to identify red rice plants resistant to the herbicides imazethapyr + imazapic at different stages of rice plant development, as well as, to develop a tool for identifying the resistance mechanism using SNAP (‘single nucleotide amplified polymorphism’) molecular markers. The bioassays used for seeds, seedlings and tillers discriminated resistant and susceptible individuals in a short evaluation period, being considered as a fast method for herbicide resistance diagnostic. The discriminatory concentrations between resistant and susceptible plants to the herbicides imazethapyr + imazapic for the bioassays of seeds, seedlings and tillers were 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectively. The identification of the ALS gene nucleotide sequences in the resistant rice cultivars IRGA 422 CL, SATOR CL and PUITÁ INTA CL indicated that the mutations G654E, S653D and A122T, respectively, are responsible for the resistance. This information and the nucleotide sequence that surrounds these mutations were used for the development of the SNAP molecular markers to identify the possible mutations that confer the resistance in red rice. This analysis was varied out in a total of 481 plants from 38 populations collected during 2006/07 and 2007/08 seasons as escapes of control of the herbicides imazethapyr + imazapic. A phenotypic analysis in these plants indicated that the resistance level was high, medium and low in 12, 37 and 50 % for the populations of 2006/07 and in 32, 50 and 18 % for the populations of 2007/08, respectively. The molecular results indicated that the majority of these plants are resistant due the insensitivity of the ALS enzyme, caused by the same mutations found in the resistant rice cultivars. The prevention of the herbicide resistance in red rice must consider procedures related to the reduction of the selection pressure caused by the herbicide.

O arroz vermelho é considerado daninho principalmente devido às características de degrane e dormência das sementes, que contribuem para a perpetuação desta espécie na lavoura de arroz. A melhor compreensão destes mecanismos poderá ser utilizada para desenvolver tecnologias que proporcionam o controle desta planta daninha. O objetivo desta dissertação foi avaliar a expressão gênica e variação nucleotídica de genes relacionados ao degrane e dormência em sementes de arroz vermelho. O estudo foi realizado com a espécie silvestre O. glaberrima, cultivares de arroz e ecótipos de arroz vermelho provindos do sul do Brasil. A caracterização fenotípica mostrou que os ecótipos de arroz vermelho apresentam alto nível de degrane em comparação com cultivares de arroz, que possuem pouca variabilidade desta característica. Já a dormência das sementes apresentou grande variabilidade nos ecótipos de arroz vermelho e mostrou-se reduzida nas cultivares de arroz analisadas. A expressão do gene OsXTH8 teve relação direta com o caráter degrane. De forma contrária, a expressão do gene OsCel9D foi relacionada com a repressão deste caráter nos genótipos avaliados. O gene Sh4 não apresentou relação com o processo de degrane. Os genótipos Batatais, Nipponbare, AV 503 e O. glaberrima não apresentaram a mutação G237T no gene Sh4, indicando que este gene não possui envolvimento com o processo de domesticação dos genótipos avaliados. Com relação à dormência das sementes, a expressão do gene OsCYP707A5 não foi associada com essa característica em nenhum dos momentos avaliados. Aos 14 dias após a antese e em sementes maduras, os genes Sdr4 e OsMADS29 apresentam, respectivamente, relação positiva e negativa com a dormência das sementes de arroz vermelho. Durante o processo de germinação das sementes a expressão do gene OsMADS29 apresentou efeito negativo, enquanto que o gene Sdr4 mostrou relação positiva com o caráter dormência. Desta forma, os resultados encontrados sobre a dormência de sementes de arroz vermelho em comparação aos dados descritos na literatura para arroz cultivado são diferentes para o gene OsCYP707A5 e são similares para os genes Sdr4 e OsMADS29. O gene Sh4 não está associado ao degrane de sementes em arroz vermelho, contrariamente ao indicado em arroz cultivado. Os genes OsXTH8 e OsCel9D, até então pouco relacionados ao degrane de sementes, estão associados à ocorrência desta característica em arroz vermelho. / Red rice is the most important weed of the rice crop due to the occurrence of of seed shattering and seed dormancy. The better understanding of regulation of these process can be used to develop biotechnological and management technologies to mitigate the red rice infestation in rice fields. The aim of this study was to evaluate the variability of gene expression and nucleotide composition of genes related to seed shattering and seed dormancy in red rice. The study was based on red rice ecotypes, O. glaberrima and rice varieties from southern Brazil. The seed shattering of the red rice ecotypes was higher in comparison with the rice varieties, that have little variability of this trait. In contrast, seed dormancy had great variability in red rice ecotypes and this was reduced in the rice varieties. The expression of the gene OsXTH8 was directly associated with the seed shattering. Otherwise, the OsCel9D expression was related with the suppression of this characteristic. The gene Sh4 was not associated with the seed shattering. The genotypes Batatais, Nipponbare, AV 503 and O. Glaberrima didn’t show the G237T mutation in exon one of the gene Sh4, indicating that this gene has no involvement with the process of domestication of analyzed genotypes. In respect to seed dormancy, the gene expression of OsCYP707A5 was not related with this trait in any of the seed development and germination evaluated stages. At 14 days after anthesis and in mature seeds the genes OsMADS29 and Sdr4 were, respectively, positive and negative related with seed dormancy. During seeds germination, the gene Sdr4 had a positive effect on seed dormancy of red rice, and OsMADS29 gene had negative relationship with that character. During the seed germination the genes OsCYP707A5, OsMADS29 and Sdr4 were not associated, negative and positively related with seed dormancy of red rice. The seed dormancy in red rice in comparison to the described results for cultivated rice is differently related for the OsCYP707A5 gene, and is similarly associated for the genes Sdr4 and OsMADS29. In opposition with what was found in cultivated rice, the Sh4 gene is not associated with seed abscission process in red rice. The OsXTH8 and OsCel9D genes, not previously associated with seed shattering in rice cultivars, are associated with these trait in red rice.

O degrane é uma das principais características que tornam o arroz vermelho daninho. A compreensão da regulação do degrane em arroz vermelho permitirá o desenvolvimento de procedimentos de biotecnologia que reduzam os problemas causados por esta planta daninha. O objetivo geral deste trabalho foi determinar a variabilidade e a regulação gênica do degrane de sementes em arroz vermelho. Os objetivos específicos foram i) caracterizar fenotipicamente o degrane das sementes em cultivares de arroz, genótipos de arroz silvestre, e ecótipos de arroz vermelho; ii) caracterizar a expressão dos genes conhecidos relacionados ao degrane em populações contrastantes; iii) analisar a variabilidade nucleotídica de genes relacionados direta e indiretamente ao degrane nestas populações; iv) identificar novas sequências gênicas expressas diferencialmente em ecótipos com diferentes níveis de degrane. Os genótipos avaliados apresentaram elevada variabilidade do degrane que variou de 20 a 270 gf. O gene qSH1 comumente relacionado com o degrane não possui efeito nos genótipos avaliados. A expressão relativa dos genes OsCPL1 e OsXTH8 apresentou uma relação direta com o nível de degrane. Já a expressão relativa do gene OsCel9D apresentou uma relação inversa aos níveis de degrane. A variabilidade nucleotídica do gene Os08g0512400 a 1271 bases upstream mostrou que os genótipos com o nucleotídeo T possuem em geral elevado degrane, enquanto que os genótipos com o nucleotídeo A apresentam baixo degrane. Além disso, a variação nucleotídica do exon 5 do gene Os01g0849100 apresentou dois SNPs, nas posições 2981 e 3057, que estão relacionados ao degrane. A metodologia SSH identificou 154 clones diferencialmente expressos que podem estar relacionados ao degrane em arroz. Destes clones, 61% apresentam funções conhecidas relacionadas ao processamento e armazenamento da informação, sinalização, processos celulares e metabolismo. Além de genes conhecidos como OsCPL1, os genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 e Os01g0849100 também estão relacionados ao degrane de sementes em arroz. / Seed shattering is one of the main traits that make the red rice a weed. Better understanding of seed shattering regulation in red rice can be used to develop biotechnological procedures to reduce the problems of this weed. The main objective of this study was to determine the variability and genetic regulation of seed shattering in red rice. The specific objectives were i) to characterize the seed shattering in rice cultivars, wild rice and red rice ecotypes; ii) to characterize the expression of known genes related to seed shattering in contrasting rice genotypes; iii) to analyze the nucleotide variability of genes directly and indirectly related to seed shattering in these genotypes, and iv) identify new gene sequences differentially expressed in ecotypes with different levels of seed shattering. The evaluated genotypes presented large variability of seed shattering, which ranged from 20 to 270 gf. The gene qSH1, commonly related to seed shattering had no effect on the evaluated genotypes. The expression of the genes OsCPL1 and OsXTH8 was directly related with seed shattering. Otherwise, the expression of the gene OsCel9D was inversely related with seed shattering. The gene Os08g0512400 was polymorphic at 1271 bases upstream, where, in general, the genotypes with the T nucleotide had high seed shattering, and with the A nucleotide had low seed shattering. In addition, the exon 5 of the gene Os01g0849100 presented two SNPs at positions 2981 and 3057, which may be related to seed shattering. The SSH study identified 154 clones genes differentially expressed that may be related to seed shattering. The sequencing and analysis of these clones indicated that 61% of then have known functions related to processing and storage of information, signaling, cellular processes and metabolism. The variability of seed shattering in red rice is related with several genes. In addition to the know gene OsCPL1, the genes OsXTH8, OsCel9D, Os08g0512400 and Os01g0849100 are also related to seed shattering in rice.

O arroz vermelho (Oryza sativa L.) é a principal planta daninha da cultura do arroz irrigado. Por pertencer à mesma espécie da planta cultivada, o controle pela utilização de herbicidas é dificultado. O desenvolvimento de cultivares de arroz resistentes aos herbicidas imidazolinonas proporcionou o controle seletivo do arroz vermelho. Porém o uso contínuo desta tecnologia resultou no surgimento de biótipos resistentes a esses herbicidas. A presente pesquisa teve como objetivos identificar biótipos de arroz vermelho resistentes aos herbicidas imazethapyr + imazapic em diferentes estádios do ciclo de desenvolvimento do arroz e estabelecer técnica para identificação do mecanismo de resistência utilizando marcadores moleculares do tipo ‘single nucleotide amplified polimorfism’ (SNAP). Os bioensaios realizados em sementes, plântulas e afilhos discriminaram de forma efetiva e rápida os indivíduos resistentes e suscetíveis, sendo desta forma, considerados técnicas expeditas no diagnóstico da resistência. As concentrações discriminadoras aos herbicidas imazethapyr + imazapic para os bioensaios de sementes, plântulas e afilhos foram 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectivamente. A identificação das sequências nucleotídicas do gene ALS nas cultivares de arroz IRGA 422 CL, SATOR CL e PUITÁ INTA CL indicou que as mutações G654E, S653D e A122T, respectivamente, são as responsáveis pela resistência a esses herbicidas. Estas informações, em conjunto com a sequência nucleotídica que circunda estas mutações, foram utilizadas para desenvolvimento de marcadores SNAP para identificar as possíveis mutações que conferem resistência em arroz vermelho resistente a imidazolinonas. Foram analisadas 481 plantas de 38 populações coletadas nas safras de 2006/07 e 2007/08 como escapes de controle dos herbicidas imazethapyr + imazapic. A análise fenotípica destas plantas indicou que o nível de resistência foi alto, médio e baixo em 12, 37 e 50 % para as populações de 2006/07 e em 32, 50 e 18 % para as populações de 2007/08, respectivamente. Os resultados indicaram que na maioria destas plantas, a resistência aos herbicidas é devida à insensibilidade da enzima ALS, resultante das mesmas mutações encontradas nas cultivares de arroz resistentes. A prevenção à ocorrência de plantas de arroz vermelho resistente aos herbicidas pertencentes ao grupo químico das imidazolinonas deve considerar procedimentos relacionados à diminuição da pressão de seleção causada pelo herbicida. / Red rice (Oryza sativa L.) is the main weed in the paddy field rice. Cultivated rice and red rice belong to the same species, resulting in difficulties for red rice control through herbicides. However, the development of imidazolinone resistant rice cultivars allowed red rice selective control. The continuous use of this technology leads to the occurrence of imidazolinone resistant red rice biotypes. This study aimed to identify red rice plants resistant to the herbicides imazethapyr + imazapic at different stages of rice plant development, as well as, to develop a tool for identifying the resistance mechanism using SNAP (‘single nucleotide amplified polymorphism’) molecular markers. The bioassays used for seeds, seedlings and tillers discriminated resistant and susceptible individuals in a short evaluation period, being considered as a fast method for herbicide resistance diagnostic. The discriminatory concentrations between resistant and susceptible plants to the herbicides imazethapyr + imazapic for the bioassays of seeds, seedlings and tillers were 0,01 mM, 4 mM e 3 mM, respectively. The identification of the ALS gene nucleotide sequences in the resistant rice cultivars IRGA 422 CL, SATOR CL and PUITÁ INTA CL indicated that the mutations G654E, S653D and A122T, respectively, are responsible for the resistance. This information and the nucleotide sequence that surrounds these mutations were used for the development of the SNAP molecular markers to identify the possible mutations that confer the resistance in red rice. This analysis was varied out in a total of 481 plants from 38 populations collected during 2006/07 and 2007/08 seasons as escapes of control of the herbicides imazethapyr + imazapic. A phenotypic analysis in these plants indicated that the resistance level was high, medium and low in 12, 37 and 50 % for the populations of 2006/07 and in 32, 50 and 18 % for the populations of 2007/08, respectively. The molecular results indicated that the majority of these plants are resistant due the insensitivity of the ALS enzyme, caused by the same mutations found in the resistant rice cultivars. The prevention of the herbicide resistance in red rice must consider procedures related to the reduction of the selection pressure caused by the herbicide.

O arroz vermelho é considerado daninho principalmente devido às características de degrane e dormência das sementes, que contribuem para a perpetuação desta espécie na lavoura de arroz. A melhor compreensão destes mecanismos poderá ser utilizada para desenvolver tecnologias que proporcionam o controle desta planta daninha. O objetivo desta dissertação foi avaliar a expressão gênica e variação nucleotídica de genes relacionados ao degrane e dormência em sementes de arroz vermelho. O estudo foi realizado com a espécie silvestre O. glaberrima, cultivares de arroz e ecótipos de arroz vermelho provindos do sul do Brasil. A caracterização fenotípica mostrou que os ecótipos de arroz vermelho apresentam alto nível de degrane em comparação com cultivares de arroz, que possuem pouca variabilidade desta característica. Já a dormência das sementes apresentou grande variabilidade nos ecótipos de arroz vermelho e mostrou-se reduzida nas cultivares de arroz analisadas. A expressão do gene OsXTH8 teve relação direta com o caráter degrane. De forma contrária, a expressão do gene OsCel9D foi relacionada com a repressão deste caráter nos genótipos avaliados. O gene Sh4 não apresentou relação com o processo de degrane. Os genótipos Batatais, Nipponbare, AV 503 e O. glaberrima não apresentaram a mutação G237T no gene Sh4, indicando que este gene não possui envolvimento com o processo de domesticação dos genótipos avaliados. Com relação à dormência das sementes, a expressão do gene OsCYP707A5 não foi associada com essa característica em nenhum dos momentos avaliados. Aos 14 dias após a antese e em sementes maduras, os genes Sdr4 e OsMADS29 apresentam, respectivamente, relação positiva e negativa com a dormência das sementes de arroz vermelho. Durante o processo de germinação das sementes a expressão do gene OsMADS29 apresentou efeito negativo, enquanto que o gene Sdr4 mostrou relação positiva com o caráter dormência. Desta forma, os resultados encontrados sobre a dormência de sementes de arroz vermelho em comparação aos dados descritos na literatura para arroz cultivado são diferentes para o gene OsCYP707A5 e são similares para os genes Sdr4 e OsMADS29. O gene Sh4 não está associado ao degrane de sementes em arroz vermelho, contrariamente ao indicado em arroz cultivado. Os genes OsXTH8 e OsCel9D, até então pouco relacionados ao degrane de sementes, estão associados à ocorrência desta característica em arroz vermelho. / Red rice is the most important weed of the rice crop due to the occurrence of of seed shattering and seed dormancy. The better understanding of regulation of these process can be used to develop biotechnological and management technologies to mitigate the red rice infestation in rice fields. The aim of this study was to evaluate the variability of gene expression and nucleotide composition of genes related to seed shattering and seed dormancy in red rice. The study was based on red rice ecotypes, O. glaberrima and rice varieties from southern Brazil. The seed shattering of the red rice ecotypes was higher in comparison with the rice varieties, that have little variability of this trait. In contrast, seed dormancy had great variability in red rice ecotypes and this was reduced in the rice varieties. The expression of the gene OsXTH8 was directly associated with the seed shattering. Otherwise, the OsCel9D expression was related with the suppression of this characteristic. The gene Sh4 was not associated with the seed shattering. The genotypes Batatais, Nipponbare, AV 503 and O. Glaberrima didn’t show the G237T mutation in exon one of the gene Sh4, indicating that this gene has no involvement with the process of domestication of analyzed genotypes. In respect to seed dormancy, the gene expression of OsCYP707A5 was not related with this trait in any of the seed development and germination evaluated stages. At 14 days after anthesis and in mature seeds the genes OsMADS29 and Sdr4 were, respectively, positive and negative related with seed dormancy. During seeds germination, the gene Sdr4 had a positive effect on seed dormancy of red rice, and OsMADS29 gene had negative relationship with that character. During the seed germination the genes OsCYP707A5, OsMADS29 and Sdr4 were not associated, negative and positively related with seed dormancy of red rice. The seed dormancy in red rice in comparison to the described results for cultivated rice is differently related for the OsCYP707A5 gene, and is similarly associated for the genes Sdr4 and OsMADS29. In opposition with what was found in cultivated rice, the Sh4 gene is not associated with seed abscission process in red rice. The OsXTH8 and OsCel9D genes, not previously associated with seed shattering in rice cultivars, are associated with these trait in red rice.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-11-23Bitstream added on 2014-06-13T20:28:24Z : No. of bitstreams: 1 vigano_lls_me_botfca.pdf: 315511 bytes, checksum: 1c704179aaf952553a743ea80191f02c (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O presente trabalho teve como objetivo avaliar o efeito da assistência de ar junto à barra de pulverização e três volumes de aplicação na dessecação e deposição da calda em arroz vermelho sob cultivo de nabo forrageiro em recuperação de áreas de várzeas, pulverizado com herbicida paraquat e corante azul brilhante, respectivamente. Os volumes de calda de pulverização foram 100, 200 e 300 L ha-1, da solução contendo corante alimentício (0,15%, p/v). Tanto na presença do ar junto à barra quanto na sua ausência foram utilizadas pontas de pulverização de jato plano tipo AXI 110015 a pressão de 117,3 kPa, AXI 11002 e AXI 11003 a pressão de 276 kPa. A avaliação da deposição da pulverização deu-se em folhas de plantas de arroz vermelho. Verificou-se nos resultados que houve diferença na deposição entre diferentes técnicas e volumes de calda testados nas plantas de arroz vermelho. Maior deposição foi alcançada pelo maior volume aplicado (300 L ha-1) com a assistência de ar junto à barra pulverizadora. Não se constatou diferença na deposição quando aplicados os volumes de 100, 200 e 300 L ha-1 sem assistência de ar e 200 e 300 L ha-1 com assistência de ar. As maiores porcentagens de dessecação de arroz vermelho foram constatadas com a aplicação de 300 L ha-1, tanto na presença quanto na ausência de assistência de ar junto à barra pulverizadora. / The aim of this research was to evaluate the effect of air-assistance on spraying at three volumes in the dessecation and deposition on red rice under fodder radish cultivation. To evaluate the dessecation and spray deposition were used paraquat herbicide and a Brilliant Blue dye, respectively. The three volumes of spray were 100, 200 and 300 L ha-1, using a tracer dye at 0,15% (w/v). Both solution used flat fan nozzles AXI 110015 at 117.3 kPa, AXI 11002 and AXI 11003 at 276 kPa. The evaluation of deposition was made on red rice leaves. We observed no significant different deposition between spray techniques and application volumes on red rice plants. Higher deposition was obtained by 300 L ha-1 application with air assistance in the spray boom. No difference it was observed on spray deposition at 100, 200 and 300 L ha-1 volumes without air assistance and at 200 as well as 300 L ha-1 with air assistance. The highest percentages of red rice dessecation were observed with 300 L ha-1 application with or without air assistance at the sleeve boom sprayer.