Lipases são enzimas que catalisam a hidrólise de triacilgliceróis em ácidos graxos, mono e diacilgliceróis e glicerol. Em contraste com as esterases, lipases são ativadas apenas quando estão adsorvidas a uma interface óleo-água. Lipases têm sido amplamente utilizadas em muitos processos industriais, tais como química orgânica, formulações de detergentes e de produtos como cosméticos e farmacêuticos. A principal preocupação na produção de enzimas comerciais é a proteção da sua estabilidade em solução aquosa. A água facilita ou medeia uma variedade de vias de degradação física e química, durante as etapas de purificação, transporte e armazenamento. Por conseguinte, formulações sólidas são desenvolvidas para alcançar uma vida útil aceitável para essas substâncias. Spray drying é comumente usado como uma técnica de desidratação na indústria farmacêutica para fabricação de produtos em pó diretamente do estado líquido. No presente trabalho, a purificação e caracterização bioquímica de lipases produzidas pelo fungo endofítico Cercospora kikuchii, bem como os efeitos de adjuvantes no processo de secagem destas enzimas foram estudados. A lipase bruta foi purificada à homogeneidade através de cromatografia de interação hidrofóbica e gel filtração. A lipase foi purificada 5,54 vezes, com rendimento de 9% e a atividade específica de 223,6 U/mg. O peso molecular da enzima foi estimado em 65,1 kDa por SDS-PAGE e 73,5 kDa utilizando cromatografia de gel filtração, indicando que provavelmente trata-se de um monômero. A lipase mostrou um pH ótimo em 4,6 e uma temperatura ótima de 35°C. Cerca de 80,2% de sua atividade foi mantida após incubação a 40°C durante 2 horas. A Vmax e Km foram 10,28 mmol/min/mg de proteína e 0,03240 mM, respectivamente, utilizando pNPP como substrato. As lipases presentes no extrato bruto e as lipases ligadas ao micélio foram caracterizadas para avaliar o potencial de utilização em biocatálise. A lipases no extrato bruto apresentaram atividade máxima a 60ºC e pH 6,2, enquanto que as lipases ligadas ao micélio apresentaram atividade máxima a 50ºC e pH 5,4. Nos estudos de efeito da temperatura sobre a atividade enzimática, as lipases no extrato bruto mantiveram-se estáveis a 50°C, com 85,3% de atividade residual após 2 horas de incubação. As lipases ligadas ao micélio mantiveram pelo menos 75,1% de atividade residual após 2 horas de incubação a 80°C. Estes resultados mostram que as lipases de C. kikuchii têm propriedades cinéticas e termoestabilidade desejáveis para aplicações em biocatálise. As lipases presentes no extrato bruto foram secas em spray dryer com diferentes adjuvantes, e sua estabilidade foi avaliada. A recuperação da atividade enzimática após a secagem, com a adição de 10% de lactose, -ciclodextrina, maltodextrina, manitol, goma arábica, e trealose variou de 63 a 100%. A atividade da enzima foi totalmente perdida durante a secagem do extrato bruto na ausência de adjuvantes. A maioria dos adjuvantes utilizados manteve pelo menos 50% da atividade enzimática a 5°C e 40% a 25°C, após 8 meses de armazenagem. As lipases secas com 10% de - ciclodextrina mantiveram 72% da atividade a 5°C no mesmo período. A partir destes resultados preliminares foi realizada a otimização do processo de secagem utilizando -ciclodextrina, maltodextrina e lactose como adjuvantes. A análise estatística dos resultados experimentais permitiu a determinação das condições ótimas para a retenção da atividade enzimática (RAE), a saber: concentração de adjuvantes de secagem de 12,05%, temperatura de entrada do gás de secagem em 153,6oC e vazão do extrato enzimático alimentado de 9,36 g/min, para - ciclodextrina e maltodextrina como adjuvantes. Para lactose, o estudo mostrou que o aumento da quantidade de adjuvante de secagem e/ou diminuindo a temperatura do gás de entrada tem um efeito positivo sobre a retenção da atividade enzimática do produto seco. Após o processo de purificação foi realizada a secagem da enzima parcialmente purificada e da lipase pura, com estes três adjuvantes. A manutenção da atividade enzimática variou 90,6-100% quando foram utilizadas as condições ótimas para cada adjuvante de secagem. Concluindo, as lipases produzidas por C. kikuchii podem ser eficientemente secas por spray dryer, uma vez que a atividade enzimática foi mantida no extrato bruto, na lipase pura e na lipase semi-purificada submetidas à secagem. / Lipases are enzymes that catalyze the hydrolysis of triacylglycerols to fatty acids, mono and diacylglycerols, and glycerol. In contrast to esterases, lipases are activated only when they are adsorbed to an oilwater interface. They have been widely used in many industrial processes such as organic chemical, detergent and cleaning formulations and in products like cosmetics and pharmaceutical products. The main concern in the production of commercial enzymes is to protect their stability in aqueous solution. Water facilitates or mediates a variety of physical and chemical degradation pathways, active during protein purification, shipping and storage. Consequently, dry solid formulations are developed to achieve an acceptable protein shelf life. Spray drying is commonly used as a dehydration technique in the pharmaceutical industry for making powdery products directly from the liquid. In the present work, the purification and biochemical characterization of lipases produced by endophytic fungus Cercospora kikuchii as well as the effects of adjuvants on the spray drying process of theses enzymes were studied. The crude lipase was purified to homogeneity by hydrophobic interaction chromatography and gel filtration. The lipase purified was 5.54-fold with 9% recovery and the specific activity was 223.6. The molecular mass of the lipase was estimated to be 65.1 kDa using SDS-PAGE and 73.5 using gel filtration chromatography, indicating that the lipase is a monomer. The lipase demonstrated an optimum pH at 4.6, an optimum temperature of 35°C. About 80.2% of its activity was retained after incubation at 40°C for 2 hours. The Vmax and Km were 10.28 mol/min/mg protein and 0.03240 mM, respectively, using pNPP as substrate. The lipases present in crude extract and the mycelium-bound lipases were characterized in order to evaluate the potential for use in biocatalysis. The crude extract showed maximum activity at 60ºC and pH 6.2 while the myceliumbound lipases showed maximum activity at 50ºC and pH 5.4. In tests of the temperature effect on the enzymatic activity, the lipases in the crude extract was stable at 50°C, with 85.3% residual activity after 2 hours of incubation. The mycelium-bound lipases maintained at least 75.1% of residual activity after 2 h incubation at 80°C. These results show that the lipases of C. kikuchii have kinetic properties and stability characteristics suitable to applications in biocatalysis. The lipases present in crude extract were spray dried with different adjuvants, and their stability was evaluated. The recovery of the enzyme after drying with 10% of lactose, -cyclodextrin, maltodextrin, mannitol, gum arabic, and trehalose ranged from 63% to 100%; but the enzyme activity was lost in the absence of adjuvants. Most of the adjuvants used kept up at least 50% of the enzymatic activity at 5°C and 40% at 25°C after 8 months. The lipase dried with 10% of -cyclodextrin retained 72% of activity at 5°C. From these preliminary results the optimization of drying process using -cyclodextrin, maltodextrin and lactose as adjuvants was carried out. Statistical optimization of the experimental results allowed the determination of the processing conditions that maximized the retention of the enzymatic activity (RAE), namely: concentration of drying adjuvants of 12.05 %, inlet temperature of the drying gas of 153.6oC, and flow rate of the enzymatic extract fed to the dryer of 9.36 g/min, for the b-cyclodextrin and maltodextrin as adjuvants. For lactose as adjuvant the study showed that increasing the amount of drying adjuvant and/or decreasing the inlet gas temperature has positive effect on the retention of enzymatic activity of the dried product. After the purification process was carried out the drying of the partially purified enzyme and pure lipase, using these three adjuvants. The retention of enzymatic activity ranged from 90.6 to 100% when was used the optimal conditions for each drying adjuvant. Concluding, the lipases produced by C. kikuchii may be efficiently spray dried since its activity enzimatic was retained in crude extract, pure lipase and in semi-purified lipase after drying.

Lipases são enzimas que catalisam a hidrólise de triacilgliceróis em ácidos graxos, mono e diacilgliceróis e glicerol. Em contraste com as esterases, lipases são ativadas apenas quando estão adsorvidas a uma interface óleo-água. Lipases têm sido amplamente utilizadas em muitos processos industriais, tais como química orgânica, formulações de detergentes e de produtos como cosméticos e farmacêuticos. A principal preocupação na produção de enzimas comerciais é a proteção da sua estabilidade em solução aquosa. A água facilita ou medeia uma variedade de vias de degradação física e química, durante as etapas de purificação, transporte e armazenamento. Por conseguinte, formulações sólidas são desenvolvidas para alcançar uma vida útil aceitável para essas substâncias. Spray drying é comumente usado como uma técnica de desidratação na indústria farmacêutica para fabricação de produtos em pó diretamente do estado líquido. No presente trabalho, a purificação e caracterização bioquímica de lipases produzidas pelo fungo endofítico Cercospora kikuchii, bem como os efeitos de adjuvantes no processo de secagem destas enzimas foram estudados. A lipase bruta foi purificada à homogeneidade através de cromatografia de interação hidrofóbica e gel filtração. A lipase foi purificada 5,54 vezes, com rendimento de 9% e a atividade específica de 223,6 U/mg. O peso molecular da enzima foi estimado em 65,1 kDa por SDS-PAGE e 73,5 kDa utilizando cromatografia de gel filtração, indicando que provavelmente trata-se de um monômero. A lipase mostrou um pH ótimo em 4,6 e uma temperatura ótima de 35°C. Cerca de 80,2% de sua atividade foi mantida após incubação a 40°C durante 2 horas. A Vmax e Km foram 10,28 mmol/min/mg de proteína e 0,03240 mM, respectivamente, utilizando pNPP como substrato. As lipases presentes no extrato bruto e as lipases ligadas ao micélio foram caracterizadas para avaliar o potencial de utilização em biocatálise. A lipases no extrato bruto apresentaram atividade máxima a 60ºC e pH 6,2, enquanto que as lipases ligadas ao micélio apresentaram atividade máxima a 50ºC e pH 5,4. Nos estudos de efeito da temperatura sobre a atividade enzimática, as lipases no extrato bruto mantiveram-se estáveis a 50°C, com 85,3% de atividade residual após 2 horas de incubação. As lipases ligadas ao micélio mantiveram pelo menos 75,1% de atividade residual após 2 horas de incubação a 80°C. Estes resultados mostram que as lipases de C. kikuchii têm propriedades cinéticas e termoestabilidade desejáveis para aplicações em biocatálise. As lipases presentes no extrato bruto foram secas em spray dryer com diferentes adjuvantes, e sua estabilidade foi avaliada. A recuperação da atividade enzimática após a secagem, com a adição de 10% de lactose, -ciclodextrina, maltodextrina, manitol, goma arábica, e trealose variou de 63 a 100%. A atividade da enzima foi totalmente perdida durante a secagem do extrato bruto na ausência de adjuvantes. A maioria dos adjuvantes utilizados manteve pelo menos 50% da atividade enzimática a 5°C e 40% a 25°C, após 8 meses de armazenagem. As lipases secas com 10% de - ciclodextrina mantiveram 72% da atividade a 5°C no mesmo período. A partir destes resultados preliminares foi realizada a otimização do processo de secagem utilizando -ciclodextrina, maltodextrina e lactose como adjuvantes. A análise estatística dos resultados experimentais permitiu a determinação das condições ótimas para a retenção da atividade enzimática (RAE), a saber: concentração de adjuvantes de secagem de 12,05%, temperatura de entrada do gás de secagem em 153,6oC e vazão do extrato enzimático alimentado de 9,36 g/min, para - ciclodextrina e maltodextrina como adjuvantes. Para lactose, o estudo mostrou que o aumento da quantidade de adjuvante de secagem e/ou diminuindo a temperatura do gás de entrada tem um efeito positivo sobre a retenção da atividade enzimática do produto seco. Após o processo de purificação foi realizada a secagem da enzima parcialmente purificada e da lipase pura, com estes três adjuvantes. A manutenção da atividade enzimática variou 90,6-100% quando foram utilizadas as condições ótimas para cada adjuvante de secagem. Concluindo, as lipases produzidas por C. kikuchii podem ser eficientemente secas por spray dryer, uma vez que a atividade enzimática foi mantida no extrato bruto, na lipase pura e na lipase semi-purificada submetidas à secagem. / Lipases are enzymes that catalyze the hydrolysis of triacylglycerols to fatty acids, mono and diacylglycerols, and glycerol. In contrast to esterases, lipases are activated only when they are adsorbed to an oilwater interface. They have been widely used in many industrial processes such as organic chemical, detergent and cleaning formulations and in products like cosmetics and pharmaceutical products. The main concern in the production of commercial enzymes is to protect their stability in aqueous solution. Water facilitates or mediates a variety of physical and chemical degradation pathways, active during protein purification, shipping and storage. Consequently, dry solid formulations are developed to achieve an acceptable protein shelf life. Spray drying is commonly used as a dehydration technique in the pharmaceutical industry for making powdery products directly from the liquid. In the present work, the purification and biochemical characterization of lipases produced by endophytic fungus Cercospora kikuchii as well as the effects of adjuvants on the spray drying process of theses enzymes were studied. The crude lipase was purified to homogeneity by hydrophobic interaction chromatography and gel filtration. The lipase purified was 5.54-fold with 9% recovery and the specific activity was 223.6. The molecular mass of the lipase was estimated to be 65.1 kDa using SDS-PAGE and 73.5 using gel filtration chromatography, indicating that the lipase is a monomer. The lipase demonstrated an optimum pH at 4.6, an optimum temperature of 35°C. About 80.2% of its activity was retained after incubation at 40°C for 2 hours. The Vmax and Km were 10.28 mol/min/mg protein and 0.03240 mM, respectively, using pNPP as substrate. The lipases present in crude extract and the mycelium-bound lipases were characterized in order to evaluate the potential for use in biocatalysis. The crude extract showed maximum activity at 60ºC and pH 6.2 while the myceliumbound lipases showed maximum activity at 50ºC and pH 5.4. In tests of the temperature effect on the enzymatic activity, the lipases in the crude extract was stable at 50°C, with 85.3% residual activity after 2 hours of incubation. The mycelium-bound lipases maintained at least 75.1% of residual activity after 2 h incubation at 80°C. These results show that the lipases of C. kikuchii have kinetic properties and stability characteristics suitable to applications in biocatalysis. The lipases present in crude extract were spray dried with different adjuvants, and their stability was evaluated. The recovery of the enzyme after drying with 10% of lactose, -cyclodextrin, maltodextrin, mannitol, gum arabic, and trehalose ranged from 63% to 100%; but the enzyme activity was lost in the absence of adjuvants. Most of the adjuvants used kept up at least 50% of the enzymatic activity at 5°C and 40% at 25°C after 8 months. The lipase dried with 10% of -cyclodextrin retained 72% of activity at 5°C. From these preliminary results the optimization of drying process using -cyclodextrin, maltodextrin and lactose as adjuvants was carried out. Statistical optimization of the experimental results allowed the determination of the processing conditions that maximized the retention of the enzymatic activity (RAE), namely: concentration of drying adjuvants of 12.05 %, inlet temperature of the drying gas of 153.6oC, and flow rate of the enzymatic extract fed to the dryer of 9.36 g/min, for the b-cyclodextrin and maltodextrin as adjuvants. For lactose as adjuvant the study showed that increasing the amount of drying adjuvant and/or decreasing the inlet gas temperature has positive effect on the retention of enzymatic activity of the dried product. After the purification process was carried out the drying of the partially purified enzyme and pure lipase, using these three adjuvants. The retention of enzymatic activity ranged from 90.6 to 100% when was used the optimal conditions for each drying adjuvant. Concluding, the lipases produced by C. kikuchii may be efficiently spray dried since its activity enzimatic was retained in crude extract, pure lipase and in semi-purified lipase after drying.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-02-08T10:27:46Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 916784 bytes, checksum: 03475d7989277b617f66a3b91500defc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-02-08T10:27:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 916784 bytes, checksum: 03475d7989277b617f66a3b91500defc (MD5) Previous issue date: 2016-10-14 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Muitas espécies de Cercospora são patógenos generalistas. A versatilidade das espécies de Cercospora associadas ao Crestamento Foliar de Cercospora (CFC) e Mancha Púrpura da Semente (MPS) na soja parece ser historicamente subestimada. Neste trabalho, foram montados bancos de dados moleculares concatenados de sete genes nucleares e um mitocondrial, com sequências de 30 isolados fúngicos amostrados em hospedeiros alternativos à soja do Brasil (15 espécies) e Estados Unidos (seis espécies). Um conjunto de ferramentas complementares foi utilizado para explorar as relações filogenéticas e filogeográficas dos isolados de Cercospora associadas ao CFC e MPS na soja e de outros hospedeiros. A produção de cercosporina e a incidência das mutações de ponto E198G e G143A – duas mutações que conferem resistência a fungicidas – foram investigadas. Entre as cinco linhagens genealógicas de Cercospora associadas ao CFC e MPS, apenas a linhagem 1 foi hospedeiro específica, sendo encontrada somente na soja. As linhagens restantes foram generalistas, uma vez que foram encontradas causando o CFC e MPS na soja e manchas foliares em plantas daninhas e ornamentais. Os isolados foram agrupados nas linhagens de acordo com suas origens geográficas e não foi correlacionada com o hospedeiro de origem. A ausência de compartilhamento de hospedeiros entre isolados do Brasil e EUA sugere que a soja compartilha seus patógenos com outras espécies em escala local. Todos os isolados foram produtores da toxina cercosporina e tanto isolados provenientes da soja quanto de outros hospedeiros foram portadores das mutações pontuais G143A e E198G. Para analisar a distribuição geográfica das linhagens de Cercospora associadas ao CFC e MPS no Brasil e EUA, bem como essas linhagens estão distribuídas nos órgãos da planta foram utilizados 329 isolados coletados em 11 localidades do Brasil e quatro nos EUA. Oito genes nucleares e um mitocondrial foram sequenciados mostrando a existência de duas linhagens genealógicas adicionais às outras cinco previamente descritas. Três dessas linhagens foram endêmicas no Brasil, duas foram endêmicas nos EUA e outras duas estão presentes nos dois países. As sete linhagens foram encontradas em folhas, caule e sementes. A presença de espécies crípticas associadas ao CFC e a MPS na soja alertam para o risco fitossanitário decorrente do erro de identificação de agentes causais de doenças com base apenas no hospedeiro. / Many Cercospora spp. are multihost pathogens. The versatility of Cercospora newly associated with cercospora leaf blight (CLB) and purple seed stain (PSS) in soybeans seems to have been historically underestimated. Herein, we assembled multilocus sequence data of seven nuclear and one mitochondrial gene regions with sequences from 30 fungal isolates sampled from nonsoybean host species from Brazil (15 species) and United States (six species). An array of complementary tools explored the phylogenetic and phylogeographic relationships among CLB- and PSS-causing Cercospora and the newly isolated Cercospora spp. Cercosporin production and the incidence E198G and G143A — two known point mutations associated with fungicide resistances — were investigated. Among the five genealogical lineages of CLB- and PSS-causing Cercospora, only Lineage 1 showed host specificity; this lineage had C. kikuchii as the only member and infected soybeans exclusively. The remaining four lineages were multihost pathogens; they infected soybeans along with ornamental and weed species. Genealogical placements were unrelated to host association; isolates clustered together according to geography. The lack of host sharing between Brazil and USA suggested that soybean crops shared pathogens with nearby nonsoybean host species locally. All isolates belonged to cercosporin-producing species of Cercospora. Isolates from nonsoybean host species exhibited both E198G and G143A. To analyze the geographical distribution of Cercospora lineages associated with CLB and PSS in Brazil and USA and the lineages distribution in the soybean organs we used 329 isolates collected in 11 locations in Brazil and four in the United States. Eight nuclear genes and mitochondrial were sequenced showing the existence of two additional lineages to the other five previously described. Three of these lines were endemic in Brazil, two were endemic in the US and other two are present in both countries. The seven lineages were found in leaves, stems and seeds. The presence of cryptic species causing CLB and PSS in soybean alert for phytosanitary risk due to taxonomic errors considering host specificity of Cercospora.

ARANTES, Mariana Reis. Expressão gênica da toxina da soja (SBTX) durante o desenvolvimento da soja [Glycine max (L.) Merril] e seu envolvimento na defesa vegetal. 2015. 120 f. Dissertação (Mestrado em bioquímica)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-09-01T19:49:36Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_mrarantes.pdf: 2506880 bytes, checksum: 104fd156a0b0653c61de679f81e853eb (MD5) / Approved for entry into archive by Jairo Viana (jairo@ufc.br) on 2016-09-02T20:52:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_mrarantes.pdf: 2506880 bytes, checksum: 104fd156a0b0653c61de679f81e853eb (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-02T20:52:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_mrarantes.pdf: 2506880 bytes, checksum: 104fd156a0b0653c61de679f81e853eb (MD5) Previous issue date: 2015 / Brazil is the second major global soybean producer, whose magnitude is due to its use multiples. However, losses in productivity of soybean grains in the field are still significant, especially those caused by pathogenic fungi. In view of this obstacle, it is important to search natural molecules able to inhibiting the progress of fungal diseases in an environmental friendly practice. Among the soybean molecules which could be used for this purpose, the soybean toxin (SBTX) stands out. SBTX is a protein composed of two subunits (17 and 27 kDa) isolated from seeds with in vitro activity against phytopathogenic fungi. The present study aimed to verify the SBTX tissue localization in soybean seed cotyledons, as well as to evaluate the gene expression profile of two SBTX subunits, both in different stages of plant development and in response to treatment with plant defense elicitors. Soybean seeds were grown in a greenhouse and plant tissues harvested at different days. In addition, soybean primary leaves were treated with salicylic acid (SA) or inoculated with the Cercospora kikuchiii (CK) spores and harvested at different times after the treatments. Based on the N-terminal sequences of the SBTX subunits, primers were designed and their gene expression evaluated by quantitative real-time PCR technique. SBTX tissue localization was performed by immunohistochemistry using anti-SBTX. Transcripts for both SBTX subunits were detected in all plant tissues, predominantly in cotyledons and unifoliate leaves in the early stages of their development, as well as in mature seeds. SBTX was found in the epidermis of the cotyledons. Transcripts were detected for both genes SBTX17 e SBTX27 in all tissues collected, but their expression levels were different. The highest transcript levels for both SBTX subunits were found in mature seeds, cotyledons and unifoliate leaves. In cotyledons, SBTX was found in the epidermis. Leaves treated with elicitors showed induction of the corresponding 17 and 27 kDa subunit transcripts, however this response was earlier in the CK treatment (from 6 h) compared to AS treatment (from 12 h). In almost all analyses, the highest transcript levels were found for the 27 kDa subunit. The ubiquitous and constitutive gene expression during plant development, the induction of gene expression by defense response elicitors and the localization on the surface of cotyledons support the role of SBTX in plant defense and its use to produce fungal-resistant transgenic soybean plants. / O Brasil é o segundo maior produtor mundial de soja, destacando-se por sua multiplicidade de uso. Entretanto, perdas na produtividade de seus grãos em campo são ainda consideráveis, particularmente oriundas das doenças causadas por fungos. Diante desse obstáculo, emerge a necessidade de busca de moléculas naturais capazes de inibir o progresso dessas doenças, sem causar impactos ambientais. Dentre as moléculas presentes na soja, com potencial de uso para essa finalidade, destaca-se a toxina da soja (SBTX), uma proteína isolada de sementes, composta por duas subunidades (17 e 27 kDa) e ativa contra fungos fitopatogênicos. Esse trabalho teve como objetivos verificar a localização tecidual da SBTX em cotilédones de sementes maduras, bem como avaliar seu perfil de expressão gênica ao longo do desenvolvimento da soja e, também, em resposta ao tratamento com elicitores de defesa vegetal. Sementes de soja foram cultivadas em casa de vegetação e, ao longo do desenvolvimento da planta, diferentes tecidos vegetais coletados. Em adição, folhas primárias da soja foram tratadas com ácido salicílico (AS) ou inoculadas com esporos do fungo Cercospora kikuchii (CK) e coletadas em diferentes tempos após os tratamentos. Iniciadores foram desenhados com base nas sequências NH2-terminal das subunidades de SBTX e a expressão gênica foi avaliada pela técnica de RT-PCR quantitativa. A localização de SBTX em sementes foi avaliada por imunohistoquímica, usando anti-SBTX. Transcritos dos genes SBTX17 e SBTX27 foram detectados em todos os tecidos vegetais coletados, porém seus níveis de expressão foram diferenciados. Níveis mais elevados de transcritos para ambas as subunidades da SBTX foram detectados em sementes maduras, cotilédones e folhas unifoliadas. Nos cotilédones, SBTX foi encontrada na epiderme. Indução da expressão de transcritos da SBTX ocorreu em ambos os tratamentos, porém essa resposta se manifestou mais rápida (a partir de 6 h) com CK ao invés de AS (a partir de 12 h). Praticamente, em todas as análises, transcritos do gene SBTX27 prevaleceram em relação àqueles do SBTX17. A presença constitutiva e ubíqua de transcritos dos genes da SBTX ao longo do desenvolvimento da planta, a indução da expressão desses genes por elicitores de resposta de defesa e a localização da toxina na superfície dos cotilédones validam o papel de defesa atribuído a SBTX, suscitando a possibilidade de uso dessa proteína na produção de soja resistente ao ataque de fungos de relevância agronômica.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:19:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_jaqueline_franco.pdf: 5450978 bytes, checksum: ccba56653d20a1b74e0758541848145a (MD5) Previous issue date: 2017-06-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The condition known as purple spot in soybean seed is caused by the fungus Cercospora kikuchii and can influence both yield and quality losses in the production of soybean derivatives. Seed quality control is essential to avoid such losses, so there are conventional methods, such as visual inspections to identify contaminated seeds. However, these conventional processes are slow and imprecise, since they depend directly on the analyst. The present work had as objective to develop a computational system for the identification of soybean seeds contaminated by the fungus Cercospora kikuchii. The proposed method was developed based on the OpenCV library, using the Java programming language and the integration interface of the WEKA tool. Samples of 150 healthy seeds and 150 contaminated seeds were considered. The individual image acquisition of each seed, for purposes of classification in healthy or contaminated, was performed and was consided in the process the individual quality of each stage. The obtained result was 88% of correct classifications, using crossvalidation in the constructed neural network model and 100% correct classifications in the used images. The best results found in studies of other authors, specifically considering the fungus Cercospora kikuchii, were 66% to 83% of the correct classifications. / A presença da patologia conhecida como mancha púrpura da semente de soja é causada pelo fungo Cercospora kikuchii e pode implicar em prejuízos tanto de produtividade quanto de qualidade na produção de derivados. O controle de qualidade de sementes é essencial para evitar perdas como essas, sendo então convencionalmente realizadas inspeções visuais, para identificar as sementes contaminadas. Porém, tais processos convencionais são lentos e imprecisos, uma vez que depende diretamente do analista. O presente trabalho teve por objetivo desenvolver um sistema computacional para a identificação de sementes de soja contaminadas pelo fungo Cercospora kikuchii. O método proposto foi desenvolvido utilizando a biblioteca OpenCV, por meio da linguagem de programação Java, e utilizando a interface de integração da ferramenta WEKA. Foram consideradas amostras de 150 sementes sadias e de 150 sementes contaminadas. A obtenção individual da imagem de cada semente, para fins de classificação em sadia ou contaminada, foi realizada e foi considerada durante o processo a qualidade individual de cada etapa do processo. O resultado alcançado foi de 88% de assertividade, utilizando a validação cruzada sobre o modelo de rede neural artificial construído, e de 100% de assertividade sobre as imagens utilizadas. Os melhores resultados encontrados em trabalhos de outros autores, considerando especificamente o fungo Cercospora kikuchii, foram de 66% a 83% de assertividade.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The climatic factors, especially water deficit, cause changes in biochemical and morphophysiological aspects in soybean plants, which consequently affect the performance of fungicide applications on leaves and pathogenicity of fungi. This study aimed to evaluate the performance of fungicide in soybean under different water regimes and times of application. For this purpose two experiments were conducted, one in the greenhouse and one on the field, both in Itaara RS, Brazil. The experimental design in greenhouse was composed by completely randomized design with four replications in a factorial (2x6x5), which factors were composed, factor 01: two water regimes (50-60% of the field capacity and 90-100% of the field capacity); factor 02: five times of application (04:00 a.m., 09:00 a.m., 14:00 p.m., 18:00 p.m., 23:00 p.m.) and a control without fungicide applying; factor 03: four time periods between the fungicide application and simulated rain (0, 30, 60 and 120 ) plus a control with no rain. Fungicide comprising the active ingredients Trifloxystrobin + Prothioconazole (70.0 + 60.0 g ha-1 a.i.) was used with the addition of Aureo® at a dose of 0.375 l ha-1 c.p. The parameters evaluated were the number of days until the first pustule preview of asian rust, the severity of Phakopsora pachyrhizi and Cercospora kikuchii in leaves, incidence of C. kikuchii in grain, relative chlorophyll content, stomatal density, trichome density, concentration of hydrogen peroxide, lipid peroxidation, yield and grain weight. The experimental design in the field was composed by randomized blocks with split plots. The experiment consisted of two factors (6x5). The first factor was composed of the application time (04:00 a.m., 09:00 a.m., 14:00 p.m., 18:00 p.m., 23:00 p.m.) and a control without fungicide applying. The second factor was composed of the time periods between the fungicide application and simulated rain (0, 30, 60 and 120 ) plus a control with no rain. The parameters evaluated were the severity of the asian rust, the relative chlorophyll content stratified in three thirds of the canopy, area under the disease progress curve, yield and hundred grain weight. The results indicate that the penetration of fungicide is faster in leaflets in sunlight. It finds that the application of fungicides in plants under water deficit provides the greatest number of days until the first pustule preview. The simulated rainfall has a greater effect on the removal of fungicide applications made at night. The fungicide application in leaflets made at 09:00 am provides the greatest number of days until the first pustule preview. Soybean plants in water deficit develop strategies to reduce the loss of water, which affects the pathogenicity of Phakopsora pachyrhizi and Cercospora kikuchii. / Os fatores climáticos, em especial o déficit hídrico, provocam alterações nos aspectos morfofisiológicos e bioquímicos nas plantas de soja, que consequentemente, afetam o comportamento de aplicações fungicidas foliares e a patogenicidade de fungos. O presente trabalho objetivou avaliar o comportamento de fungicida em plantas de soja submetidas a diferentes regimes hídricos e horários de aplicação. Para isso foram conduzidos dois experimentos, sendo um em casa de vegetação e outro à campo, ambos no município de Itaara RS. Em casa de vegetação foi utilizado o delineamento inteiramente casualizado com quatro repetições, em arranjo trifatorial (2x6x5), cujos fatores foram, fator 01: dois regimes hídricos (50-60% da capacidade de campo e 90-100% da capacidade de campo); fator 02: cinco horários de aplicação (04:00, 09:00, 14:00, 18:00, 23:00 horas), além de um testemunha sem aplicação; fator 03: quatro intervalos de tempo entre a aplicação de fungicida e a aplicação de chuva simulada (0, 30, 60 e 120 min) mais uma testemunha sem chuva. Foi utilizado o fungicida composto pelos ingredientes ativos Trifloxistrobina + Protioconazol (70,0 + 60,0 g i.a.ha-1) com adição de Aureo® na dose de 0,375 L p.c ha-1. Os parâmetros avaliados foram o tempo decorrido entre a aplicação e o surgimento da primeira pústula de ferrugem asiática, a severidade de Phakopsora pachyrhizi e Cercospora kikuchii em folhas, incidência de C. kikuchii em grãos, teor relativo de clorofila, densidade estomática, densidade de tricomas, concentração de peróxido de hidrogênio e peroxidação lipídica, produtividade e a massa de grão. À campo foi utilizado o delineamento experimental de blocos ao acaso com parcelas subdivididas. O experimento constituiu-se de dois fatores (6x5). O primeiro fator foi composto pelos horários de aplicação (04:00, 09:00, 14:00, 18:00, 23:00 horas), e uma testemunha sem aplicação de fungicida. O segundo fator foi composto pelos intervalos de tempo entre a aplicação de fungicidas e a simulação de chuva (2, 30, 60 e 120 min), mais uma testemunha sem chuva. Os parâmetros avaliados foram a severidade de ferrugem asiática e o teor relativo de clorofila estratificados nos três terço do dossel, área abaixo da curva de progresso da doença, produtividade e massa de 100 grãos. Os resultados obtidos indicam que a penetração de fungicida é mais rápida em trifólios sob luz solar. Verifica-se que a aplicação de fungicida em plantas sob déficit hídrico proporciona o maior número de dias para o aparecimento da primeira pústula. A simulação de chuva tem maior efeito na remoção de fungicidas em aplicações realizadas à noite. A aplicação de fungicida em trifólios realizada às 09:00 horas proporciona o maior número de dias para o aparecimento da primeira pústula. As plantas de soja em déficit hídrico desenvolvem estratégias para reduzir a perda de água, o que afeta a patogenicidade de Phakopsora pachyrhizi e Cercospora kikuchii.

La combinación de la siembra directa con el monocultivo, junto con los cambios climáticos y la difusión de genotipos susceptibles, han generado las condiciones óptimas para que los patógenos necrotróficos, que sobreviven en los rastrojos sean anualmente responsables por daños y pérdidas significativas en el cultivo de soja. Dentro de este grupo de enfermedades, deben destacarse por su prevalencia y severidad, a las enfermedades de fin de ciclo (EFC) y a la mancha ojo de rana (MOR), Entre las prácticas para su manejo, deben mencionarse a la rotación de cultivos, tratamiento químico de semillas, resistencia genética, y el uso de fungicidas en órganos aéreos. Esta última medida se ha incrementado considerablemente como respuesta al aumento del potencial de inóculo sobre variedades susceptibles y bajo monocultivo. Sin embargo, la determinación del momento oportuno de la aplicación de fungicidas para el manejo de estas enfermedades no resulta una tarea sencilla y práctica. Existe una gran complejidad en el abordaje de su estudio con variadas dificultades que deben enfrentarse principalmente cuando el objetivo es asistir a los productores y asesores con metodologías prácticas que aseguren la sustentabilidad económica y ambiental. A pesar de que muchos investigadores están de acuerdo en que los fungicidas deberían ser aplicados durante el período crítico de generación del rendimiento del cultivo de soja, no fue posible encontrar información científica publicada sobre el momento más apropiado de aplicación de fungicidas, dentro de esa amplia ventana fisiológica de aplicación, que relacione ambiente, epidemiología, daños y umbrales. Los objetivos de este trabajo fueron a) generar criterios de uso de fungicidas para el manejo químico sustentable de las EFC y la MOR en el cultivo de soja, b) cuantificar sus daños, c) elaborar y validar un sistema de puntuación que permita definir el momento más eficiente de aplicación para las EFC, y d) determinar los umbrales de control para la MOR. Para ello, se realizaron y analizaron numerosos ensayos de campo provenientes de zonas agro-ecológicas diferentes. Para el caso de las EFC, los resultados demostraron que la respuesta al uso de fungicidas (kg/ha) dependió de la ocurrencia de lluvias entre R3-R5 y no de las que ocurrieron entre R1-R3, por lo tanto dependiendo de las condiciones ambientales, la aplicación de fungicida podría realizarse en R3, R4 o R5. Una vez que se logró identificar el factor ambiental y el período fenológico que estadísticamente se asociaron con el impacto en los rendimientos por el uso de fungicidas, la siguiente etapa fue la de desarrollar un sistema de puntuación basado en la ponderación de diferentes factores agronómicos. Dicho sistema contó con 10 factores de valoración relativa y permitió proponer una herramienta fácil, práctica y dinámica para orientar la decisión de control químico. Los ensayos de validación del sistema de puntuación llevados a cabo en localidades y campañas agrícolas diferentes, permitieron analizar el impacto en el rendimiento agronómico y en la rentabilidad lograda, cuando se utilizó el sistema de puntuación en comparación con las aplicaciones fenológicas fijas de R3, R5 y con un testigo sin aplicación química. Cuando el sistema recomendó no aplicar, los rendimientos que fueron obtenidos en los tratamientos de R3 y R5 no se diferenciaron de los del testigo, indicando que no se justificaba aplicar. Por otro lado, se demostró que algunos ensayos mostraron el mayor impacto por el uso de fungicidas cuando se realizaron las aplicaciones en R3 ó R4 ó R5 y que su decisión final dependió de la puntuación arrojada por el sistema en cada ensayo, demostrando que la aplicación regida exclusivamente por fenología rígida y estricta, no resulta en una alternativa técnica fundamentada para orientar el momento de la pulverización. Para el estudio de la MOR, se lograron estimar los daños y generar recomendaciones para su manejo mediante umbrales de control. El número de lesiones por folíolo central constituyó una medida objetiva, rápida y sencilla para cuantificar la epidemia y desarrollar los diferentes UDE. De esta manera los resultados epidemiológicos obtenidos indican que la MOR no debe ser considerada una clásica EFC debido a su comportamiento policíclico. Para diferentes estadios reproductivos de la soja y para cada estrato foliar considerado, se propusieron umbrales de daño móviles que serán de utilidad para enmarcar el uso de fungicidas dentro de un programa de manejo Integrado.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O Brasil à o segundo maior produtor mundial de soja, destacando-se por sua multiplicidade de uso. Entretanto, perdas na produtividade de seus grÃos em campo sÃo ainda considerÃveis, particularmente oriundas das doenÃas causadas por fungos. Diante desse obstÃculo, emerge a necessidade de busca de molÃculas naturais capazes de inibir o progresso dessas doenÃas, sem causar impactos ambientais. Dentre as molÃculas presentes na soja, com potencial de uso para essa finalidade, destaca-se a toxina da soja (SBTX), uma proteÃna isolada de sementes, composta por duas subunidades (17 e 27 kDa) e ativa contra fungos fitopatogÃnicos. Esse trabalho teve como objetivos verificar a localizaÃÃo tecidual da SBTX em cotilÃdones de sementes maduras, bem como avaliar seu perfil de expressÃo gÃnica ao longo do desenvolvimento da soja e, tambÃm, em resposta ao tratamento com elicitores de defesa vegetal. Sementes de soja foram cultivadas em casa de vegetaÃÃo e, ao longo do desenvolvimento da planta, diferentes tecidos vegetais coletados. Em adiÃÃo, folhas primÃrias da soja foram tratadas com Ãcido salicÃlico (AS) ou inoculadas com esporos do fungo Cercospora kikuchii (CK) e coletadas em diferentes tempos apÃs os tratamentos. Iniciadores foram desenhados com base nas sequÃncias NH2-terminal das subunidades de SBTX e a expressÃo gÃnica foi avaliada pela tÃcnica de RT-PCR quantitativa. A localizaÃÃo de SBTX em sementes foi avaliada por imunohistoquÃmica, usando anti-SBTX. Transcritos dos genes SBTX17 e SBTX27 foram detectados em todos os tecidos vegetais coletados, porÃm seus nÃveis de expressÃo foram diferenciados. NÃveis mais elevados de transcritos para ambas as subunidades da SBTX foram detectados em sementes maduras, cotilÃdones e folhas unifoliadas. Nos cotilÃdones, SBTX foi encontrada na epiderme. InduÃÃo da expressÃo de transcritos da SBTX ocorreu em ambos os tratamentos, porÃm essa resposta se manifestou mais rÃpida (a partir de 6 h) com CK ao invÃs de AS (a partir de 12 h). Praticamente, em todas as anÃlises, transcritos do gene SBTX27 prevaleceram em relaÃÃo Ãqueles do SBTX17. A presenÃa constitutiva e ubÃqua de transcritos dos genes da SBTX ao longo do desenvolvimento da planta, a induÃÃo da expressÃo desses genes por elicitores de resposta de defesa e a localizaÃÃo da toxina na superfÃcie dos cotilÃdones validam o papel de defesa atribuÃdo a SBTX, suscitando a possibilidade de uso dessa proteÃna na produÃÃo de soja resistente ao ataque de fungos de relevÃncia agronÃmica. / Brazil is the second major global soybean producer, whose magnitude is due to its use multiples. However, losses in productivity of soybean grains in the field are still significant, especially those caused by pathogenic fungi. In view of this obstacle, it is important to search natural molecules able to inhibiting the progress of fungal diseases in an environmental friendly practice. Among the soybean molecules which could be used for this purpose, the soybean toxin (SBTX) stands out. SBTX is a protein composed of two subunits (17 and 27 kDa) isolated from seeds with in vitro activity against phytopathogenic fungi. The present study aimed to verify the SBTX tissue localization in soybean seed cotyledons, as well as to evaluate the gene expression profile of two SBTX subunits, both in different stages of plant development and in response to treatment with plant defense elicitors. Soybean seeds were grown in a greenhouse and plant tissues harvested at different days. In addition, soybean primary leaves were treated with salicylic acid (SA) or inoculated with the Cercospora kikuchiii (CK) spores and harvested at different times after the treatments. Based on the N-terminal sequences of the SBTX subunits, primers were designed and their gene expression evaluated by quantitative real-time PCR technique. SBTX tissue localization was performed by immunohistochemistry using anti-SBTX. Transcripts for both SBTX subunits were detected in all plant tissues, predominantly in cotyledons and unifoliate leaves in the early stages of their development, as well as in mature seeds. SBTX was found in the epidermis of the cotyledons. Transcripts were detected for both genes SBTX17 e SBTX27 in all tissues collected, but their expression levels were different. The highest transcript levels for both SBTX subunits were found in mature seeds, cotyledons and unifoliate leaves. In cotyledons, SBTX was found in the epidermis. Leaves treated with elicitors showed induction of the corresponding 17 and 27 kDa subunit transcripts, however this response was earlier in the CK treatment (from 6 h) compared to AS treatment (from 12 h). In almost all analyses, the highest transcript levels were found for the 27 kDa subunit. The ubiquitous and constitutive gene expression during plant development, the induction of gene expression by defense response elicitors and the localization on the surface of cotyledons support the role of SBTX in plant defense and its use to produce fungal-resistant transgenic soybean plants.