Made available in DSpace on 2017-07-21T19:59:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Daniele Tasior.pdf: 2815536 bytes, checksum: dc7cea7fc9b3fc00f6be08c2ce7825cd (MD5) Previous issue date: 2014-06-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study aimed to characterize the resistance of F2:3 progenies of maize inoculated with Colletotrichum graminicola, genetic parameters and map genomic regions associated with quantitative resistance alleles to anthracnose stalk in tropical maize determining the effects of each locus on resistance/susceptibility C. graminicola. Individuals of the F2 generation were selfed to generate F2:3 progenies, which were evaluated phenotypically for resistance to anthracnose stalk in three experiments. The treatments were consisted of 121 F2:3progenies, parental lines (L04-2 and L99-4) and the F1 generation, which were used as control. The experimental plots were arranged in a randomized block design with three replications. Each plot consisted in one row of 3 m in length with rows spaced 0.90 m apart, with a total of 15 plants per plot. The plants were inoculated in the anthesis stage by injecting 1 mL of spore suspension into the first or second elongated internode above ground. The data was collected 30 days after inoculation by evaluating the internal lesion length (CINT), external lesion length (CEXT) in cm and the number of discolored internodes (INT). From the phenotypic evaluations of 121 F2:3 progenies genetic parameters were associated with resistance to all three forms of assessment (CINT, INT and CEXT) in each experiment. The association of microsatellites and AFLP markers to resistance alleles was performed using multiple regression. AFLP and SSR loci used to form the construction of the linkage map by MAPMAKER version 3.0. Detection of the QRL was performed by composite interval mapping method using QTLCartographer program. The experimental results showed the existence of high genetic variability among the F2:3 progenies for resistance/susceptibility to C. graminicola. The forms of assessment of anthracnose stalk (CINT, INT and CEXT) were equally effective in discriminating susceptible from resistant individuals. The high broad-sense heritability confirms the great contribution of genetic variance for resistance, which ensures genetic gain for artificial selection in this pathosystem. The AFLP marker E55534 individually explained the greatest proportion of the phenotypic variation for the internal length (- 28.43%), external lesion length (- 27.70%) and the number of discolored internodes (- 27.45%) in F2:3 progenies of maize. The composite interval mapping identified 31 QRLs to anthracnose stalk segregating in the mapping population, which were mapped across the 10 linkage groups. This is the first report of the QRL to anthracnose stalk mapped on chromosomes 2, 3 and 10. At large number of mapped QRL is suggested that the inheritance of resistance in this tropical germplasm is more complex, conditioned by a large number of genes, some large phenotypic effects and the vast majority with small effects for resistance in this pathosystem. / O trabalho objetivou caracterizar a resistência de progênies F2:3 de milho inoculados com Colletotrichum graminicola, estimar os parâmetros genéticos e mapear regiões genômicas associados à alelos de resistência quantitativa à antracnose do colmo em milho tropical determinando os efeitos de cada loco sobre a resistência/suscetibilidade a C. graminicola. Os indivíduos da geração F2 foram autofecundados para gerar as progênies F2:3, as quais foram avaliadas fenotipicamente para resistência à antracnose do colmo em três experimentos de campo. Os tratamentos foram constituídos de 121 progênies F2:3, linhagens parentais (L04-2 e L99-4) e da geração F1, os quais foram utilizados como tratamentos controle. O delineamento experimental foi o de blocos aleatorizados, com três repetições. Cada parcela foi constituída de 3 m de comprimento e 0,90 m na entrelinha, com aproximadamente 15 plantas por parcela. As plantas dos experimentos foram inoculadas no estádio de florescimento pleno da cultura, através da injeção de 1mL da suspensão de esporos, no meio do primeiro ou segundo internódio visível acima do solo. A avaliação dos sintomas foi realizado 30 dias após a inoculação, através da avaliação do comprimento interno de lesão (CINT), comprimento externo de lesão (CEXT) em cm e do número de internódios descoloridos (INT). A partir das avaliações fenotípicas das 121 progênies F2:3 foram estimados os parâmetros genéticos associados a resistência para as três características avaliadas (CINT, CEXT e INT) em cada experimento. A associação dos marcadores microssatélites e AFLPs a alelos de resistência foi realizada através da regressão linear múltipla. Locos SSR e AFLPs foram utilizados na construção do mapa de ligação através do MAPMAKER versão 3.0. A detecção dos QRLs foi realizada pelo método de mapeamento por intervalo composto utilizando o programa QTLCartographer. Os resultados experimentais evidenciaram existência de grande variabilidade genética entre as progênies F2:3 de milho para resistência/suscetibilidade à C. graminicola. As formas de avaliação da antracnose do colmo (CINT, CEXT e INT), foram igualmente eficientes em discriminar os indivíduos resistentes dos suscetíveis. Os elevados coeficientes de herdabilidade no sentido amplo confirmam a grande contribuição da variância genética para resistência, o que assegura ganhos genéticos com a seleção artificial neste patossistema. A regressão linear múltipla possibilitou identificar marcadores microssatélites e AFLPs altamente associados a alelos de resistência à C. graminicola. O marcador AFLP E55534 explicou individualmente a maior proporção da variação fenotípica para o comprimento interno (- 28,43%), comprimento externo de lesão (- 27,70%) e para o número de internódios descoloridos (- 27,45%) nas progênies F2:3 de milho. O mapeamento por intervalo composto identificou 31 QRLs à antracnose do colmo segregando na população de mapeamento, os quais foram mapeados entre os 10 grupos de ligação. Este é o primeiro relato de QRLs à antracnose do colmo mapeados nos cromossomos 2, 3 e 10. Pelo grande número de QRLs mapeados sugere-se que a herança da resistência neste germoplasma tropical seja mais complexa, condicionada por um grande número de genes, sendo alguns de grande efeito fenotípico e a grande maioria com pequenos efeitos para a resistência neste patossistema.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:30:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Debora Silva Maximo.pdf: 2516559 bytes, checksum: f42192c8a7ed6389d9fb8661f4c843b0 (MD5) Previous issue date: 2013-03-20 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objectives of this study were to determine the genetic control of resistance to anthracnose stalk rot of corn and estimate the gene action involved in the generations descended from crosses between inbred lines of tropical maize. The estimation of genetic parameters was used to determine the mode of inheritance of resistance in nine families derived from crosses between resistant and susceptible inbred lines to Colletotrichum graminicola. Each family consisted of six generations (P1, P2, F1, RC1 and RC2), which were evaluated for resistance in two experiments implanted in a randomized block design in a split plot design, with three replications. Inoculations were performed using a suspension of 5 x 105 conidia mL-1 applied into the stalk. The quantification of the disease was performed using the external and internal length of lesion (cm), and number of internodes discolored. The three forms of assessment were effective in discriminating individuals resistant and susceptible to the pathogen. Through the analysis of mean generations, it was observed that there is great genetic variability among inbred lines used, where the LR 04-2 was the most effective in all families/ generations in which participated, always conditioning the lower values of lesion. The results indicated a similar mode of inheritance among families, with a predominance of additive genetic effects explaining 81.92% on average. The heritability coefficients (broad and narrow sense) were of high magnitude, indicating facility in the process of artificial selection by breeding programs. Estimates of heterosis were high and negative in all families studied, revealing the ability of resistant inbred lines to transfer the character resistance for the next generations, reducing the length of the lesions. The results showed that the genetic control of corn to anthracnose stalk rot is governed by a few genes of large effect on phenotypic expression. The addictive nature of inheritance, associated with higher estimates of heritability and oligogenic genetic control, infer that the genetic gains with selection will be successful in breeding programs that develop maize populations resistant to anthracnose stalk rot. / Os objetivos do presente trabalho foram determinar o controle genético da resistência de milho à antracnose do colmo e estimar a ação gênica envolvida nas gerações descendentes de cruzamentos entre linhagens endogâmicas de milho tropical. A estimativa dos parâmetros genéticos foi utilizada para determinar o modo de herança da resistência, em nove famílias derivadas dos cruzamentos entre linhagens resistentes e suscetíveis à Colletotrichum graminicola. Cada família foi constituída de seis gerações (P1, P2, F1, F2, RC1 e RC2), as quais foram avaliadas para resistência em dois experimentos implantados no delineamento de blocos casualizados, em esquema de parcelas subdivididas, onde nas parcelas foi estudado o efeito de famílias e nas subparcelas o efeito das gerações, com três repetições. As inoculações dos colmos foram realizadas no estádio de florescimento pleno com suspensão de 5,0 x 105 conídios mL-1. A quantificação da doença foi realizada no estádio de florescimento pleno da cultura, através do comprimento externo e interno de lesão (cm), e pelo número de internódios descoloridos. As três formas de avaliação foram eficientes em discriminar indivíduos resistentes e suscetíveis ao patógeno. Na análise das médias das gerações, observou-se a existência de grande variabilidade genética entre as linhagens endogâmicas utilizadas. A linhagem LR 04-2 destacou-se em todas as famílias/gerações em que participou, sempre condicionando os menores valores de lesão. Os resultados indicaram modo de herança semelhante entre as famílias, com predomínio de efeitos genéticos aditivos explicando em média 81,92%. Os coeficientes de herdabilidade (sentido amplo e restrito) foram de elevada magnitude, indicando a facilidade no processo de seleção artificial pelos programas de melhoramento. As estimativas de heterose foram altas e negativas em todas as famílias estudadas, revelando a capacidade das linhagens resistentes em transmitir o caráter resistência para as gerações filiais, diminuindo o comprimento das lesões. Os resultados demonstraram que o controle genético da resistência de milho à antracnose do colmo é governado por poucos genes de grande efeito na expressão fenotípica. A herança de natureza aditiva, associada às altas estimativas de herdabilidade e controle genético oligogênico, permitem inferir que os ganhos genéticos com a seleção lograrão êxito em programas de melhoramento, que buscam desenvolver populações de milho resistentes à antracnose do colmo.

Made available in DSpace on 2017-07-25T19:31:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DAIANE GARABELI TROJAN.pdf: 2801962 bytes, checksum: 4032c900eac779c95e3b32f342408d9f (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / The increase in diseases in maize crops, with emphasis on the region of Campos Gerais in Paraná, has been relevant due to the commitment quantitative and qualitative of the grain. Because of this, the purposes of this work were: to evaluate the incidence of leaf diseases and their impact on productivity; to evaluate the effect of different fungicides to control pathogens that cause damaged grains; to relate the incidence of the main leaf diseases in corn crop and its interference with the production components; to evaluate the performance of corn inoculated with Colletotrichum graminicola to treatments with different mixtures of fungicides of strobilurins and triazoles groups; to verify the effect of various essential oils and fungicides on mycelial growth of C. graminicola; to develop a diagrammatic scale to assess the severity of anthracnose leaf blight in maize crop and to verify the best concentration of essential oils in the control of leaf anthracnose and to estimate possible effects of phytotoxicity of the essential oils on the corn crop. For that were installed 14 experimental fields with several hybrids of corn during harvest 2011/12, one in the 2012/13 crop, and one in the 2013/14 crop; in laboratory were installed a 2012 experiment, and another between 2014/15; It was developed a diagrammatic scale in 2015 and carried out an experiment in a greenhouse in 2016. The results brought information such as: between the late material and early ones, the results were specific to each location where Puccinia sorghi, Phaeosphaeria maydis, Exserohilum turcicum had greater severity of disease in 6 of the 9 experiments, and was also the most sensitive in the experiment installed in late materials; there was difference of fungicide control depending on the studied pathogen; regarding to yields higher than 10 tons, the components production that directly interfered were: length and diameter of the ear, number of kernels per row and weight of 1000 grains, on the other hand the most affected yield components in those hybrid with productions around 8.5 tons were: diameter of the ear, number of kernels per row and the 1000 grains; None of the Colletotrichum graminicola application times obtained results regarding the incidence of leaf anthracnose. The treatments with fungicides scored lower percentage of damaged kernels; regarding the use of essential oils, clove, oregano and cinnamon there were inhibitory effect on mycelial growth of C.graminicola at all concentrations tested, citronella, lime and orange, showed fungistatic effects at concentrations of 5 and 10%, while lemongrass and thyme showed better results in concentrations of 15 and 20%; the scale was presented as an assertive tool to quantify the severity of anthracnose leaf blight; it was observed that independent of concentration, all essential oils showed phytotoxicity on corn plants, none of the essential oils in the used concentrations totally controlled C. graminicola. / O aumento de doenças na cultura do milho (Zea mays L.), na Região dos Campos Gerais do Paraná, tem sido relevante em virtude do comprometimento quantitativo e qualitativo dos grãos. Em função disso, foram objetivos deste trabalho: verificar o efeito de diferentes óleos essenciais e fungicidas sobre o crescimento micelial de Colletotrichum graminicola; verificar a melhor concentração dos óleos essenciais no controle da antracnose da folha e estimar possíveis efeitos de fitotoxicidade dos óleos essenciais; elaborar uma escala diagramática para estimar a severidade da antracnose foliar na cultura do milho; avaliar o efeito de diferentes fungicidas no controle de patógenos causadores de grãos ardidos, avaliar a ocorrência de doenças foliares e seu impacto na produtividade; relacionar a ocorrência das principais doenças foliares na cultura do milho e a sua interferência sobre os componentes de produção; avaliar o desempenho da cultura do milho inoculada com C. graminicola a tratamentos com diferentes misturas de fungicidas dos grupos de estrobilurinas e triazóis; sobre a cultura do milho. Para isso em laboratório foram instalados experimentos; também foi elaborada uma escala diagramática em 2015 e realizado um experimento em casa de vegetação em 2016; além da instalação de 14 campos experimentais com diversos híbridos de milho, durante as safras agrícolas 2011/2012, 2012/2013 e 2013/2014. Nenhuma das épocas de aplicação de Colletotrichum graminicola obtiveram resultados quanto à ocorrência da antracnose foliar. Os tratamentos que receberam fungicidas obtiveram as menores porcentagens de grãos ardidos; quanto ao uso de óleos essenciais, cravo da índia, canela e orégano tiveram efeito inibitório no crescimento micelial de C. graminicola em todas as concentrações testadas, citronela, laranja e lima, apresentaram efeito fungistático nas concentrações de 5 e 10%, enquanto erva cidreira e tomilho apresentaram melhores resultados nas concentrações de 15 e 20%; a escala apresentou-se como uma ferramenta assertiva para a quantificação da severidade da antracnose foliar. Constatou-se que independente da concentração, todos osóleos essenciais apresentaram fitotoxicidade sobre as plantas de milho, nenhum dos óleos essenciais nas concentrações utilizadas controlaram totalmente C. graminicola. Entre os materiais tardios e os precoces, os resultados foram específicos para cada localidade onde a ferrugem comum (Puccinia sorghi), mancha branca (Phaeosphaeria maydis) e mancha de turcicum (Exserohilum turcicum) tiveram maior severidade da doença em 6 dos 9 experimentos, e também foi o mais suscetível no experimento instalado com materiais tardios. Houve diferença de controle fungicida dependendo do patógeno estudado; com relação às produtividades maiores que 10 toneladas, os componentes de produção que interferiram diretamente foram: comprimento e diâmetro da espiga, número de grãos por fileira e massa de 1000 grãos, em contrapartida os componentes de produção mais afetados nos híbridos com produções em torno de 8,5 toneladas foram: diâmetro da espiga, número de grãos por fileira e massa de 1000 grãos.

A fim de garantir a viabilidade econômica da produção de etanol de segunda geração é necessário o desenvolvimento de tecnologias eficientes para a hidrólise enzimática dos materiais lignocelulósicos. Além disso, o elevado consumo de água pelas biorrefinarias tem despertado grande atenção para a utilização de recursos hídricos não-potáveis, como a água do mar. Assim, atualmente busca-se por enzimas tolerantes a altas concentrações salinas, bem como aos subprodutos gerados e/ou acumulados nas etapas de pré-tratamento da biomassa. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi a purificação e caracterização cinética e bioquímica de uma ß-xilosidase produzida por uma linhagem do fungo mesófilo Colletotrichum graminicola. A enzima purificada (Bxcg) apresentou conteúdo de carboidratos totais de 54% (m/m), ponto isoelétrico de 4,2 e uma massa molecular aparente de cerca de 130 kDa, que foi reduzida para cerca de 92 kDa após deglicosilação. A enzima mostrou boa tolerância a elevadas concentrações de sal e manteve cerca de 90% da atividade controle na presença de NaCl 0,5 mol L-1 (concentração média de NaCl na água do mar). A temperatura e pH ótimos de reação foram 65 ºC e 4,5, respectivamente, tanto na ausência quanto na presença de NaCl 0,5 mol L-1. Já na presença de NaCl 2,5 mol L-1 o pH ótimo de atividade foi alterado para 5,0. Bxcg permaneceu estável numa ampla faixa pH (4,0 - 7,5) tanto na ausência quanto na presença de sal. A enzima mostrou ótima estabilidade térmica e manteve completamente estável à 50 ºC após 24 horas de incubação. A presença de elevada concentração de NaCl (2,5 mol L-1) resultou num aumento na termoestabilidade da enzima. A atividade enzimática foi tolerante aos íons Ca2+, Sr2+, Co2+, Zn2+, Ni2+, Mn 2+, Mg2+, K+ e Na+. Na ausência de sal, Bxcg hidrolisou p-nitrofenil-?-D-xilopiranosídeo (pNP-XIL) com Vmáx de 348,8 ± 11,5 U mg-1, KM de 0,52 ± 0,02 mmol L-1 e alta eficiência catalítica (kcat/KM = 1432,7 ± 47,3 L mmol-1 s-1). Em presença de sal, a afinidade aparente de Bxcg pelo substrato foi levemente menor e a hidrólise ocorreu com Vmáx menor, resultando em eficiência catalítica cerca de 1,5 de vezes menor, se comparadas as condição de ausência de sal. A enzima apresentou atividade bifuncional de ?-xilosidase/?-L-arabinofuranosidase. Bxcg hidrolisou p-nitrofenil-?-L-arabinopiranosídeo com afinidade aparente cerca de 18 vezes menor (KM = 9,6 ± 0,5 mmol L-1) que a estimada para pNP-XIL e a hidrólise do substrato ocorreu com Vmáx de 148,4 ± 4,4 U mg-1 e eficiência catalítica de 33,1 ± 1,6 L mmol-1 s-1. A enzima foi fortemente inibida por xilose com KI de 3,3 mmol L-1. Bxcg foi capaz de hidrolisar xilooligossacarídeos até xilohexaose, inclusive aqueles com ramificação de ácido 4-O-metilglucurônico. Bxcg e uma endo-xilanase purificada do mesmo microrganismo apresentaram um forte efeito sinérgico (3,1 vezes) para hidrólise de xilana beechwood. A enzima mostrou-se tolerante aos solventes butanol, glicerol, tolueno e acetona, bem como aos surfactantes Triton X-100, Tween 80 e Tween 20, enquanto que o líquido iônico acetato de 1-etil-3-metilimidazólio inibiu fortemente a atividade enzimática. De uma maneira geral, Bxcg apresenta propriedades atraentes para a aplicação em processos de sacarificação da biomassa lignocelulósica, incluindo aqueles conduzidos em elevada salinidade e/ou em presença de compostos residuais gerados ou acumulados nas etapas de pré-tratamento da biomassa / In order to ensure the economic viability of the production of second-generation ethanol, it is necessary the development of efficient technologies for the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. In addition, the large consumption of water by biorefineries has attracted great attention for the use of non-potable water resources, such as seawater. Therefore, enzymes tolerant to high salt concentrations and the by-products generated and/or accumulated in the biomass pretreatment steps are widely studied. In this context, the objective of this study was the purification and kinetic and biochemical characterization of a ?-xylosidase produced by a strain of the mesophilic fungus Colletotrichum graminicola. The pure enzyme (Bxcg) showed a total carbohydrate content of 54% (w/w), isoelectric point of 4.2 and an apparent molecular weight of 130 kDa, which was reduced to 92 kDa after deglucosylation. The enzyme showed good tolerance to high salt concentrations and retained aproximately 90% of the control activity in the presence of 0.5 mol L-1 NaCl (NaCl concentration in seawater). The optimum reaction temperature and pH were 65 °C and 4.5, respectively, both in the absence and presence of 0.5 mol L-1 NaCl. In the presence of 2.5 mol L-1 NaCl, the optimum pH was altered to 5.0. Bxcg retained stable over a wide pH range (4.0 - 7.5) both in the absence and presence of salt. The enzyme showed excellent thermal stability and retained completely stable at 50 °C after 24 hours of incubation. The presence of high NaCl concentration (2.5 mol L-1) resulted in an increase in the thermostability of the enzyme. The enzymatic activity was tolerant to Ca2+, Sr2+, Co2+, Zn2+, Ni2+, Mn2+, Mg2+, K+ and Na+. In the absence of salt, Bxcg hydrolyzed p-nitrophenyl-?-D-xylopyranoside (pNP-XIL) with Vmax of 348.8 ± 11.5 U mg-1, KM of 0.52 ± 0.02 mmol L-1 and high catalytic efficiency (kcat/KM = 1432.7 ± 47.3 L mmol-1 s-1). In the presence of salt, the apparent affinity for the substrate was slightly lower and the hydrolysis occurred with smaller Vmax, resulting in catalytic efficiency 1.5 fold lower, when compared to the salt. The enzyme showed bifunctional ?-xylosidase/?-L-arabinofuranosidase activity. Bxcg hydrolyzed p-nitrophenyl-?-L-arabinopyranoside with apparent affinity 18-fold lower (KM = 9.6 ± 0.5 mmol L-1) than that estimated for pNP-XIL and substrate hydrolysis occurred with Vmax of 148.4 ± 4.4 U mg-1 and catalytic efficiency of 33.1 ± 1.6 L mmol-1 s-1. The enzyme was strongly inhibited by xylose with KI of 3.3 mmol L-1. Bxcg was able to hydrolyze xylooligosaccharides from xylohexaose, including those with 4-O-methyl-glucuronic acid branch. Bxcg and a pure endo-xylanase from the same microorganism had a strong synergistic effect (3.1 fold) for hydrolysis of xylan beechwood. The enzyme was tolerant to the butanol, glycerol, toluene and acetone solvents, as well as the Triton X-100, Tween 80 and Tween 20 surfactants, whereas the 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ionic liquid strongly inhibited the enzymatic activity. In summary, Bxcg has attractive properties for application in saccharification processes of the lignocellulosic biomass, particularly under high salinity and/or in the presence of residues of biomass pretreatment steps

Lipoxygenase (LOX)-derived oxylipins are known to play critical roles in defense against herbivores and pathogens. The objective of this study was to determine the biochemical, molecular and physiological roles of a specific maize lipoxygenase gene, ZmLOX10, with special emphasis on LOX10-derived oxylipins in plant-insect and plant-pathogen interactions. To achieve this goal, independent mutant alleles were generated and genetically advanced to create near-isogenic mutant and wild-type lines suitable for functional analysis. Here we provide genetic evidence that LOX10 is the sole LOX isoform in maize required for the biosynthesis of green leafy volatiles (GLV) in leaves and show that LOX10- mediated GLVs play a significant role in direct and indirect defense responses to insects through their regulation of jasmonic acid and volatile organic compound production. Contrary to the defensive role of LOX10 in plant-insect interactions, tests for susceptibility to fungal pathogens suggest that LOX10-mediated GLVs may contribute to the development of disease symptoms to the economically important maize pathogens, Aspergillus flavus and Colletotrichum graminicola. Specifically, LOX10-derived GLVs may facilitate aflatoxin accumulation in response to A. flavus infection and may play a positive role in anthracnose leaf blight and stalk rot caused by C. graminicola. Collectively, our results suggest that metabolites derived from GLV-regulated pathways have a significant impact on molecular plant-herbivore and plant-pathogen interactions.

Colleotrichum graminicola is the causal agent of anthracnose stalk rot, and is one of the most common and aggressive pathogens of maize. The goal of my Ph.D. project was to contribute to a better understanding of the biology of the interaction between C. graminicola and its host. C. graminicola produces two type of asexual spores: one is produced on the surface of infected tissues and is thought to be involved in the spread of the disease in the field. The second type of spore, oval in shape, is produced inside the infected plant tissues, and was believed to be involved in the movement of the pathogen inside the plant tissues via the vascular system. I tested this hypothesis with both cytological and molecular approaches. I used strains of C. graminicola expressing green fluorescent proteins (GFP) to inoculate wounded plants, and followed the development of the pathogen over time. This study revealed that C. graminicola is not a vascular pathogen. C. graminicola primarily moved through the rind and vascular fibers. Oval spores were produced in colonized parenchyma cells and remained dormant, and did not appear to be involved in the movement of the pathogen, at least during the early stages of the disease development. I also studied pathogen ingress in the absence of a wound. I inoculated unwounded plants with the GFP expressing strains. C. graminicola efficiently colonized the epidermis and, given enough time, penetrated and colonized the deeper parenchyma tissues, after first moving through the fibers. To further test the role of sporulation in colonization of maize tissues, I used targeted mutagenesis to disrupt a major gene known to regulate sporulation and vegetative growth in several other fungi. The gene Cgg1, orthologue of the A. nidulans fadA, was disrupted using the split marker method. The Cgg1 mutants were less pathogenic than the wildtype to wounded plants. This was associated with an apparent increase in production of spores and primary infection hyphae. This suggests that Cgg1 signaling pathway plays a role in maximizing colonization of host tissues, and that this involves negative regulation of sporulation and primary hyphae production in planta.

Greenhouse and laboratory experiments were conducted on the fungal bioherbicides Colletotrichum graminicola and Gloeocercospora sorghi on shattercane (Sorghum bicolor), to evaluate any potential interactions among and between these two plant pathogens for management of this weed. Intraspecific interactions were evaluated with back to back applications of C. gramincola or G. sorghi, and results indicate additive or no effects. Results indicate that interspecific interactions between C. graminicola and G. sorghi lower expected disease incidence when C. gramincola is applied first, while the opposite effect occurs when G. sorghi is applied first. Tank mixtures were also evaluated, and results indicate that no synergistic relationships occur when both species are applied simultaneously. When using spores in conjunction with the chemical herbicide RoundUp (a.i. glyphosate), applying spores with or before glyphosate results in decreased biomass loss, while applying glyphosate prior to spore application results in increased weed biomass loss. Data from intra- and interspecific interactions evaluated in vitro support these findings. / Department of Biology

Atualmente há grande interesse no desenvolvimento de processos enzimáticos eficientes para a hidrólise da biomassa lignocelulósica. O objetivo deste trabalho foi a otimização da produção por fermentação em estado sólido e a caracterização bioquímica, no extrato bruto, das -glucosidases, -xilosidases e xilanases produzidas por Colletotrichum graminicola e das lacases produzidas por Pycnoporus sanguineus. Também foi avaliado o potencial de aplicação dos extratos obtidos em coquetéis enzimáticos para a sacarificação de resíduos agroindustriais. A otimização das condições de cultivo, empregando a Metodologia de Superfície de Resposta, levou à produção de 159,3 ± 12,7 U g-1, 125,88 ± 6,4 U g-1, 378,1 ± 23,3 U g-1 e 138,6 ± 6,4 U g-1 de -glucosidases, -xilosidases, xilanases e lacases, respectivamente. Os meios de cultivo empregados foram constituídos por farelo de trigo suplementado com resíduos agroindustriais. Todas as enzimas produzidas apresentaram pH e temperatura ótimos de reação de 4,5-5,0 e 65ºC, respectivamente, bem como boa estabilidade térmica e ao pH. O coquetel composto pelos extratos brutos obtidos em condições otimizadas para a produção de xilanases (ECg) e lacases (EPs), em mistura com um extrato bruto de Trichoderma reesei rico em celulases (ETr) foi muito eficiente na sacarificação de palha de cana e papelão, sem pré-tratamento, atingindo rendimentos de 41,4 e 71,1% em glicose, respectivamente. Além disso, este coquetel foi mais eficiente na sacarificação de bagaço de cana explodido e in natura bem como de palha de cana in natura, quando comparado a um coquetel contendo celulases comerciais (Celluclast®) em mistura com ECg e EPs. Visando estudos futuros da ação individual de cada enzima sobre a biomassa, foi purificada uma -glucosidase majoritária de C. graminicola. A enzima mostrou temperatura e pH ótimos de reação de 5,0 e 65ºC, respectivamente, boa estabilidade térmica e ao pH, além da estimulação por xilose, propriedade muito interessante para emprego em coquetéis mistos de celulases e xilanases. Os resultados encontrados sugerem que as enzimas produzidas por C. graminicola e P. sanguineus, assim como os coquetéis enzimáticos avaliados, apresentam características muito interessantes para aplicações biotecnológicas, particularmente em processos de sacarificação da biomassa para obtenção de etanol celulósico. / There is currently a great interest in developing efficient processes for the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass. The objective of this study was the optimization of the culture conditions for the production of -glucosidases, xylanases and -xylosidases by Colletotrichum graminicola and laccases by Pycnoporus sanguineus under solid state fermentation, followed by the biochemical characterization of the enzymes in the crude extracts. The potential of application of the extracts to compose enzyme cocktails for the saccharification of agroindustrial residues was also investigated. Optimization of the culture conditions using the Response Surface Methodology led to the production of 159.3 ± 12.7 U g - 1, 125.88 ± 6.4 U g- 1, 378.1 ± 23.3 U g - 1 and 138.6 ± 6.4 U g - 1 of -glucosidases, -xylosidases, xylanases and laccases, respectively. The culture media employed consisted mainly of wheat bran, supplemented with agroindustrial residues. All enzymes produced showed optimum pH and temperature of 4.5-5.0 and 65° C, respectively, as well as good thermal and pH stability. A cocktail composed of the crude extracts obtained under optimized conditions for the production of xylanases (ECg) and laccases (EPs), mixed with a Trichoderma reesei crude extract (ETr), rich in cellulases, was highly efficient for the saccharification of sugarcane trash and cardboard, without pretreatment, reaching yields of 41.4% and 71.1% in glucose, respectively. Moreover, this cocktail was more efficient than a cocktail composed of commercial cellulases (Celluclast ®) in combination with ECg and EPs for the saccharification of raw and steam exploded sugarcane bagasse, as well as raw sugarcane trash. Aiming future studies on the individual action of each enzyme on biomass, a majoritary -glucosidase from C. graminicola was purified. The enzyme showed optima of temperature and pH of 5.0 and 65° C, respectively, good thermal and pH stability, as well as stimulation by xylose, a very interesting property for its application in mixed cellulase-xylanase cocktails. The results suggested that the enzymes produced by C. graminicola and P. sanguineus, as well as the cocktails employed in this study, have good potential for biotechnological applications, particularly in biomass saccharification processes for cellulosic ethanol production.

Striatin family proteins contain a caveolin binding domain, a coiled-coil motif, a calmodulin binding domain, and a WD-repeat domain. Homologs of striatin protein have been However, our knowledge of the function and the molecular mechanism of fungal striatin homologs is limited. Based on the conserved sequences of functional domains, I hypothesized that the fungal striatin orthologs also act as scaffolding proteins that are functionally conserved among fungal species and involved in multiple types of development in the diverse kingdom Mycota. I used reverse genetic strategies to study the function of the Aspergillus nidulans striatin ortholog (strA) and the Colletotrichum graminicola striatin ortholog (str1). In assays of sexual development, the strA deletion strain (ΔstrA) produces fewer ascospores with smaller cleistothecia, while the str1 deletion strain (Δstr1) is defective in perithecia development. The ΔstrA phenotypes indicate that StrA is associated with ascosporogenesis in cleistothecia. Both ΔstrA and Δstr1 are reduced in radial growth and in conidia production. The Δstr1 strain is also altered in its spiral growth pattern and morphology of conidia and hyphopodia, but it produces appressoria similar to wild type. The pairing of nitrate non-utilizing mutants demonstrates that Str1 is required for hyphal fusion. In pathogenicity, Δstr1 is less virulent in maize anthracnose leaf blight and stalk rot. The phenotypes of Δstr1 are complemented by the Fusarium verticillioides striatin ortholog (fsr1), indicating that Fsr1 and Str1 are functionally conserved. Over-expression of StrA reveals its positive role in conidiation and the sexual production. StrA::eGFP localizes mainly to the endoplasmic reticulum. After comparing the results from these two species and other studied fungal species, I suggest that fungal striatins are involved in five types of development including hyphal growth, hyphal fusion, conidiation, sexual development, and virulence, and propose a model of fungal striatin protein interactions to account for these diverse phenotypes.

Atualmente há grande interesse no desenvolvimento de processos enzimáticos eficientes para a hidrólise da biomassa lignocelulósica. O objetivo deste trabalho foi a otimização da produção por fermentação em estado sólido e a caracterização bioquímica, no extrato bruto, das -glucosidases, -xilosidases e xilanases produzidas por Colletotrichum graminicola e das lacases produzidas por Pycnoporus sanguineus. Também foi avaliado o potencial de aplicação dos extratos obtidos em coquetéis enzimáticos para a sacarificação de resíduos agroindustriais. A otimização das condições de cultivo, empregando a Metodologia de Superfície de Resposta, levou à produção de 159,3 ± 12,7 U g-1, 125,88 ± 6,4 U g-1, 378,1 ± 23,3 U g-1 e 138,6 ± 6,4 U g-1 de -glucosidases, -xilosidases, xilanases e lacases, respectivamente. Os meios de cultivo empregados foram constituídos por farelo de trigo suplementado com resíduos agroindustriais. Todas as enzimas produzidas apresentaram pH e temperatura ótimos de reação de 4,5-5,0 e 65ºC, respectivamente, bem como boa estabilidade térmica e ao pH. O coquetel composto pelos extratos brutos obtidos em condições otimizadas para a produção de xilanases (ECg) e lacases (EPs), em mistura com um extrato bruto de Trichoderma reesei rico em celulases (ETr) foi muito eficiente na sacarificação de palha de cana e papelão, sem pré-tratamento, atingindo rendimentos de 41,4 e 71,1% em glicose, respectivamente. Além disso, este coquetel foi mais eficiente na sacarificação de bagaço de cana explodido e in natura bem como de palha de cana in natura, quando comparado a um coquetel contendo celulases comerciais (Celluclast®) em mistura com ECg e EPs. Visando estudos futuros da ação individual de cada enzima sobre a biomassa, foi purificada uma -glucosidase majoritária de C. graminicola. A enzima mostrou temperatura e pH ótimos de reação de 5,0 e 65ºC, respectivamente, boa estabilidade térmica e ao pH, além da estimulação por xilose, propriedade muito interessante para emprego em coquetéis mistos de celulases e xilanases. Os resultados encontrados sugerem que as enzimas produzidas por C. graminicola e P. sanguineus, assim como os coquetéis enzimáticos avaliados, apresentam características muito interessantes para aplicações biotecnológicas, particularmente em processos de sacarificação da biomassa para obtenção de etanol celulósico. / There is currently a great interest in developing efficient processes for the enzymatic hydrolysis of lignocellulosic biomass. The objective of this study was the optimization of the culture conditions for the production of -glucosidases, xylanases and -xylosidases by Colletotrichum graminicola and laccases by Pycnoporus sanguineus under solid state fermentation, followed by the biochemical characterization of the enzymes in the crude extracts. The potential of application of the extracts to compose enzyme cocktails for the saccharification of agroindustrial residues was also investigated. Optimization of the culture conditions using the Response Surface Methodology led to the production of 159.3 ± 12.7 U g - 1, 125.88 ± 6.4 U g- 1, 378.1 ± 23.3 U g - 1 and 138.6 ± 6.4 U g - 1 of -glucosidases, -xylosidases, xylanases and laccases, respectively. The culture media employed consisted mainly of wheat bran, supplemented with agroindustrial residues. All enzymes produced showed optimum pH and temperature of 4.5-5.0 and 65° C, respectively, as well as good thermal and pH stability. A cocktail composed of the crude extracts obtained under optimized conditions for the production of xylanases (ECg) and laccases (EPs), mixed with a Trichoderma reesei crude extract (ETr), rich in cellulases, was highly efficient for the saccharification of sugarcane trash and cardboard, without pretreatment, reaching yields of 41.4% and 71.1% in glucose, respectively. Moreover, this cocktail was more efficient than a cocktail composed of commercial cellulases (Celluclast ®) in combination with ECg and EPs for the saccharification of raw and steam exploded sugarcane bagasse, as well as raw sugarcane trash. Aiming future studies on the individual action of each enzyme on biomass, a majoritary -glucosidase from C. graminicola was purified. The enzyme showed optima of temperature and pH of 5.0 and 65° C, respectively, good thermal and pH stability, as well as stimulation by xylose, a very interesting property for its application in mixed cellulase-xylanase cocktails. The results suggested that the enzymes produced by C. graminicola and P. sanguineus, as well as the cocktails employed in this study, have good potential for biotechnological applications, particularly in biomass saccharification processes for cellulosic ethanol production.