Nitrogen (N) fertilization and drought stress have large influence on maize grain yield, thus studies about genotypes and management technologies are very important to increase maize production. This study is presented in three chapters; the first two were undertaken in the United States of America and the third one in Brazil. The following objectives are addressed in this order: (1) The primary objective was to understand which traits, if any, differ between similar-maturity tolerant and non-drought tolerant hybrids that govern nutrient uptake and concentrations under different management treatments (varied plant densities (PD) and N rates) and their influence on grain yield (GY). (2) The primary objective was to investigate the physiological and yield responses of comparable-maturity drought and non-drought tolerant hybrids (P1151 vs. P1162, and P1498 vs. 33D49) to varied plant density and N rates. (3) The main objective was to investigate the responses of maize to sidedress N applications, using isotopically labeled urea fertilizer (15N), at different development stages. The secondary objective was to verify the correlations between the chlorophylls and carotenoids with SPAD index (evaluated at V14 and V16) and all these parameters with total biomass (BM), harvest index (HI), GY and grain N content. The major results for objectives 1 and 2 were as follows: All hybrids had similar GY responses to PD (near 79,000 versus near 100,000 plants ha-1) and N rate (from 0 to 269 kg N ha-1) treatment factors. Hybrid 1 (AQUAmax(TM) P1151) demonstrated similar leaf photosynthetic (A) and transpiration (E ) rates than its non-drought tolerant counterpart of similar maturity since Hybrid 2 (P1162) had a higher leaf area Index (LAI) (at the R2 and R3 stages) and a similar GY as Hybrid 1. Hybrid AQUAmax(TM) P1498 maintained higher leaf A and E rates than P33D49 during the grain-fill period, thus perhaps demonstrating improved persistence in root water uptake late in the season. There was no single trait differentiation in photosynthesis or transpiration between drought and non-drought tolerant hybrids. Highest BM and GY at maturity generally followed shorter anthesis-silking intervals and more stover macronutrient (P and S) accumulation, in the drought season, so these characteristics appeared to be important drought-tolerant mechanisms regardless of hybrid designations. The major findings from the objective 3 investigations: Maize crop responded similarly for GY to timing of sidedress N application. Grain N content from 15N fertilizer and N uptake and efficiency were greater for early N applications. SPAD values correlated positively with most pigment variables at V16 in both seasons, thus proving that SPAD was an efficient instrument of indirect evaluation of chlorophylls and carotenoids in maize leaves at early stages. Chlorophyll b at V16, sample stage, was positively correlated (P<0.05) with grain N content, GY, and BM, and total chlorophyll at V16 was positively correlated with GY and grain N content. However the chlorophylls a and total, evaluated at V14, were negatively correlated with GY. So, measurement chlorophyll and carotenoid pigment contents should be done after V14 stage when studies aim to evaluate crop nutritional conditions and prescribe future grain production practices. / Adubação nitrogenada (N) e o estresse hídrico tem grande influência no rendimento de grãos de milho, assim, estudos sobre genótipos e o manejo dessa cultura são muito importantes para o aumento da produtividade. Este estudo é apresentado em três capítulos. Os dois primeiros foram desenvolvidos nos Estados Unidos e o terceiro no Brasil. Os objetivos são apresentados na seguinte ordem: (1) o objetivo principal foi entender quais características, se existirem, diferem entre híbridos tolerantes e não-tolerantes à seca, com semelhança em maturidade, que regem a absorção de nutrientes e concentrações destes sob diferentes tratamentos de cultivo e sua influência na produção de grãos. (2) O objetivo principal foi investigar as respostas fisiológicas (fotossíntese (A) e transpiração (E)) e a produção de milho em genótipos, com semelhante maturidade, tolerantes e não tolerantes ao déficit hídrico (P1151 vs. P1162 e P1498 vs. 33D49) em relação a variação de densidade de plantas e doses de N. (3) O principal objetivo foi investigar as respostas de milho à aplicação de nitrogênio em cobertura, ureia fertilizante (15N), em diferentes estádios fenológicos. O objetivo secundário foi: verificar a correlação entre as clorofilas e carotenoides com SPAD (avaliado em V14 e V16) e destas com a biomassa total (BM), índice de colheita (IC), produção de grãos (PG) e do conteúdo de N nos grãos. Como resultados: (1 e 2) Todos os híbridos responderam de forma semelhante para para PG em relação aos tratamentos. O Híbrido P1151 demonstrou semelhantes A e E e menor area foliar do que seu semelhante em maturidade (P1162). Híbrido P1498 pareceu ser capaz de manter a taxa de transpiração foliar e de fotossíntese mais elevadas do que 33D49, durante o período de enchimento de grãos. Este híbrido apresentou uma melhor persistência na captação de água pela raiz no final da estação de cultivo. Geralmente maiores BM e PG na maturidade foram relacionadas a menores intervalos de diferenciação floral e a maior acumulação, na estação seca, de macronutrientes (P e S) no colmo, sendo as ultimas características consideradas como mecanismos de tolerância à seca. (3) A cultura do milho respondeu de forma semelhante em relação a PG à aplicação de N. O teor de nitrogênio nos grãos derivado do 15N fertilizante e a eficiência de uso do fertilizante nitrogenado foram maiores em relação a aplicação de N nos primeiros estádios. Houve correlação positiva e siginificativa para SPAD com a maioria dos pigmentos no estádio de avaliação V16. Provando ser um instrumento eficaz de avaliação indireta de clorofilas e carotenóides em estágios iniciais. A clorofila b, avaliada em V16, apresentou correlação positiva significativa (p<0,05) com teor de N nos grãos, PG, e BM, a clorofila total em V16 também apresentou uma correlação positiva com o teor de N nos grãos, no entanto, as clorofilas a e total, avaliadas em V14, apresentaram correlação negativa com PG. Assim, a medição do teor de pigmentos com o objetivo de estudar as condições nutricionais e previr a produção de grãos deve ser realizada após o estágio V14.

Cultivares de cana-de-açúcar com tolerância à seca e alta produtividade são desejáveis para a rápida expansão do cultivo da cana-de-açúcar em regiões caracterizadas por um período de déficit hídrico prolongado. Nas plantas, o estresse hídrico induz o dano oxidativo devido ao aumento da produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) sem o seu consequente controle. A tolerância à seca pode incluir mecanismos distintos que permitam que as plantas mantenham o metabolismo em níveis normais, exigindo um sistema antioxidante robusto para inativar ROS, o qual consiste de vias enzimáticas, incluindo superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbato peroxidase (APX), glutationa redutase (GR), glutationa-S-transferase (GST) e glutationa peroxidase (GPX). A elucidação dos mecanismos bioquímicos e moleculares adotados pela cana-de-açúcar em resposta à deficiência hídrica seria relevante para o desenvolvimento de genótipos tolerantes, contribuindo para uma redução na necessidade de água para irrigação. Duas cultivares selecionadas com base em seu comportamento contrastante na resposta à seca foram avaliadas, \'IACSP94-2094\' considerada tolerante e \'IACSP97-7065\' considerada sensível à seca. O déficit hídrico foi imposto via suspensão da irrigação 4 meses após o plantio em casa de vegetação. A desidratação indicada tanto pelo potencial hídrico da folha quanto pelo conteúdo relativo de água (CRA) corrobora com a redução na assimilação de CO2 (A), condutância estomática (gS), transpiração (E) em ambas as cultivares. Também foram detectadas, quedas no redimento quântico da fotoquímica do fotossistema II, que comprovam o estabelecimento do déficit hídrico para a cultivar \'IACSP94-2094\', corroborado pelas análises de peroxidação lipídica, indicadora da ocorrência do estresse oxidativo. Com relação à atividade específica e expressão gênica das enzimas do sistema antioxidante, foi demonstrado que a superóxido dismutase (SOD), ascorbato peroxidase (APX) e glutationa redutase (GR) são as enzimas chave para o controle do estresse oxidativo desencadeado pela seca na cultivar tolerante. O perfil das isoformas da SOD revelou que a cultivar tolerante (\'IACSP94-2094\') possui um maior número de isoformas do que a cultivar sensível (\'IACSP97-7065\'), sendo a Fe-SOD a mais representativa. Teores de prolina e compostos fenólicos em folhas não mostraram relação direta com resposta ao déficit hídrico para a \'IACSP94-2094\', e somente sob máximo déficit hídrico a \'IACSP97-7065\' apresentou incrementos no teor de fenólicos, sugerindo que as cultivares podem adotar mecanismos alternativos para superar os efeitos prejudiciais da seca / Sugarcane cultivars with drought tolerance and high yield are highly desirable to the rapid expansion of sugarcane plantings to regions characterized by a period of prolonged water deficit. Water deficit stress in plants induces oxidative damage due to the increase of the production of reactive oxygen species (ROS) without their subsequent control. Drought tolerance may derive from distinct mechanisms that allow plants to maintain metabolism at normal levels, requiring a robust antioxidant system to inactivate ROS, which consists of enzymatic pathways including superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX), glutathione reductase (GR), glutathione S-transferase (GST) and glutathione peroxidase (GPX). The elucidation of the biochemical and molecular mechanisms adopted by sugarcane in response to water deficit would be relevant to the development of tolerant cultivars, contributing to the reduction in the requirement for irrigation. Two cultivars selected based on their contrasting behavior in response to drought were evaluated, \'IACSP94-2094\' selected as tolerant, and \'IACSP97-7065\' as more sensitive to drought. Water deficit was imposed by withholding water in plants 4 months after planting in the greenhouse. Water stress was indicated by both leaf water potential and the leaf relative water content (CRA), together by the reduction in CO2 assimilation (A), stomatal conductance (gS), transpiration (E) in both cultivars. A decrease in quantum yield of photochemistry from photosystem II corroborated the occurrence of water deficit for \'IACSP94-2094\', together with results from lipid peroxidation analysis, indicator of oxidative stress. In relation of the specific activity and gene expression of antioxidant enzymes system, it was demonstrated that superoxide dismutase (SOD), ascorbate peroxidase (APX) and glutathione reductase (GR) were the key enzymes controlling oxidative stress triggered by drought in the tolerant cultivar. SOD isoform activity profiles showed that the tolerant cultivar (\'IACSP94-2094\') displayed more isoforms than the sensitive cultivar (\'IACSP97-7065\'), with the Fe-SOD being the most representative. Proline and phenolic compound contents in leaves did not show direct relationship with response to drought for \'IACSP94-2094\', and only under maximum water deficit \'IACSP97-7065\' presented increments in the phenolics content, suggesting that cultivars can adopt alternative mechanisms to overcome the harmful effects of dry

O setor sucroalcooleiro encontra-se em plena expansão no país, incluindo áreas consideradas marginais, principalmente no que diz respeito à disponibilidade hídrica. O estabelecimento da cultura no campo é fundamental para o sucesso da atividade agrícola, uma vez que define parte do potencial de produção, sendo que o déficit hídrico nessa fase pode afetar significativamente o stand de plantas. Dessa forma, o presente trabalho teve por objetivo quantificar os níveis de déficit hídrico que comprometem o desenvolvimento inicial da cana-de-açúcar, para diferentes profundidades de solo (níveis de disponibilidade hídrica). O experimento foi conduzido na área de pesquisa do Departamento de Engenharia de Biossistemas na Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (ESALQ/USP) em ambiente protegido (casa de vegetação). O solo utilizado foi classificado como Latossolo Vermelho Amarelo, textura franco arenosa, denominado Série Sertãozinho. Foram utilizadas caixas de cimento amianto com capacidade de 100 litros, preenchidas com diferentes camadas de pedra brita nº 02, e solo, simulando profundidades de 10, 20, 30 e 40 cm. Os níveis de déficit hídrico foram representados pela evapotranspiração de referência acumulada de 0, 40, 80, 120, 160, 200, 240 e 280 mm, desde o plantio até o retorno da irrigação, estando a umidade inicial do solo na capacidade de campo. O sistema de irrigação utilizado foi por gotejamento e o manejo da irrigação com base em tensiometria. O delineamento experimental em blocos ao acaso (DBC) no esquema fatorial 4 x 8, totalizou 32 tratamentos, sendo a parcela experimental representada por uma caixa contendo, inicialmente, seis gemas de cana-de-açúcar. Observou-se que a umidade do solo na capacidade de campo na ocasião do plantio é suficiente para promover a brotação e emergência das mudas, independente do nível de déficit hídrico imposto posteriormente. Para profundidades de solo de 10 e 20 cm, nível de déficit hídrico de 160 mm de ET0ac provocou a morte total das plantas, enquanto que para profundidades de 30 e 40 cm, isto ocorreu com nível de 200 mm de ET0ac. Nível de déficit hídrico de 40 mm de ET0ac já é suficiente para reduzir, de forma significativa, o desenvolvimento da planta, independente da profundidade de solo. Entretanto, em condições desfavoráveis de plantio (a 10 e a 20 cm), o efeito negativo do déficit hídrico sobre o desenvolvimento da planta é ainda maior. Além deste efeito, a imposição do déficit hídrico também causou mudança no padrão de crescimento da planta, sendo expresso pela maior relação raiz - parte aérea. A eficiência no uso da água na fase inicial da cultura foi reduzida significativamente com o déficit hídrico e a redução da profundidade do solo explorada pelo sistema radicular, apresentando valores entre 0,16 e 3,21 g L-1. / Sugar and ethanol industry is booming in Brazil, including marginal areas, especially those related to water availability. The establishment of the crop in the field is fundamental to the success of this intensive agriculture, since it defines the baseline of the potential production. Water deficit at this stage can significantly affect plant stand. This study aimed to quantify water deficit levels that undertake the initial development of cane sugar, for different soil depths (levels of water availability). The experiment was conducted in the research area of the Biosystems Engineering Department at the School of Agriculture \"Luiz de Queiroz\" (ESALQ / USP) under greenhouse conditions. The soil was classified as Red-Yellow Latosol, sandy loam, called Sertãozinho Series. It was used cement boxes with a capacity of 100 liters, filled with different layers of nº 02 gravel, and soil, simulating porous media depths of 10, 20, 30 and 40 cm. The levels of water deficit were represented by the reference evapotranspiration accumulated (ET0ac) of 0, 40, 80, 120, 160, 200, 240 and 280 mm from planting until the return of irrigation, with the initial soil moisture at field capacity. Drip irrigation system and tensiometers were used to control soil moisture. The experiment was carried out under randomized block design (RBD) in a factorial scheme of 4 x 8, totalizing 32 treatments, being the experimental unit represented by a box containing six gems of sugar cane initially. Maintaining soil moisture at field capacity at planting time is sufficient to promote sprouting and emergence of seedlings, regardless of water deficit level following. For soil depths of 10 and 20 cm, water deficit level of 160 mm ET0ac caused total death of the plants, while soil depths between 30 and 40 cm, this occurred with a higher level of 200 mm ET0ac . Water deficit level of 40 mm ET0ac is enough to reduce significantly the aerial development of sugar cane plants, regardless of soil depth. However, under unfavorable planting conditions (10 and 20 cm soil preparation), the negative effect of drought on plant development is pronounced. In addition to this effect, the imposition of water deficit also caused changes in the plant growth rate that was expressed by a higher relationship root - aboveground biomass. Water use efficiency in the initial phase of sugar cane crop was significantly reduced with water deficit and the reduction of soil depth explored by the root system, with values ranging from 0,16 to 3,21 g dry mass L-1 of water.

A partir da década de 1950, o limoeiro \'Cravo\' (Citrus limonia Osbeck) passou a ser o principal porta-enxerto para citros no Estado de São Paulo. Devido à sua suscetibilidade ao declínio dos citros, a sua utilização diminuiu na década de 1980. Em 2001, com a constatação da doença morte súbita dos citros (MSC) na região norte e noroeste do Estado de São Paulo e Triângulo Mineiro, o emprego do limoeiro \'Cravo\' como porta-enxerto se tornou praticamente inviável, já que o mesmo se mostrou suscetível à MSC. A utilização de porta-enxertos tolerantes no cultivo de laranjeiras doces (C. sinensis (L.) Osbeck), até o momento, é a medida de manejo mais indicada para a MSC, porém, esses porta-enxertos apresentam baixa tolerância à seca, inviabilizando o cultivo sem irrigação em regiões que apresentam baixa disponibilidade hídrica no solo e altas temperaturas em determinadas épocas do ano. Com base nessas premissas, o objetivo do presente estudo foi determinar o desempenho horticultural de laranjeira \'Valência\' (C. sinensis (L.) Osbeck) sobre onze porta-enxertos na região norte do Estado de São Paulo, baseando-se nas características de produção e qualidade de fruto, desenvolvimento das plantas, tolerância à MSC e à seca. O experimento foi instalado no município de Colômbia, região norte do Estado de São Paulo. As diferentes combinações (copa / porta-enxerto) foram plantadas em março de 2007. Em abril de 2012, foram pré-selecionados combinações sobre onze porta-enxertos dentre os 42 que foram plantados originalmente. Para as diferentes combinações copa/porta-enxerto selecionadas, foram avaliadas as variáveis produção e qualidade dos frutos, desenvolvimento da planta, eficiência produtiva, taxa média de crescimento, tolerância à MSC (avaliação visual, detecção de Citrus sudden death-associated virus (CSDaV) e detecção do Citrus tristeza vírus (CTV)) e tolerância à seca (avaliação visual, potencial de água em folha e estimativa do índice de área foliar). Os resultados encontrados no presente estudo relatam a superioridade na produção de frutos de laranjeira \'Valencia\' quando enxertada em pelos menos um porta-enxerto pré-selecionado em relação ao limoeiro \'Cravo\' \"CNPMF 03\". Em relação às demais variáveis, também foi atribuído a duas combinações de copa/porta-enxerto qualidade superior dos frutos de laranja \'Valência\' e a outras três combinações tolerância satisfatória à seca comparadas aos clones de limoeiro \'Cravo\'. Foi observado aptidão para cultivo adensado de laranjeira \'Valência\' em dois porta-enxertos. Também foram encontradas diferenças em relação à presença do CSDaV nos diferentes porta-enxertos. Tangerina \'Sunki\' x P. trifoliata \'English\' e citrange \'C-13\' \"S\" apresentaram potencial para utilização como porta-enxertos para laranjeira \'Valência\' na região norte do Estado de São Paulo como alternativa ao limoeiro \'Cravo\'. / Since the 1950s, the Rangpur lime (Citrus limonia Osbeck) became the main rootstock for brazilian citrus industry in São Paulo State. Because of its susceptibility to citrus blight, the use of this rootstock decreased in the 1980s. In 2001, with the first report of citrus sudden death disease (CSD) in the north and northwest of São Paulo State and Minas Gerais Triangle, the use of Rangpur lime as a rootstock became practically impossible, because of its susceptibility to CSD. The use of tolerant rootstocks in sweet orange groves (Citrus sinensis (L.) Osbeck) yet is the most adequate management to CSD. However, these rootstocks have low tolerance to drought stress, limiting the citrus industry in areas with high temperatures at certain seasons of year, and with low water availability for irrigation. Based on these assumptions, the aim of this study was to determine the horticultural performance of \'Valencia\' sweet orange (C. sinensis (L.) Osbeck) onto eleven rootstocks in the northern region of São Paulo state, based on the characteristics of production and fruit quality, plant growth, tolerance to CSD and drought tolerance. The experiment was carried out in Colombia, north of the São Paulo State. The different combinations (canopy / rootstock) were planted in March 2007. In April 2012, eleven rootstocks were pre-selected from the 42 that were originally planted. For the different selected canopy / rootstock combinations, the following variables were evaluated: yield and fruit quality, plant development, yield efficiency, growth rate, tolerance to CSD (visual evaluation, detection of Citrus sudden death-associated virus (CSDaV) and detection of Citrus tristeza virus (CTV)) and drought tolerance (visual evaluation, leaf water potential and leaf area index). The results found in this study showed higher production quality of \'Valencia\' sweet orange fruits when grafted onto, at least, one pre-selected rootstock compared to \"CNPMF 03\" Rangpur lime. For the other variables, it was also attributed to two combinations scion / rootstock superior quality of \'Valencia\' sweet orange fruits and in the other three combinations satisfactory tolerance to water stress compared to Rangpur lime. It was observed aptitude for high density planting of \'Valencia\' sweet orange onto two rootstocks. There were also found differences regarding the presence of CSDaV on different rootstocks. The \'Sunki\' mandarin x English\' P. trifoliata and the \'C-13 \'\"S\" citrange showed potential to be used as rootstocks for \'Valencia\' sweet orange in the northern region of São Paulo state as an alternative to Rangpur lime.

Les risques de sécheresse sévère augmentent sous l’effet du changement climatique. Mieux comprendre les stratégies adaptatives des plantes au stress hydrique est ainsi l’un des défis majeurs de la recherche écologique et agronomique. Cette thèse explore la survie à la sécheresse d’une graminée herbacée pérenne (Dactylis glomerata L.) en étudiant la variabilité intraspécifique des traits aériens et souterrains d’une quinzaine de populations natives et cultivées issues d’un gradient latitudinal allant de la Scandinavie au Maroc. Une caractérisation des populations en conditions optimales sur une année a montré une coordination phénologique des traits aériens en relation avec les limitations saisonnières de croissances liées à l’origine des populations. Le rythme de croissance au printemps et à l’automne ne discrimine pas les origines, alors que la dormance estivale des populations méditerranéennes s’oppose à la dormance hivernale des populations scandinaves. Ces résultats suggéraient l’existence d’un compromis entre survie à une déshydratation sévère (sécheresse, gel) et potentiel de croissance. Alors que ce compromis a été vérifié en été (sècheresse sévère à Montpellier) et en hiver (gel en Norvège), la survie à une déshydratation de contre-saison au printemps n’est pas corrélée au potentiel de croissance des populations. Les résultats invalident donc l’existence d’un compromis constant entre survie au stress et potentiel de croissance aérienne. Ce découplage chez le dactyle permet d’envisager la sélection artificielle, à partir de la variabilité intraspécifique existante, de variétés à la fois productives et tolérantes au stress hydrique. L’imposition d’une déshydratation édaphique sévère en pots limitant l’expansion du système racinaire a montré que les populations méditerranéennes survivent mieux que les populations tempérées ou nordiques. L’association de ces résultats avec ceux issus d’une expérimentation en longs tubes favorisant le développement potentiel des racines révèle un compromis entre les stratégies d’évitement de la déshydratation (acquisition de l’eau et maintien de la croissance) et de tolérance à la déshydratation (faible croissance et forte survie à la sécheresse) qui pourrait limiter la combinaison de stratégies adaptatives au sein d’un même phénotype. Cette thèse contribue à améliorer notre compréhension des compromis fonctionnels, peu étudiés à l’échelle intraspécifique, mais qui sous-tendent la réponse des plantes à la sécheresse. / Drought risk increases with climate change. Improving our understanding of the adaptive mechanisms of plants response to drought has thus become one of the major challenges of ecological and agronomical research. This work investigates the drought survival of a perennial herbaceous species (Dactylis glomerata L.) through the intraspecific variability of above and below ground traits expressed by fifteen native and cultivated populations originating from a large latitudinal gradient, from Scandinavia to Morocco. Population traits characterization across one year under optimal growth conditions showed phenological coordination of above ground traits associated with seasonal growth limitations according to the origins of the populations. The spring growth rhythm does not discriminate origins while the summer dormancy of Mediterranean population contrasts with the winter dormancy of Scandinavian populations. These results suggested a growth-dehydration stress survival trade-off. Although this trade-off was confirmed in summer (severe drought in Montpellier) and winter (severe frost in Norway), no correlation was found between an off-season (spring) drought stress survival and populations’ growth potential. The result invalidates the existence of a constant trade-off between stress survival and aerial growth potential. This apparent decoupling in cocksfoot could be considered to produce new cultivars with both high productivity and high drought tolerance, from existent intraspecific variability. A severe dehydration stress imposed on plants grown in short pots, limiting roots expansion, showed that Mediterranean populations survived better than temperate or Nordic populations. In association with a long tube experiment allowing full expression of roots development, this result revealed a functional trade-off between dehydration avoidance (water acquisition and growth maintenance) and dehydration tolerance (low growth and high drought survival) which could limit the combination of adaptive strategies in a single phenotype. This work contribute to improve our knowledge about functional trade-offs, few studied within species, that underpin plant response to drought stress.

Orientador: Tatiane Maria Rodrigues / Resumo: Em espécies perenes de ambientes sazonais, o estabelecimento de um sistema radicular profundo é uma das estratégias de adaptação dessas espécies ao estresse hídrico. Nessas plantas, é bem estabelecido que a maior parte da absorção de água e íons ocorre em raízes finas não-suberizadas e que as porções mais jovens das raízes são as mais ativas nesse processo. Uma vez que modelos de mudança climática preveem uma redução de chuvas de até 20% entre a primeira e a última década do século XXI em grande faixa do globo terrestre, incluindo o Brasil, entender o efeito da redução da precipitação sobre a anatomia das raízes faz-se cada vez mais importante. O objetivo desse trabalho foi estudar a anatomia de raízes de Eucalyptus grandis em diferentes profundidades do solo e investigar o efeito da limitação da precipitação nos aspectos estruturais dessas raízes. Um delineamento experimental foi estabelecido em junho de 2010 com um clone de E. grandis em uma plantação da Estação Experimental de Ciências Florestais de Itatinga (EECFI), SP, Brasil. Dois tratamentos (dois regimes de água) foram aplicados em blocos separados de 2010 a 2014: tratamento TO (controle) sem a intercepção de chuvas e tratamento TR com interceptação de 37% das chuvas por lâminas de plástico transparente. Em 2014, trincheiras de até 17 metros de profundidade foram abertas no solo, sendo uma para cada tratamento. Cada trincheira foi centralizada entre quatro indivíduos de E. grandis. Raízes finas laterais foram coletada... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In perennial species the establishment of a deep root system is an adaptive strategy to water deficit. In these plants it is well established that most of the absorption of water and ions in perennial woody species occurs in fine non-suberized roots and that younger portions of roots are the most active in this process. Since models of climate changes predict a rainfall reduction in the next years of 20% until the first and the last decade of 21st century in global large scale, including Brazil, to understand the effect of rainfall reduction on the anatomy of these roots becomes even more important. This study aims to study the anatomy of Eucalyptus grandis roots at different soil depths investigating the effect of limiting the rainfall in structural aspects of these roots. An experiment was set up in June 2010 with a clone of Eucalyptus grandis used in commercial plantations by the Suzano Company in Estação Experimental de Ciências Florestais de Itatinga (EECFI), SP, Brazil. Two treatments (two water systems) were applied in separated blocks from 2010 to 2014: treatment TO (control) without rainfall interception and treatment TR (reduction) with 37% of rainfall interception by transparent plastic sheeting panels. In 2014, trenches of until 17 m of depth were opened in the soil, one for each treatment respectively. Each trench was centered between fours individuals of E. grandis. Fine lateral roots with were collected at 0-50cm and 12-16m of depth and separated in four catego... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O Brasil é o segundo maior produtor de feijão, sendo a espécie mais cultivada o Phaseolus vulgaris L. Entre as três possíveis safras exploradas no Brasil, aquela que gera a maior produção é a da seca. Por outro lado, como a maioria das lavouras emprega pouca tecnologia, um dos problemas desta cultura é o estresse hídrico, que leva a uma redução na produtividade. Dessa forma, a identificação de genes que controlam os mecanismos de defesa e adaptação do feijoeiro à falta de água seria de grande utilidade. Nos últimos anos, muitas informações ômicas do feijoeiro foram geradas, criando uma visão integrada deste organismo e oferecendo uma complexa rede de interações entre genes e seus produtos. Este trabalho teve como objetivo central à identificação de genes diferencialmente expressos no sistema radicular de um genótipo de feijoeiro resistente ao estresse hídrico (BAT 477), quando submetido a uma interrupção de irrigação durante seu desenvolvimento. Foi construída uma biblioteca subtrativa de cDNA (SSH), que representou os genes diferencialmente expressos no genótipo resistente, utilizando-se como driver o genótipo Carioca 80SH (suscetível a seca). Foram obtidos 1572 reads válidos, sendo 931 destes singletons e 189 contigs com uma média de seis reads por cluster. A anotação das sequências foi conduzida via BLASTX, sendo consideradas para anotação somente os melhores resultados dos produtos gênicos similares com E- Value \'<OU=\' 10-5. A classificação funcional foi feita tendo-se como base modelos descritos para plantas (modelo CS e MIPS) e os resultados foram agrupados em seis classes funcionais distintas. As análises de bioinformática ajudaram na identificação de genes descritos como envolvidos na resposta da planta ao estresse hídrico. Entre eles: proteínas do grupo LEA; fatores de transcrição como DREB, NAC e proteínas ricas em leucina; enzimas sintetizadoras de carboidratos incluindo trehalose, sacarose e rhamnose; proteínas ricas em prolina; receptores de hormônios (ABA, etileno); aquaporinas; chaperonas; ubiquitinas; nodulinas; e proteínas associadas à fotossíntese e à respiração. A fim de se obter a validação das ESTs anotadas, foi conduzido um experimento de PCR em tempo real confrontando os padrões de expressão de 15 genes sob quatro tratamentos: ambos os genótipos sob estresse e respectivos controles. Três replicatas biológicas foram adotadas e dois genes de referência (act e skip2) foram escolhidos para normalização interna dos dados. Os padrões de expressão gênica obtidos confirmam a hipótese de que tais genes são mesmo mais expressos no genótipo resistente, embora não sejam exclusivos já que uma quantidade menor de tais transcritos também foi detectada no genótipo suscetível / Brazil is the second biggest producer of common bean, being Phaseolus vulgaris L. the most cultivated species. Among the three possible harvests exploited in Brazil, drought is the one which generates the greatest production. On the other hand, as the majority of the households employees low technology, one of the problems of this culture is drought stress that leads to a reduction in the productivity. So, the identification of gene that controls the mechanisms of defense and adaptation of common bean to the lack of water would be very useful. In the past years, many omics information of common bean have been generated, creating an integrated view of this organism and providing a complex network between genes and its products. The main goal of this work was the identification of differentially expressed genes in a genotype of common bean resistant to drought stress (BAT 477), when submitted to a interruption of irrigation during its development. It was build a cDNA suppression subtractive hybridization library (SSH), which represented the differentially expressed genes, on the resistant genotype, having as driver the genotype Carioca 80SH (susceptible to drought). It was obtained 1572 valid reads, being 931 singletons and 189 contigs, with the average of 6 reads per cluster. The sequences annotation was conducted via BLAST X, considering only the best similarity results with E value \'<OU=\' 10-5. The functional classification was done adopting models described for plants (CS and MIPS) and the results were grouped into six different functional classes. Bioinformatic analyses contribuited to the identification of genes described as involved on plants response to drought stress. Among them: LEA proteins; transcription factors like DREB, NAC and leucine-rich proteins; carbohydrates synthesizers enzymes like the ones for trehalose, sucrose and rhamnose; proline-rich proteins; hormone receptors (ABA and ethylene); aquaporins; chaperones; ubiquitins; nodulins; and proteins associated with photosynthesis and respiration. In order to validate the ESTs annotated, a RT-qPCR experiment was conducted comparing the expression patterns of 15 genes under four treatments: both genotypes under stress and their respective controls. Three technical replicates were used and two reference genes (act and skip2) were chosen for intern data normalization. The gene expression patterns obtained confirm the hypothesis that such genes are more expressed on the resistant genotype although they are not exclusive since a lower levels of these transcripts were also detected in the susceptible genotype

A soja é uma das culturas com maior importância sócio-econômica no mundo, visto o complexo agro-industrial que movimenta. A ocorrência de períodos de seca durante a estação de desenvolvimento das lavouras de soja é muito freqüente, provocando reduções drásticas na produtividade. Sendo a seca um fator limitante de produção fora do controle direto do homem, e a necessidade de suprir a demanda mundial crescente de alimentos, fazem com que a estabilidade da produtividade seja a chave para este entrave. O objetivo deste trabalho foi avaliar as respostas fisiológicas e agronômicas de dois genótipos de soja, um geneticamente modificado contendo a construção rd29A:DREB1A, visando maior tolerância à seca, e sua isolínea convencional, comparando-as frente a diferentes condições de disponibilidade hídrica no solo. Para tal, plantas de soja foram transformadas com o cassete rd29A:DREB1A, ambos elementos de Arabidopsis thaliana, introduzido por biobalística. O efeito da super expressão do gene AtDREB sobre parâmetros fisiológicos e agronômicos foi avaliado em casa de vegetação em três cultivos. Os experimentos foram instalados em blocos casualizados em arranjo fatorial (2x2), com quatros blocos e três amostras por bloco, e os resultados submetidos à análise de variância (ANOVA) e ao teste de Tukey (p 0,05) para comparações múltiplas das médias. Foram utilizadas sementes da cultivar BR16 transformada com a construção rd29A:DREB1A, nomeadas P58, e sementes BR16 não transformadas. As plantas foram submetidas à duas condições de disponibilidade hídrica: 15% de umidade gravimétrica do solo (UG) durante todo o ciclo (controle) e 2,5% de UG (tratamento sob estresse) a partir de R1/R2 (florescimento). Foram avaliadas as taxas fotossintética e transpiratória, condutância estomática e diferença de temperatura entre o ar e a folha com o medidor de trocas gasosas LI-6400 (Li-Cor ®), além da eficiência fotossintética e parâmetros agronômicos. Para condutância estomática, diferença de temperatura, taxas fotossintética e transpiratória, as maiores médias foram verificadas nas plantas sob 15% de UG e, dentro desta umidade, das plantas P58 em relação às BR16 geralmente. No tratamento sob estresse (2,5% de UG), as plantas transgênicas mantiveram valores superiores em praticamente todas as avaliações e, quando não, apresentaram valores que não diferiam estatisticamente das BR16. A eficiência fotossintética foi maior nas plantas P58 apenas nas avaliações finais e para as mesmas UG, e iguais estatisticamente nas demais avaliações. Para as avaliações agronômicas, as plantas BR16 apresentaram as maiores alturas em ambas as umidades, embora o mesmo número de nós que as P58. Para peso da parte aérea, número de sementes e número de legumes com semente e peso de semente, os maiores valores foram das plantas a 15% de UG e, dentro destas, das BR16. Os resultados indicam que a expressão da construção com o gene DREB1A confere maior tolerância à seca das plantas transgênicas, baseado em respostas fisiológicas, embora o desempenho agronômico deva ainda ser comprovado a campo. / Soybean is one of the major socio-economic important crops in the world due to the agro-industrial complex involved. The occurrence of drought during the period of development of soybean fields is very frequent, resulting in drastic yield decrease. As the drought being one limiting factor in the yield without human direct control, and the necessity of supplying the growing world food demand, keeping the stability of the yield seems to be the key for this problem. The objective of this study was to evaluate the physiologic and agronomic response of two soybean genotypes; one genetically modified containing the construction rd29A:DREB1A, aiming drought tolerance, and its conventional isoline, comparing them in different conditions of soil water availability. Soybean plants were transformed with the cassette rd29A:DREB1A, both elements of Arabidopsis thaliana, introduced by biobalistic method. The overexpression effect of AtDREB on physiologic and agronomic parameters was evaluated in greenhouse conditions during three cultivations. The experiment design used was the RBD (Randomized Blocks Design) in factorial scheme (2x2), with four blocks and three samples for block, and the results were submitted to the Analyze of Variance (ANOVA) and to the Tukey test (p 0,05) of multiples means comparisons. Transformed BR16 cultivar seeds were used with the construction rd29A:DREB1A, named P58, and seeds of no-transformed BR16 cultivars. The plants were submitted to two conditions of water availability: 15% of soil gravimetric humidity (GH) during all the experiment time (control) and 2,5% of GH (stress treatment) starting from R1/R2 (flowering stage). Photosynthetic and transpiration rates, stomatal conductance and temperature difference between the air and the leaf were measured with a portable open gas exchange system (LI-6400; Li- Cor ®), besides the photosynthetic efficiency and agronomic parameters, between nine and eleven-thirty in the morning. For stomatal conductance, temperature difference, photosynthetic and transpiration rates, the higher values were verified in the plants under 15% of GH and, within this humidity, these higher values were usually verified in plants P58 in relation to the BR16 plants. In the treatment under stress (2,5% of GH), the transgenic plants maintained higher values in almost all measurements and, when it did not occur, they showed values that did not differ statistically of the BR16 plants. The photosynthetic efficiency was higher in the P58 plants only in the final measures; and for the same GH, and statistically equal in the others measures. For the agronomic evaluations, the BR16 plants showed the highest heights in both humidities, even though they had the same number of nodes as the P58. For the aerial part weight, the number of seeds and the number of legumes with seed and seed weight, the highest values were of the plants under 15% of GH and, within these, of the BR16 plants in general. The results indicate that the expression of the construction with the gene DREB1A leads to a higher drought tolerance of the transgenic plants, based on physiologic response, although they still need tests on the field.

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Orientador: Luiz Fernando Rolim de Almeida / Resumo: Plantas que presenciam a seca podem armazenar informações sobre esta experiência, tal como uma memória ao estresse. As informações adquiridas com a memória do estresse podem ser utilizadas para aumentar a tolerância a futuros eventos de défice hídrico, porém, o crescimento das plantas pode ser limitado. O objetivo deste estudo foi investigar as respostas fisiológicas, bioquímicas e epigenéticas de Sorghum bicolor (L.) Moench durante e após o primeiro e segundo evento de défice hídrico, bem como as vantagens e desvantagens de eventos recorrentes de seca para a tolerância e crescimento. Neste estudo foram utilizados quatro tratamentos que foram: Controle, onde a irrigação foi mantida, Défice Hídrico na Fase Juvenil, onde as plantas foram submetidas a desidratação na fase juvenil seguido de reidratação, Défice Hídrico na Fase Adulta, onde a irrigação foi suspensa na fase adulta seguido de reidratação e Défice Hídrico Recorrente, onde a irrigação foi suspensa na fase juvenil e adulta seguido de reidratação. Foram avaliadas as trocas gasosas, fluorescência da clorofila a, conteúdo relativo de água na folha, densidade estomática, crescimento, enzimas atioxidativas, conteúdo de açucares totais e sacarose e ocorrência da H3K4me3 no gene Sb04g038610. Mesmo com o intervalo entre o primeiro e o segundo evento de seca, o que poderia resultar na remoção da memória do estresse formada no primeiro evento, as respostas fotossintéticas, antioxidativas, morfo-anatomicas e de estado hídrico dem... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Plants that experience drought can store information about this experience, such as a memory of stress. Information acquired with stress memory can be used to increase tolerance to future water deficit events, however, plant growth may be limited. The objective of this study was to investigate the physiological, biochemical and epigenetic responses of Sorghum bicolor (L.) Moench during and after the first and second water deficit event, as well as the advantages and disadvantages of recurrent drought events for tolerance and growth. Four treatments were used: Control, where irrigation was maintained, Water Deficit in the Juvenile Phase, where the plants were submitted to dehydration in the juvenile phase followed by rehydration, Water Deficit in the Adult Phase, where irrigation was suspended in the adult phase followed by rehydration and Recurrent Water Deficit, where irrigation was suspended in the juvenile and adult phases followed by rehydration. Gas exchanges, chlorophyll a fluorescence, relative leaf water content, stomatal density, plant growth, atioxidative enzymes, total sugar and sucrose content and the occurrence of H3K4me3 in the Sb04g038610 gene were evaluated. Even with the interval between the first and second drought events, which could result in the removal of the stress memory, the photosynthetic, antioxidative, morpho-anatomical and water status responses demonstrated that S. bicolor plants showed increased tolerance to drought during recurrent water defici... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor