O aumento da demanda por produtos florestais impulsionou o crescimento das áreas plantadas mundiais, passando de 167 milhões de hectares em 1990 para 280 milhões em 2015. No setor brasileiro de florestas plantadas, as espécies de Eucalyptus possuem grande representatividade, sendo responsáveis pelo suprimento de 90 % da madeira produzida no país. As áreas em que os novos povoamentos de eucalipto estão sendo estabelecidos são caracterizadas por condições climáticas pouco favoráveis e pela baixa fertilidade química do solo. O suprimento nutricional apresenta forte influência sobre a produtividade e contribui para prevenção contra estresses bióticos e abióticos. A deficiência de micronutrientes é uma realidade emergente, sendo o B, o Cu e o Zn os nutrientes mais problemáticos para a cultura em solos do Cerrado. Estes nutrientes estão associados às cadeias metabólicas de produção de lignina, de fenóis e de fitoalexinas como cofatores e ativadores enzimáticos. Estas moléculas, além de participarem da integridade funcional e estrutural de membranas e de outros componentes celulares das plantas, cumprem a função de aumentar a resistência das plantas ao ataque de patógenos. Assim, foram estudados os efeitos da omissão e da aplicação de micronutrientes B, Cu e Zn associado à manutenção ou à remoção de resíduos florestais. Foram avaliados os aspectos nutricionais das árvores e suas relações com o volume de madeira produzido e com a suscetibilidade ao ataque da ferrugem do eucalipto (Puccinia psidii). A remoção dos resíduos florestais da colheita apresentou pouca influência sobre os teores disponíveis de B, Cu e Zn no solo. A omissão de B e de Zn influenciou os teores disponíveis destes nutrientes no solo, contudo apenas os baixos teores de B se refletiram na nutrição das árvores. No crescimento das árvores, o diâmetro à altura do peito teve redução aos 12 e aos 15 meses pós-plantio. Esta diferença foi encontrada entre os tratamentos com aplicação completa de nutrientes e com omissão de Zn. O tratamento com omissão de Zn apresentou o maior crescimento e, em geral, a maior concentração de macronutrientes e de micronutrientes foliares. O tratamento com omissão de Zn apresentou também a menor infestação e severidade do ataque por ferrugem, mostrando a importância da nutrição balanceada das árvores para o crescimento e para a proteção dos povoamentos florestais. / The increasing demand for forest products has promoted the growth of planted areas worldwide, from 167 million hectares in 1990 to 280 million in 2015. In the Brazilian planted forest sector, Eucalyptus species supply 90 % of the produced wood in the country. In general, eucalyptus stands are established in areas with unfavorable climatic conditions and low soil fertility. Mineral nutrition has an important influence on productivity and prevention against biotic and abiotic stresses. Micronutrient deficiency is an emerging reality, and B, Cu and Zn are the most problematic nutrients for eucalypt cultivation in soils of the Brazilian Cerrado. These nutrients are related to lignin, phenol and phytoalexin production pathways as cofactors and enzymatic activators. These molecules present relations with the resistance and the susceptibility of the plants to the pathogens attack, besides participating in the functional and structural integrity of membranes and other cellular constituents of plants. Thus, the omission effects were studied and application of B, Cu and Zn associated with the forest residues management. Trees nutrition and their relation with volume and susceptibility to eucalyptus rust (Puccinia psidii) were evaluated. The removal of forest residues from the harvest had little influence on the available levels of B, Cu and Zn in the soil. The omission of B and Zn influenced the availability of these nutrients in the soil; however, only low levels of B were reflected in trees nutrition. The diameter at breast height had a growth reduction at 12 and 15 months after planting. This difference was found between treatments with complete application of nutrients and with Zn omission. The treatment with Zn omission had the highest growth and, in general, the highest leaf concentration of macronutrients and micronutrients. The treatment with Zn omission also showed the lowest infestation and severity of eucalyptus rust. Thus, balanced mineral nutrition of trees favored growth and health of the forest stand.

O aumento da demanda por produtos florestais impulsionou o crescimento das áreas plantadas mundiais, passando de 167 milhões de hectares em 1990 para 280 milhões em 2015. No setor brasileiro de florestas plantadas, as espécies de Eucalyptus possuem grande representatividade, sendo responsáveis pelo suprimento de 90 % da madeira produzida no país. As áreas em que os novos povoamentos de eucalipto estão sendo estabelecidos são caracterizadas por condições climáticas pouco favoráveis e pela baixa fertilidade química do solo. O suprimento nutricional apresenta forte influência sobre a produtividade e contribui para prevenção contra estresses bióticos e abióticos. A deficiência de micronutrientes é uma realidade emergente, sendo o B, o Cu e o Zn os nutrientes mais problemáticos para a cultura em solos do Cerrado. Estes nutrientes estão associados às cadeias metabólicas de produção de lignina, de fenóis e de fitoalexinas como cofatores e ativadores enzimáticos. Estas moléculas, além de participarem da integridade funcional e estrutural de membranas e de outros componentes celulares das plantas, cumprem a função de aumentar a resistência das plantas ao ataque de patógenos. Assim, foram estudados os efeitos da omissão e da aplicação de micronutrientes B, Cu e Zn associado à manutenção ou à remoção de resíduos florestais. Foram avaliados os aspectos nutricionais das árvores e suas relações com o volume de madeira produzido e com a suscetibilidade ao ataque da ferrugem do eucalipto (Puccinia psidii). A remoção dos resíduos florestais da colheita apresentou pouca influência sobre os teores disponíveis de B, Cu e Zn no solo. A omissão de B e de Zn influenciou os teores disponíveis destes nutrientes no solo, contudo apenas os baixos teores de B se refletiram na nutrição das árvores. No crescimento das árvores, o diâmetro à altura do peito teve redução aos 12 e aos 15 meses pós-plantio. Esta diferença foi encontrada entre os tratamentos com aplicação completa de nutrientes e com omissão de Zn. O tratamento com omissão de Zn apresentou o maior crescimento e, em geral, a maior concentração de macronutrientes e de micronutrientes foliares. O tratamento com omissão de Zn apresentou também a menor infestação e severidade do ataque por ferrugem, mostrando a importância da nutrição balanceada das árvores para o crescimento e para a proteção dos povoamentos florestais. / The increasing demand for forest products has promoted the growth of planted areas worldwide, from 167 million hectares in 1990 to 280 million in 2015. In the Brazilian planted forest sector, Eucalyptus species supply 90 % of the produced wood in the country. In general, eucalyptus stands are established in areas with unfavorable climatic conditions and low soil fertility. Mineral nutrition has an important influence on productivity and prevention against biotic and abiotic stresses. Micronutrient deficiency is an emerging reality, and B, Cu and Zn are the most problematic nutrients for eucalypt cultivation in soils of the Brazilian Cerrado. These nutrients are related to lignin, phenol and phytoalexin production pathways as cofactors and enzymatic activators. These molecules present relations with the resistance and the susceptibility of the plants to the pathogens attack, besides participating in the functional and structural integrity of membranes and other cellular constituents of plants. Thus, the omission effects were studied and application of B, Cu and Zn associated with the forest residues management. Trees nutrition and their relation with volume and susceptibility to eucalyptus rust (Puccinia psidii) were evaluated. The removal of forest residues from the harvest had little influence on the available levels of B, Cu and Zn in the soil. The omission of B and Zn influenced the availability of these nutrients in the soil; however, only low levels of B were reflected in trees nutrition. The diameter at breast height had a growth reduction at 12 and 15 months after planting. This difference was found between treatments with complete application of nutrients and with Zn omission. The treatment with Zn omission had the highest growth and, in general, the highest leaf concentration of macronutrients and micronutrients. The treatment with Zn omission also showed the lowest infestation and severity of eucalyptus rust. Thus, balanced mineral nutrition of trees favored growth and health of the forest stand.

Os mecanismos moleculares envolvidos na resistência de plantas contra patógenos são um tema bastante discutido no meio acadêmico, sendo o objetivo maior dos estudos a diminuição das perdas de produtividade provocadas por doenças em plantações do mundo todo. Muitos modelos de interação patógeno-hospedeiro foram propostos e desenvolvidos priorizando plantas e culturas de rápido desenvolvimento com ciclo de vida curto. Espécies de ciclo longo, porém, devem lidar durante anos - ao menos até a idade reprodutiva - contra o ataque de bactérias, fungos e vírus, sem contar, nesse meio tempo, com recombinações genéticas e mutações que tornariam possível o escape contra as moléstias causadas por microrganismos. Assim, como alternativa aos modelos usuais, o presente trabalho estudou um diferente par de antagonistas: Eucalyptus grandis e Puccinia psidii. Apesar da contribuição de programas de melhoramento genético, o patossistema E. grandis X P. psidii ainda é pouco descrito no nível molecular, havendo poucos estudos sobre os processos e as moléculas que agem de forma a conferir resistência às plantas. Assim, buscando o melhor entendimento da relação entre E. grandis X P. psidii, o presente trabalho estudou a mudança dos perfis de proteínas e metabólitos secundários ocorrida nos tecidos foliares de plantas resistentes e susceptíveis durante a infecção pelo patógeno, com o auxílio da técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas. Os resultados obtidos indicam que as plantas resistentes percebem a presença do patógeno logo nas primeiras horas pós-infecção, produzindo proteínas ligadas à imunidade (HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein). Essa percepção desencadeia a produção de proteínas de parede celular e de resposta oxidativa, além de modificar o metabolismo primário e secundário. As plantas susceptíveis, por outro lado, têm o metabolismo subvertido, produzindo proteínas responsáveis pelo afrouxamento da parede celular, beneficiando a absorção de nutrientes, crescimento e propagação de P. psidii. No trabalho também são propostos metabólitos biomarcadores de resistência, moléculas biomarcadoras de resposta imune e sinais da infecção por patógeno em E. grandis. / The molecular mechanisms involved in the plant resistance against pathogens is a well-discussed theme in the academy, overall objecting to diminish worldwide plantation yield losses caused by diseases. Many pathogen-host models were proposed and developed prioritizing model plants and fast growing crops with short life cycles. However, long life cycle species need to cope with the attack of bacteria, fungi and virus throughout many years, or at least until its reproduction period, being unable, meanwhile, to escape the attack of these microorganisms through genetic recombination and mutation. Therefore, as an alternative to the usual models, the present work studied a different pair of antagonists: Eucalyptus grandis and Puccinia psidii. Despite the contribution of plant breeding programs, the E. grandis X P. psidii pathosystem is still poorly described in the molecular level, with few studies about processes and molecules that confer resistance to the plants. Thus, in order to better understand the E. grandis X P. psidii relationship, this project aimed to study the proteome and metabolome changes that occur on leaf tissues of resistant and susceptible plants infected by the pathogen, with the aid of the liquid chromatography coupled to mass spectrometry technique. The results show that the resistant plants notice the presence of the pathogen shortly after being infected, producing immunity related proteins such as HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein. This perception triggers the production of cell wall and oxidative burst proteins, also changing the primary and secondary metabolism. On the other hand, susceptible plants have its metabolism subverted, producing proteins responsible for the cell wall loosening, favoring P. psidii nutrient uptake, growth and spread. Metabolite biomarkers, Immune response biomarker molecules and infection signals triggered by P. psidii on E. grandis are also proposed on this work.

O Brasil é um dos principais produtores mundiais de Eucalyptus spp., mas a produção dessa cultura tem sido comprometida por perdas causadas pelo fungo Puccinia psidii Winter, agente causal da ferrugem do eucalipto. Compreender os mecanismos moleculares da patogenicidade desse fungo, conhecer a composição química de variedades de Eucalyptus spp. resistentes e suscetíveis ao fitopatógeno e ter em mãos uma ferramenta de diagnóstico precoce da doença são conhecimentos de fundamental importância para o desenvolvimento de estratégias de controle do fitopatógeno. Uma das principais barreiras que limitam o estudo molecular de P. psidii é o fato dessa espécie ser biotrófica obrigatória, tendo seu desenvolvimento in vitro limitado. Estudos de investigação a respeito de fungos biotróficos obrigatórios são realizados principalmente in planta e em estágios tardios da doença, deixando grande parte do conhecimento dos processos iniciais de infecção desconhecidos. Informações a respeito dos estágios iniciais da infecção, nos quais diversas estruturas típicas são formadas e podem indicar importantes características sobre fungos biotróficos, são de difícil acesso em estudos in planta em função da grande quantidade de material vegetal em relação à quantidade de material do fitopatógeno, que não é passível de ser removido completamente das amostras analisadas. Dessa forma, o presente projeto de pesquisa foi realizado com os objetivos de desenvolver um protocolo para induzir a germinação e a morfogênese estrutural in vitro de P. psidii, identificar genes candidatos relacionados à diferenciação das estruturas de infecção e de fatores de virulência, caracterizar os metabólitos presentes nas ceras cuticulares de folhas de Eucalyptus grandis resistentes e suscetíveis à ferrugem do eucalipto e desenvolver uma metodologia sensível e eficaz para detectar, quantificar e monitorar a presença de P. psidii em folhas de Eucalyptus grandis assintomáticas. Os dados obtidos no presente trabalho podem auxiliar a compreensão da interação planta-patógeno durante os estágios iniciais de infecção da ferrugem e colaboram para o entendimento da biologia do fitopatógeno para que no futuro sejam desenvolvidas melhores estratégias de controle de P. psidii em plantios de eucalipto. / Brazilian production of Eucalyptus spp. is one of the greatest in the world but it has been affected by Puccinia psidii Winter, the causal agent of eucalyptus rust. The comprehension of molecular mechanisms of pathogenicity and chemical composition of resistant and susceptible eucalyptus plants as well as having a molecular tool for early detection of the disease in field can be used for the development of improved control strategies against this phytopathogen. Molecular studies of P. psidii is limited because it is an obligate biotrophic fungus with limited in vitro development. Biotrophic fungi investigations are made mainly in planta at late developmental stages of the disease. This way, most information of early stages of infection as the development of specialized structures of biotrophic fungi are little understood. The study of early stages of the infection process of biotrophic fungi in planta is hampered by the high amount of plant material in relation to fungi material which is difficult to be obtained in an isolated form for analysis. In this work we developed a protocol to increase in vitro germination and structural differentiation of P. psidii and used this protocol to obtain isolated fungi material for the identification of candidate genes related with virulence factors and initial structural morphogenesis. Moreover, we analyzed the composition of metabolites present in the cuticular wax of leaves from resistant and susceptible E. grandis plants and developed a methodology for the detection of P. psidii in asymptomatic leaves of Eucalyptus grandis. Data obtained in this work help the comprehension of E. grandis-P.psidii interaction at early stages of the infection process and can be used for the development of improved control strategies of eucalyptus rust.

Os mecanismos moleculares envolvidos na resistência de plantas contra patógenos são um tema bastante discutido no meio acadêmico, sendo o objetivo maior dos estudos a diminuição das perdas de produtividade provocadas por doenças em plantações do mundo todo. Muitos modelos de interação patógeno-hospedeiro foram propostos e desenvolvidos priorizando plantas e culturas de rápido desenvolvimento com ciclo de vida curto. Espécies de ciclo longo, porém, devem lidar durante anos - ao menos até a idade reprodutiva - contra o ataque de bactérias, fungos e vírus, sem contar, nesse meio tempo, com recombinações genéticas e mutações que tornariam possível o escape contra as moléstias causadas por microrganismos. Assim, como alternativa aos modelos usuais, o presente trabalho estudou um diferente par de antagonistas: Eucalyptus grandis e Puccinia psidii. Apesar da contribuição de programas de melhoramento genético, o patossistema E. grandis X P. psidii ainda é pouco descrito no nível molecular, havendo poucos estudos sobre os processos e as moléculas que agem de forma a conferir resistência às plantas. Assim, buscando o melhor entendimento da relação entre E. grandis X P. psidii, o presente trabalho estudou a mudança dos perfis de proteínas e metabólitos secundários ocorrida nos tecidos foliares de plantas resistentes e susceptíveis durante a infecção pelo patógeno, com o auxílio da técnica de cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas. Os resultados obtidos indicam que as plantas resistentes percebem a presença do patógeno logo nas primeiras horas pós-infecção, produzindo proteínas ligadas à imunidade (HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein). Essa percepção desencadeia a produção de proteínas de parede celular e de resposta oxidativa, além de modificar o metabolismo primário e secundário. As plantas susceptíveis, por outro lado, têm o metabolismo subvertido, produzindo proteínas responsáveis pelo afrouxamento da parede celular, beneficiando a absorção de nutrientes, crescimento e propagação de P. psidii. No trabalho também são propostos metabólitos biomarcadores de resistência, moléculas biomarcadoras de resposta imune e sinais da infecção por patógeno em E. grandis. / The molecular mechanisms involved in the plant resistance against pathogens is a well-discussed theme in the academy, overall objecting to diminish worldwide plantation yield losses caused by diseases. Many pathogen-host models were proposed and developed prioritizing model plants and fast growing crops with short life cycles. However, long life cycle species need to cope with the attack of bacteria, fungi and virus throughout many years, or at least until its reproduction period, being unable, meanwhile, to escape the attack of these microorganisms through genetic recombination and mutation. Therefore, as an alternative to the usual models, the present work studied a different pair of antagonists: Eucalyptus grandis and Puccinia psidii. Despite the contribution of plant breeding programs, the E. grandis X P. psidii pathosystem is still poorly described in the molecular level, with few studies about processes and molecules that confer resistance to the plants. Thus, in order to better understand the E. grandis X P. psidii relationship, this project aimed to study the proteome and metabolome changes that occur on leaf tissues of resistant and susceptible plants infected by the pathogen, with the aid of the liquid chromatography coupled to mass spectrometry technique. The results show that the resistant plants notice the presence of the pathogen shortly after being infected, producing immunity related proteins such as HSP90, ILITYHIA, LRR Kinase, NB-ARC disease resistance protein. This perception triggers the production of cell wall and oxidative burst proteins, also changing the primary and secondary metabolism. On the other hand, susceptible plants have its metabolism subverted, producing proteins responsible for the cell wall loosening, favoring P. psidii nutrient uptake, growth and spread. Metabolite biomarkers, Immune response biomarker molecules and infection signals triggered by P. psidii on E. grandis are also proposed on this work.

O Brasil é um dos principais produtores mundiais de Eucalyptus spp., mas a produção dessa cultura tem sido comprometida por perdas causadas pelo fungo Puccinia psidii Winter, agente causal da ferrugem do eucalipto. Compreender os mecanismos moleculares da patogenicidade desse fungo, conhecer a composição química de variedades de Eucalyptus spp. resistentes e suscetíveis ao fitopatógeno e ter em mãos uma ferramenta de diagnóstico precoce da doença são conhecimentos de fundamental importância para o desenvolvimento de estratégias de controle do fitopatógeno. Uma das principais barreiras que limitam o estudo molecular de P. psidii é o fato dessa espécie ser biotrófica obrigatória, tendo seu desenvolvimento in vitro limitado. Estudos de investigação a respeito de fungos biotróficos obrigatórios são realizados principalmente in planta e em estágios tardios da doença, deixando grande parte do conhecimento dos processos iniciais de infecção desconhecidos. Informações a respeito dos estágios iniciais da infecção, nos quais diversas estruturas típicas são formadas e podem indicar importantes características sobre fungos biotróficos, são de difícil acesso em estudos in planta em função da grande quantidade de material vegetal em relação à quantidade de material do fitopatógeno, que não é passível de ser removido completamente das amostras analisadas. Dessa forma, o presente projeto de pesquisa foi realizado com os objetivos de desenvolver um protocolo para induzir a germinação e a morfogênese estrutural in vitro de P. psidii, identificar genes candidatos relacionados à diferenciação das estruturas de infecção e de fatores de virulência, caracterizar os metabólitos presentes nas ceras cuticulares de folhas de Eucalyptus grandis resistentes e suscetíveis à ferrugem do eucalipto e desenvolver uma metodologia sensível e eficaz para detectar, quantificar e monitorar a presença de P. psidii em folhas de Eucalyptus grandis assintomáticas. Os dados obtidos no presente trabalho podem auxiliar a compreensão da interação planta-patógeno durante os estágios iniciais de infecção da ferrugem e colaboram para o entendimento da biologia do fitopatógeno para que no futuro sejam desenvolvidas melhores estratégias de controle de P. psidii em plantios de eucalipto. / Brazilian production of Eucalyptus spp. is one of the greatest in the world but it has been affected by Puccinia psidii Winter, the causal agent of eucalyptus rust. The comprehension of molecular mechanisms of pathogenicity and chemical composition of resistant and susceptible eucalyptus plants as well as having a molecular tool for early detection of the disease in field can be used for the development of improved control strategies against this phytopathogen. Molecular studies of P. psidii is limited because it is an obligate biotrophic fungus with limited in vitro development. Biotrophic fungi investigations are made mainly in planta at late developmental stages of the disease. This way, most information of early stages of infection as the development of specialized structures of biotrophic fungi are little understood. The study of early stages of the infection process of biotrophic fungi in planta is hampered by the high amount of plant material in relation to fungi material which is difficult to be obtained in an isolated form for analysis. In this work we developed a protocol to increase in vitro germination and structural differentiation of P. psidii and used this protocol to obtain isolated fungi material for the identification of candidate genes related with virulence factors and initial structural morphogenesis. Moreover, we analyzed the composition of metabolites present in the cuticular wax of leaves from resistant and susceptible E. grandis plants and developed a methodology for the detection of P. psidii in asymptomatic leaves of Eucalyptus grandis. Data obtained in this work help the comprehension of E. grandis-P.psidii interaction at early stages of the infection process and can be used for the development of improved control strategies of eucalyptus rust.