Os estresses abióticos, tais como seca, alta salinidade e temperaturas extremas são as causas primárias de quebras de safra na agricultura mundial, reduzindo a produção das principais culturas em mais de 50%. Dentre os estresses citados, a seca é um dos principais responsáveis pelas perdas na produção, mesmo que as plantas, ao longo da evolução, já tenham desenvolvido complexas vias metabólicas de resistência à falta de água. As funções classicamente conhecidas da parede celular são: estruturação da planta, determinação do tamanho e do formato das células vegetais e atuação como barreira mecânica à invasão de patógenos. Além disso, vários genes que codificam proteínas da parede celular têm sua regulação alterada mediante alta salinidade, seca e baixas temperaturas, indicando sua participação na resposta ao estresse hídrico. As Proteínas Híbridas Ricas em Prolina (HyPRPs) são glicoproteínas de parede celular com função pouco conhecida. O gene SbPRP (Glyma14g14220), membro da família HyPRP de soja, teve sua expressão aumentada perante a seca, ao estresse salino, a hormônios vegetais, ao ácido salicílico e a infecções virais em um trabalho onde foi utilizada a técnica de Northern blot. Com o objetivo de entender a atuação da proteína SbPRP na aclimatação da soja para tolerância à seca, a região codificadora do gene SbPRP foi isolada por PCR a partir do DNA total de Glycine max (cultivar IAS5), utilizando-se iniciadores específicos. Através do sistema Gateway-Invitrogen de clonagem por recombinação foram obtidas construções para superexpressão e silenciamento de SbPRP. Conjuntos embriogênicos somáticos das cultivares IAS5 e Vencedora foram submetidos ao protocolo de transformação, que combina bombardeamento com o sistema Agrobacterium e ao protocolo de biolística. Atualmente, embriões histodiferenciados encontram-se na fase de regeneração, já tendo sido obtidas cinco plântulas trifolioladas relativas à construção de superexpressão. Com o sequenciamento do genoma da soja foi possível a identificação de 35 genes HyPRP. Através de análises filogenéticas, envolvendo os 35 membros HyPRP de soja, o gene SbPRP (Glyma14g14220) ficou agrupado no mesmo clado composto por outros três genes HyPRP (Glyma04g06970, Glyma06g07070 e Glyma17g32100). Na tentativa de aumentar o conhecimento do papel biológico das HyPRPs em soja, foram delineados experimentos para verificação da resposta dos quatro genes do clado monofilético (Glyma04g06970, Glyma06g07070, Glyma17g32100 e Glyma14g14220). Transcritos do gene Glyma06g07070 não puderam ser detectados, sendo excluídos das análises. Foi possível avaliar os transcritos de três destes genes por PCR em Tempo Real, a partir de RNA de plantas de soja submetidas a tratamentos de alta salinidade, ácido abscísico (ABA), ácido salicílico e infecção por Phakopsora pachirizi (fungo causador da ferrugem asiática). Foram constatados aumentos significativos na expressão dos genes em diversos tempos após a inoculação de urediniósporos de P. pachirizi, em resposta a tratamento com ABA e em resposta ao ácido salicílico. O tratamento com sal reprimiu a expressão dos genes Glyma14g14220 e Glyma17g32100. Os resultados obtidos reforçam a possibilidade das HyPRPs estarem envolvidas em resposta a estresses bióticos e abióticos. / Abiotic stresses like drought, high salinity and high temperatures are the main causes of yield losses in agriculture, causing production decreases of more than 50% in the major crops around the world. Among the cited stresses, drought figures as one of the most important agents causing production decrease, even though plants have developed complex metabolic pathways to tolerate water deficit along evolution. The traditional cell wall functions known are: plant structure, cell format and size determination, and a role as mechanical barrier against pathogen attacks. Besides that, many genes encoding cell wall proteins have their regulation modified by high salinity, drought and low temperatures, which indicates a participation in response to water stress. The Hybrid Proline Rich Proteins (HyPRPs) are cell wall glycoproteins with poorly known function. The gene SbPRP (Glyma14g14220), a HyPRP soybean member, has its expression increased under drought conditions, high salinity, treatment with hormones, salicylic acid and viral infections. Aiming to understand the role of the SpPRP protein in the soybean drought tolerance acclimatation, the SbPRP gene coding sequence was isolated by PCR cloning using specific primers and Glycine max (cultivar IAS5) genomic DNA as template. Constructions were obtained through the Gateway system for SbPRP super expression and silencing. Somatic embryogenic (IAS5 and Vencedora soybean cultivars) sets were submitted to the combined Agrobacterium/bombardment or biolistic protocols. Histo-differentiated embryos are presently in the regeneration phase, and five tree-leaf-seedlings containing the super expression construction were already obtained. After the soybean genome sequencing, it was possible to identify 35 HyPRP genes. Based on phylogenetic analysis, the SbPRP gene has grouped in the same clade formed by three other HyPRP genes (Glyma04g06970, Glyma06g07070 and Glyma17g32100). Trying to increase the knowledge about a possible biological role of the soybean HyPRPs, experiments were delineated to check the response of the four monophyletic clade forming genes (Glyma04g06970, Glyma17g32100 and Glyma14g14220). Transcripts of three genes were detected and analyzed with Real Time PCR experiments after high salinity, ABA, and salicylic acid treatments, and Phakopsora pachirizi infection (Asian rust agent). Transcripts of the gene Glyma06g07070 were not detected in any experiment. An increase in the genes’ expression was observed after different treatment times after the P. pachirizi urediniospores inoculation, and in response to ABA and salicylic acid treatments. Salt treatment repressed the expression of Glyma14g14220 and Glyma17g32100. The results reinforce the possibility of HyPRP involvement in biotic and abiotic responses.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Universidade Federal de Goiás, Universidade Federal do Mato Grosso, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Universidade Federal da Grande Dourados— Programa em Rede Multi-Institucional do Pró-Centro-Oeste de Pós-Graduação em Biotecnologia e Biodiversidade, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2018-04-16T16:47:20Z No. of bitstreams: 1 2017_NatáliaLimadeSousa.pdf: 4533724 bytes, checksum: f1543f615e181c2847084a1bdbff8c2a (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-05-08T19:50:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_NatáliaLimadeSousa.pdf: 4533724 bytes, checksum: f1543f615e181c2847084a1bdbff8c2a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-08T19:50:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_NatáliaLimadeSousa.pdf: 4533724 bytes, checksum: f1543f615e181c2847084a1bdbff8c2a (MD5) Previous issue date: 2018-05-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / A mamona é uma oleaginosa pertencente à Família Euphorbiaceae com distribuição mundial, porém mais cultivada em regiões tropicais e subtropicais. Tem grande importância na indústria principalmente devido ao seu óleo de grande aplicabilidade em medicamentos, cosméticos e lubrificantes. Seu subproduto de maior importância é a torta empregada na recuperação de solos devido ao alto teor de nitrogênio, e por conter alto teor de proteínas poderia ser empregada na alimentação animal. Porém seu uso como ração é inadequado devido à presença da ricina, uma proteína tóxica e de difícil eliminação. Para gerar plantas de mamona biodetoxificadas por meio da engenharia genética foi utilizada a técnica de RNA interferente para silenciar o gene da ricina nas sementes (com a intenção de silenciar também a RCA120, uma aglutinina muito similar a ricina), por Agrobacterium tumefaciens ou biobalística. Utilizando transformação via A. tumefaciens não foi possível obter plantas transgênicas, provavelmente por causa do baixo número de embriões transformados. Por outro lado, foram obtidos sete explantes transgênicos por meio de biobalística, sendo a maioria do tipo mosaico com apenas a epiderme transgênica. Porém, a linhagem TB14S-5D, apresentou todos os tecidos transgênicos e transferiu os transgenes para a progênie. Essa linhagem apresentou níveis indetectáveis de ricina no ensaio ELISA, em ensaio de hemaglutinação de hemácias não apresentou reação de aglutinação demostrando que a RCA120 também foi silenciada. O ensaio realizado com nematoides não ocorreu como esperado, pois o extrato de proteína da planta não transgênica não causou a morte da cultura como deveria, talvez por um mecanismo de defesa do próprio animal. Em ensaio com células IEC-6 e camundongos os extratos da planta transgênica não apresentaram toxidez. Os resultados mostram que a planta gerada tem potencial para que sua torta seja usada como alimento animal, gerando uma fonte renda maior para o produtor e um manejo mais seguro. / Castor bean is an oilseed plant that belongs to Euphorbiaceae family with worldwide distribution, but mainly cultivated in tropical and sub-tropical regions. It has great importance in industry due to its oil content of great applicability in medicines, cosmetics and lubricants. Castor bean cake is the most important sub-product mainly used in soil recovery due to the high nitrogen content. Besides, it contains high protein content that could be used in animal feed. However, its use as animal feed is inadequate due to the presence of ricin, an extremely toxic and difficult to eliminate protein. To generate biodetoxified castor bean plants by genetic engineering, the RNAi technique was used to silence the ricin gene in castor bean seeds (also intending to silence the RCA120, that is a strong agglutinin very similar to ricin) by Agrobacterium tumefaciens or biolistic. It wasn’t possible to generate transgenic plants through genetic transformation by A. tumefaciens probably because of the low number of transformed embryos. Still it was possible to generate seven transgenic explants by genetic transformation via biolistic, however most explants were mosaic with only the epidermis being transgenic. The transgenic line TB14S-5D presented all tissue being transgenic and transferred the transgenes to progeny. This line had undetectable levels of ricin by ELISA, in a red blood cell hemagglutination test it did not present agglutination reaction showing that RCA120 was also silenced. The nematode assay did not occur as expected because the protein extract from the non-transgenic plant did not cause the death of the culture as it was expected, perhaps by a defense mechanism of the animal itself. Furthermore the transgenic plant extracts showed no toxicity to IEC-6 cells and mice. The results show that the cake of the plant generated can be used as animal feed, generating a higher source income for the producer and safer handling.

O alumínio é o metal mais comum na crosta terrestre e está presente em grande parte das regiões de produção agrícola em todo o mundo. Em condições de solos ácidos (pH<4,5), o que caracteriza os solos de grande parte da região Centro-Sul do Brasil, o alumínio torna-se um metal tóxico (Al+2<=>Al+3) à maior parte das plantas cultivadas. Desta forma, é importante identificar variedades e espécies mais tolerantes na tentativa de se isolar genes de tolerância por se tratar de um caráter agronômico de interesse. Em aveia foi identificado um gene dominante de grande efeito e dois alelos (Al e al) na população UFRGS17 e UFRGS930598. Os objetivos deste trabalho foram converter e testar marcadores de DNA, de espécies correlatas à aveia, associados à tolerância ao alumínio e, identificar seqüências de RNA mensageiro diferentemente expressas na presença e na ausência de alumínio tóxico, na tentativa de se isolar possíveis candidatos à tolerância e que sejam exclusivos da espécie. O SNP identificado em aveia para XBCD1117 não se apresentou associado à tolerância ao alumínio quando testado em linhagens recombinantes de UFRGS17 X UFRGS930598. Logo, o gene para tolerância ao alumínio presente em UFRGS17 não é ortólogo ao gene Alp presente no cromossomo 4HS em cevada. Na análise de 68 clones foram identificadas 12 seqüências únicas. Destas, três não apresentaram homologia com seqüências depositadas em bancos de dados e, devido às suas especificidades, merecem ser mais estudadas. Três seqüências apresentaramse como fortes candidatas à tolerância ao alumínio tóxico em aveia, por já haverem sido identificadas como genes que conferem o caráter em outras espécies. Uma delas é um fator de ribosilação ADP e as outras duas são receptores-cinases. / Aluminum is the most common metal on the Earth crust and it is found on most of the arable regions of the planet. Aluminum becomes a toxic metal (Al+2<=>Al+3) to the greatest part of crop plants in acidic soil conditions (pH<4,5), which characterizes most of the soils of the Central and Southern part of Brazil. Therefore, it is important to find more tolerant varieties and species, in order to isolate tolerance genes for it is a caracter of agronomic interest. A major effect dominant gene having two alleles, Al and al, was identified in oat in the population from the cross between UFRGS17 and UFRGS930598. The objectives of this work were to convert and test DNA markers associated with aluminum tolerance from oat related species, and to identify differentially expressed sequences from messenger RNA from a tester probe grown in aluminum stress condition and a not stressed driver probe, so species-specific oat candidate genes could be isolated. The SNP identified in oat from XBCD1117 was not associated to aluminum tolerance in the recombinant lines from UFRGS17 X UFRGS930598. Therefore, the gene involved in the aluminum tolerance at UFRGS17 may not be orthologus to gene Alp present at chromosome 4HS in barley. The analysis of 68 isolated sequences showed 12 exclusive ones. Among them, three clones did not have any homology with genbank sequences, and due to its high specificity are worth of future investigation. Three other sequences revealed high chances as candidates genes for toxic aluminum tolerance in oat, for they are already been identified as genes regulating this trait in other species. One of them is an ADP-ribosilation factor and the others are two receptor kinases.

Visando o aumento da resistência a fungos patogênicos, o presente trabalho foi realizado com o objetivo de introduzir o gene SnOLP, que codifica uma osmotina de Solanum nigrum var. americanum, em cultivares de soja. A estratégia escolhida foi a transformação por biobalística, utilizando o plasmídeo pCL1390-UBQ3-SnOLP, que contém o gene SnOLP e o gene hpt II, que confere resistência ao antibiótico higromicina. Conjuntos de embriões somáticos globulares das cultivares IAS-5, Bragg e BRSMG 68 Vencedora foram utilizados como alvo. Os conjuntos bombardeados foram transferidos para meio seletivo visando obter material estavelmente transformado. Os conjuntos higromicinaresistentes correspondendo a cinco, 12 e 13 eventos de transformação independentes nas cultivares Bragg, IAS-5 e BRSMG 68 Vencedora, respectivamente, foram sequencialmente transferidos para meio de proliferação D20 (sem higromicina), maturação (MSM6) e regeneração (MSO). Um total de 114, 70 e 211 embriões histodiferenciados das cultivares Bragg, IAS-5 e BRSMG 68 Vencedora, respectivamente, foram obtidos. A partir destes, foram regeneradas oito plantas da cultivar IAS-5, correspondentes a três eventos de transformação independentes e 30 plantas da cultivar Bragg, de um evento de transformação. Nenhuma planta da cultivar BRSMG 68 Vencedora foi regenerada. Em conseqüência de um acidente, foram recuperadas apenas duas plantas adultas de IAS-5, cada uma proveniente de um evento de transformação independente e 12 plantas de Bragg, todas do mesmo evento de transformação. A presença do transgene nas plantas foi detectada por PCR e a expressão da proteína recombinante através de Western blot. A herança do transgene seguiu o padrão Mendeliano, para um gene dominante, na linhagem I4 de IAS-5. As progênies das plantas transgênicas de Bragg apresentaram uma segregação excepcional, com deficiência de plantas transformadas. Resultados preliminares dos bioensaios utilizando extratos protéicos totais não mostraram atividade antifúngica dessas plantas transgênicas. / Aiming to enhance resistance to fungal pathogens, the present work was carried out with the objective of introducing a gene (SnOLP) coding an osmotinlike protein from Solanum nigrum var. americanum in soybean cultivars [Glycine max (L.) Merrill]. Biolistic transformation was the strategy elected, using the plasmid pCL1390-UBQ3-SnOLP, which contain the SnOLP gene and the selectable marker hpt II gene. Somatic globular embryo clusters of IAS-5, Bragg and BRSMG 68 Vencedora cultivars were used as target tissues. Bombarded embryo clusters were transferred to selective medium containg hygromycin, aiming to obtain stable transformed material. Hygromycin-resistant embryogenic clusters corresponding to five, 12 and 13 independent transformation events of Bragg, IAS-5 and BRSMG 68 Vencedora cultivars, respectively, were sequentially transferred to proliferation D20 (without hygromycin), maturation and regeneration media. A total of 70, 114 and 211 histodifferentiated embryos were obtained from IAS-5, Bragg and BRSMG 68 Vencedora cultivars, respectively. Eight plants corresponding to three independent transformation events were recovered for cultivar IAS-5 and 30 plants from one transformation event for Bragg cultivar. No one plant for BRSMG 68 Vencedora cultivar was regenerated. As a consequence of an accident, only two adult plants for IAS-5 cultivar, each one proceeding from an independent transformation event and 12 plants for Bragg, all them from the same transformation event, were obtained. The integration and expression of the SnOLP transgene into the genomes of transformed plants were confirmed by PCR and Western blot. The I4 progeny from IAS-5 cultivar segregated as a single dominant locus as predicted by Mendelian principles. The transgenic Bragg progenies segregated in an exceptional manner, with fewer SnOLP-positive plants. Preliminary bioassays using total protein extracts of transgenic plants did not show antifungal activity.

Os estresses abióticos, tais como seca, alta salinidade e temperaturas extremas são as causas primárias de quebras de safra na agricultura mundial, reduzindo a produção das principais culturas em mais de 50%. Dentre os estresses citados, a seca é um dos principais responsáveis pelas perdas na produção, mesmo que as plantas, ao longo da evolução, já tenham desenvolvido complexas vias metabólicas de resistência à falta de água. As funções classicamente conhecidas da parede celular são: estruturação da planta, determinação do tamanho e do formato das células vegetais e atuação como barreira mecânica à invasão de patógenos. Além disso, vários genes que codificam proteínas da parede celular têm sua regulação alterada mediante alta salinidade, seca e baixas temperaturas, indicando sua participação na resposta ao estresse hídrico. As Proteínas Híbridas Ricas em Prolina (HyPRPs) são glicoproteínas de parede celular com função pouco conhecida. O gene SbPRP (Glyma14g14220), membro da família HyPRP de soja, teve sua expressão aumentada perante a seca, ao estresse salino, a hormônios vegetais, ao ácido salicílico e a infecções virais em um trabalho onde foi utilizada a técnica de Northern blot. Com o objetivo de entender a atuação da proteína SbPRP na aclimatação da soja para tolerância à seca, a região codificadora do gene SbPRP foi isolada por PCR a partir do DNA total de Glycine max (cultivar IAS5), utilizando-se iniciadores específicos. Através do sistema Gateway-Invitrogen de clonagem por recombinação foram obtidas construções para superexpressão e silenciamento de SbPRP. Conjuntos embriogênicos somáticos das cultivares IAS5 e Vencedora foram submetidos ao protocolo de transformação, que combina bombardeamento com o sistema Agrobacterium e ao protocolo de biolística. Atualmente, embriões histodiferenciados encontram-se na fase de regeneração, já tendo sido obtidas cinco plântulas trifolioladas relativas à construção de superexpressão. Com o sequenciamento do genoma da soja foi possível a identificação de 35 genes HyPRP. Através de análises filogenéticas, envolvendo os 35 membros HyPRP de soja, o gene SbPRP (Glyma14g14220) ficou agrupado no mesmo clado composto por outros três genes HyPRP (Glyma04g06970, Glyma06g07070 e Glyma17g32100). Na tentativa de aumentar o conhecimento do papel biológico das HyPRPs em soja, foram delineados experimentos para verificação da resposta dos quatro genes do clado monofilético (Glyma04g06970, Glyma06g07070, Glyma17g32100 e Glyma14g14220). Transcritos do gene Glyma06g07070 não puderam ser detectados, sendo excluídos das análises. Foi possível avaliar os transcritos de três destes genes por PCR em Tempo Real, a partir de RNA de plantas de soja submetidas a tratamentos de alta salinidade, ácido abscísico (ABA), ácido salicílico e infecção por Phakopsora pachirizi (fungo causador da ferrugem asiática). Foram constatados aumentos significativos na expressão dos genes em diversos tempos após a inoculação de urediniósporos de P. pachirizi, em resposta a tratamento com ABA e em resposta ao ácido salicílico. O tratamento com sal reprimiu a expressão dos genes Glyma14g14220 e Glyma17g32100. Os resultados obtidos reforçam a possibilidade das HyPRPs estarem envolvidas em resposta a estresses bióticos e abióticos. / Abiotic stresses like drought, high salinity and high temperatures are the main causes of yield losses in agriculture, causing production decreases of more than 50% in the major crops around the world. Among the cited stresses, drought figures as one of the most important agents causing production decrease, even though plants have developed complex metabolic pathways to tolerate water deficit along evolution. The traditional cell wall functions known are: plant structure, cell format and size determination, and a role as mechanical barrier against pathogen attacks. Besides that, many genes encoding cell wall proteins have their regulation modified by high salinity, drought and low temperatures, which indicates a participation in response to water stress. The Hybrid Proline Rich Proteins (HyPRPs) are cell wall glycoproteins with poorly known function. The gene SbPRP (Glyma14g14220), a HyPRP soybean member, has its expression increased under drought conditions, high salinity, treatment with hormones, salicylic acid and viral infections. Aiming to understand the role of the SpPRP protein in the soybean drought tolerance acclimatation, the SbPRP gene coding sequence was isolated by PCR cloning using specific primers and Glycine max (cultivar IAS5) genomic DNA as template. Constructions were obtained through the Gateway system for SbPRP super expression and silencing. Somatic embryogenic (IAS5 and Vencedora soybean cultivars) sets were submitted to the combined Agrobacterium/bombardment or biolistic protocols. Histo-differentiated embryos are presently in the regeneration phase, and five tree-leaf-seedlings containing the super expression construction were already obtained. After the soybean genome sequencing, it was possible to identify 35 HyPRP genes. Based on phylogenetic analysis, the SbPRP gene has grouped in the same clade formed by three other HyPRP genes (Glyma04g06970, Glyma06g07070 and Glyma17g32100). Trying to increase the knowledge about a possible biological role of the soybean HyPRPs, experiments were delineated to check the response of the four monophyletic clade forming genes (Glyma04g06970, Glyma17g32100 and Glyma14g14220). Transcripts of three genes were detected and analyzed with Real Time PCR experiments after high salinity, ABA, and salicylic acid treatments, and Phakopsora pachirizi infection (Asian rust agent). Transcripts of the gene Glyma06g07070 were not detected in any experiment. An increase in the genes’ expression was observed after different treatment times after the P. pachirizi urediniospores inoculation, and in response to ABA and salicylic acid treatments. Salt treatment repressed the expression of Glyma14g14220 and Glyma17g32100. The results reinforce the possibility of HyPRP involvement in biotic and abiotic responses.

A qualidade da farinha de um lote de trigo determina a velocidade e o valor da sua comercialização. O conceito de qualidade é definido a partir da interpretação da análise de diversos parâmetros físicos, químicos e reológicos que possibilita sua indicação para determinada finalidade. O conhecimento das bases genéticas que determinam estas características e a influência do ambiente sobre elas é de interesse dos programas de melhoramento genético que objetivam criar cultivares com qualidade de farinha definida. Neste trabalho foram estudadas as características de qualidade relacionadas a dureza dos grãos, a força do glúten e a cor da farinha. Os experimentos foram conduzidos a campo nos anos de 2007 e 2008 na Estação Experimental Agronômica da UFRGS em Eldorado do Sul, na FUNDACEP em Cruz Alta e em Bom Jesus. Os principais objetivos foram: quantificar a contribuição genética de genitores com valor fenotípico semelhante; determinar parâmetros genéticos de herdabilidade e número de genes envolvidos na expressão das três características em populações de linhagens homozigotas recombinantes (LHR) e verificar a interação genótipo x ambiente (GxA), a adaptabilidade e a estabilidade de 20 cultivares e linhagens elites em seis ambientes do RS. Concluiu-se que os parâmetros de qualidade avaliados foram controlados por genes de efeito aditivos e não aditivos e identificou-se genótipos com maior capacidade para transferir às progênies seu valor fenotípico. A herança das características de cores da farinha e dureza dos grãos foi monogênica e para a força do glúten foi poligênica. A herdabilidade no sentido amplo foi de moderada a elevada para as três características. Os parâmetros de cor da farinha definidas pela luminosidade (L*) e coordenadas de cromaticidade (b*) foram significativamente influenciadas pela dureza dos grãos, sendo que as farinhas escuras derivaram de grãos mais duros. Nas populações de LHR estudadas, a força do glúten não foi correlacionada significativamente com a dureza dos grãos e cor da farinha, indicando a possibilidade de se obter genótipos recombinantes com farinha clara e glúten forte. Houve interação tríplice (genótipo x ano x local) para as três características e foi possível identificar genótipos com maior adaptabilidade e estabilidade. / Flour quality of a wheat lot determines the speed and the value of its commercialization. Quality concept is defined departing from the interpretation of the analysis of several physical, chemical and rheological parameters which determine its indication for a given purpose. The knowledge of the genetic basis which determines these characteristics and the environmental influence on them is of interest of genetic improvement programs aiming to release cultivars with well defined flour characteristics. This work studied the quality characteristics related to grain hardness, gluten strength and flour color. The experiments were carried out in the field in the years 2007 and 2008 at the Agronomic Experimental Station of the Federal University of Rio Grande do Sul, in Eldorado do Sul, and at FUNDACEP, in Cruz Alta and Bom Jesus. The main goals were: quantify the genetic contribution of genitors with similar phenotypic values; determine heritable genetic parameters and number of genes in recombinant inbred line (RIL) progeny population and check the interaction genotype x environment (G x E), the adaptability and the stability of 20 cultivars and elite progenies in six environments in Rio Grande do Sul. It was concluded that the quality parameters evaluated were controlled by additive and nonadditive effect genes, and genotypes with higher capacity to transfer to their progenies their phenotypic value were identified. The flour color parameters lightness (L*) and cromaticity coordinate (b*) grain hardness heritable characteristics were monogenic and for gluten strength polygenic. Heritability in the wide sense was moderate to high in the three characteristics studied. Flour colors were significantly influenced by grain hardness, and dark flours were derived from harder grains. In the RIL populations studied, gluten strength did not correlate significantly with grain hardness characteristics, indicating the possibility to obtain recombinant genotypes with light-colored strong gluten flour. There was triplex interaction (genotype x year x locality) for the three characteristics, and it was possible to identify genotypes with higher adaptability and stability.

O enrolamento do arroz é uma doença viral emergente no Brasil causada pelo Rice stripe necrosis virus (RSNV) que é transmitido pelo protozoário Polymyxa graminis. RSNV é um membro do gênero Benyvirus com genoma dividido em 4 RNAs de fita simples no sentido positivo (ssRNA +). Em função da falta de conhecimento sobre a seqüência de nucleotídeos do seu genoma, a detecção de RSNV através de métodos moleculares não é utilizada. O objetivo deste trabalho foi identificar seqüências do genoma de RSNV que possibilitassem sua detecção em plantas de arroz através da técnica de transcrição reversa seguida da reação em cadeia da polimerase (RT-PCR). As seqüências do genoma foram identificadas a partir de clones de uma biblioteca de cDNAs obtidos de uma amostra do vírus parcialmente purificado. Os clones que hibridizaram com sondas sintetizadas a partir de RNA de plantas infectadas com RSNV foram seqüenciados e comparados às seqüências do GenBank. Um fragmento de 957 nt da extremidade 3’ da fita de um dos 4 RNAs genômicos de RSNV foi obtido. A análise da seqüência nucleotídeos desse fragmento não revelou qualquer similaridade com seqüências conhecidas, tampouco indicou uma possível função. Um par de oligonucleotídeos iniciadores foi desenhado a partir de um clone que potencialmente contém uma seqüência de RSNV. A especificidade e a sensibilidade da RT-PCR utilizando esse par de oligonucleotídeos iniciadores, bem como sua eficiência na detecção do vírus em diferentes partes da planta de arroz, foram avaliadas. Os resultados indicam que a RT-PCR é específica para RSNV e pode detectar o vírus em tecido oriundo das raízes, do colo e de folhas com distorção. Comparada ao diagnóstico da doença através da observação de sintomas e de estruturas do vetor, a RT-PCR é uma ferramenta confiável para a diagnose do enrolamento do arroz.

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

A maioria das plantas transgênicas disponíveis atualmente possuem seus insertos regulados por promotores fortes que induzem uma transcrição intensa, permanente e generalizada, o que causa gastos energéticos desnecessários e dificulta a regeneração de um maior número de indivíduos transgênicos. O objetivo principal que norteou o presente trabalho foi desenvolver uma série de vetores plasmidiais contendo sequências promotoras projetadas e artificialmente sintetizadas para modular a expressão de genes de interesse em plantas. O promotor CaMV35S serviu como base para teste de elementos cis e geração de novos cassetes artificiais de expressão (CAEs). Os elementos cis TATA-box, CAAT-box e sítio de início da transcrição (TSS) originais da sequência de 90 pb do promotor mínimo CaMV35S foram substituídos pelos consensos já definidos para sequências promotoras de plantas, e a distância entre o TSS e o ATG de início da tradução, que originalmente era de 8 nucleotídeos, foi alterada para 75. Sítios de restrição para endonucleases foram introduzidos em posições estratégicas do promotor de forma a permitir a ligação dos elementos cis a serem testados e substituição de genes repórteres por genes de interesse. A distância entre o CAAT-box e o TATA-box, que originalmente era de 28 pb, foi alterada para 34 pb pela inclusão de um sítio para EcoRV na posição -46 do promotor artificial. Para compor o CAE, foram escolhidos o gene repórter tdTomato-ER e o terminador da nopalina sintase (Tnos). Foi desenvolvida, também, uma versão do CAE contendo o promotor CAMV35S (35S-CAE) integral para ser utilizada como controle positivo nesse trabalho. A partir de dados da literatura científica, foram selecionados os elementos cis W1, AC e RHE cujas atividades foram comprovadas como críticas à expressão regulada em sementes, tecidos vasculares e raízes respectivamente. Os elementos W1 e AC foram adaptados ao sítio de SmaI do CAE, dando origem às versões W1-CAE e AC-CAE. Não foram obtidas versões de RHE-CAE até o momento. Todas as versões do CAE obtidas nesse trabalho foram adaptadas ao vetor pKGW da série Gateway e empregadas para a transformação genética de Arabidopsis thaliana. Somente plantas transformadas com as versões CAE e 35S-CAE foram recuperadas. Sinais de fluorescências do gene repórter regulado pelas diferentes versões do CAE, necessários para validação da atividade promotora dos mesmos, não foram verificados em quaisquer das plantas recuperadas até o presente. / Most transgenic plants currently available have their inserts regulated by strong promoters that induce intense, permanent, and generalized transcription, which may cause unnecessary energy costs, preventing the regeneration of a larger number of transgenic events. The main purpose of this work was to develop a set of plasmid vectors containing designed promoter sequences, artificially synthesized to modulate the expression of genes of interest in plants. The CaMV35S was used as core promoter to test cis elements and to generate new artificial expression cassettes (AECs). Original-TATA box, CAAT-box and transcriptional start site (TSS) of the minimal 90 bp CaMV35S promoter sequence were replaced by already defined plant consensus sequences, and the distance between TSS and ATG, that was originally of 8 bp, was changed to 75 bp. Endonuclease restriction sites were introduced in strategic positions of the promoter in order to enable the cloning of cis elements and the replacement of reporter genes by genes of interest. The distance between CAAT-box and TATA-box, originally with 28 bp, was changed to 34 bp since one EcoRV site was included at position -46 of the artificial promoter. The reporter gene TdTomato-ER and the terminator of the nopaline synthase gene (Tnos) were chosen to compose the AEC. It was also developed an AEC version containing the CAMV35S promoter (35S-AEC) to be employed as positive control in this study. The W1, AC and RHE cis elements, whose activities were respectively proven as critical to the regulated expression in seeds, vascular tissues and roots, were selected from the scientific literature to be assayed. The W1 and AC cis elements were adapted to the SmaI site of the AEC, giving rise to the W1-AEC and AC-AEC versions. We did not obtain RHE-AEC versions. All AEC versions that were obtained in this study were ligated into pKGW vector of the Gateway series, and all vectors were employed to genetically transform Arabidopsis thaliana. Only plants transformed with the AEC and 35S-AEC versions were recovered. Fluorescence signals of the reporter gene regulated by AEC different versions, which were necessary for validation of promoter activity, were not observed in any of the recovered plants up to the present.

Trichoderma spp. são fungos benéficos que após interagir com as raízes melhora o vigor das plantas. Trichoderma spp. produzem uma variedade de MAMPs (Padrões Moleculares Associados a Micro-organismos) que estimulam a indução de resistência (IR) em plantas. A IR por Trichoderma spp. pode aumentar a resistência contra patógenos através das respostas mediadas por ácido salicílico (AS), ácido jasmônico (JA), etileno (ET). Estas respostas reguladas são antagônicas entre as diferentes vias de sinalização de defesa relacionadas à JA/ ET e AS, sensibilizando a planta para uma resistência melhorada contra patógenos. Neste estudo utilizamos um sistema entre três componentes Solanum lycopersicum, Trichoderma harzianum e Alternaria alternata. A sinalização molecular envolvido durante a supressão da doença por T. harzianum foi analisado nas plantas de tomate cv. Micro-Tom subsequente à infecção por A. alternata. As vias de sinalização de AS, JA e ET foram exploradas durante IR por T. harzianum. À aplicação dos esporos de T. harzianum nas raízes das plantas de tomate aumentou a resistência contra A. alternata causador da mancha foliar da cultura. O intervalo de 15 dias entre a aplicação de T. harzianum e de A. alternata foi suficiente para suprimir os sintomas causados por A. alternata no tomate. A severidade da doença foi estimada 96 horas após inoculação do patógeno desafiante. A quantificação do DNA por qPCR foi utilizado para verificar as diferenças da biomassa do patógeno. O resultado obtido da quantidade de DNA de A. alternata foi 74 vezes menor nas plantas previamente tratadas com T. harzianum isolado Th1 em comparação com as plantas não tratadas com Th 1. O tratamento com os hormônios etileno e metil jasmonato indicou que as vias do JA e ET estão parcialmente relacionadas com a suscetibilidade à A. alternata em plantas de tomate. Foi avaliado o fenótipo de IR de plantas de tomate silenciadas para o gene de fator de resposta de ET. A análise do desenvolvimento dos sintomas demonstrou que a IR por T. harzianum não envolveu a resposta do ET. Finalmente, análise da expressão gênica indica que a resistência induzida por T. harzianum é controlada pelo aumento da biossíntese do JA combinado com a diminuição da sinalização de resposta do AS e ET. / Trichoderma spp. are beneficial fungi that after interacting with the roots improves plant health. Trichoderma spp. produce a variety of MAMPs (Associated Molecular Patterns Micro-organisms) that stimulate the induction of resistance (IR) in plants. The IR by Trichoderma spp. can increase resistance against pathogens mediated through salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA), ethylene (ET) responses. These responses regulated are antagonistic between different defense signaling pathways related to JA/ET and AS, sensitizing the plant for enhanced resistance against pathogens. In this study we used a system of three components Solanum lycopersicum, Trichoderma harzianum and Alternaria alternata. The molecular signaling involved during disease suppression by T. harzianum was analyzed in tomato plants cv. Micro-Tom subsequent to infection by A. alternata. The signaling pathways of SA, JA and ET have been explored for IR T. harzianum. In the application of spores of T. harzianum in the roots of tomato plants increased resistance against A. alternata causing leaf spot of culture. The 15 day interval between application of T. harzianum and A. alternata was sufficient to suppress symptoms caused by A. alternata in tomato. The effect of IR elicited by T. harzianum was from his association with the roots of tomato for 15 days. Disease severity was estimated 96 hours after inoculation the challenge pathogen. DNA quantification by qPCR was used to determine differences in biomass of the pathogen. The result of the amount of DNA of A. alternata was 74 times lower in treated plants T. harzianum isolated Th1 compared with plants not treated with Th 1. Treatment with ethylene and methyl jasmonate indicated that the hormones JA and ET pathways are partially related to susceptibility to A. alternata in tomato plants. IR phenotype of tomato plants silenced for gene ET response factor was evaluated. The analysis of the development of symptoms demonstrated that IR by T. harzianum did not involve the response of ET. Finally, gene expression analysis indicates that IR by T. harzianum is controlled by increasing the biosynthesis of JA combined with the decrease in the response signaling SA and ET.