A duplicação in vitro do número de cromossomos constitui uma importante ferramenta para complementar as atividades convencionais de melhoramento genético da bananeira mediante a produção de autotetraploides, os quais serão utilizados em cruzamento com diploides melhorados para a geração de triploides secundários. O presente estudo teve por objetivos caracterizar morfoagronomicamente plantas de bananeira ‘Ouro’ e ‘Lidi’ oriundas de tratamentos para indução da duplicação dos cromossomos e investigar o comportamento meiótico e a fertilidade do pólen dos autotetraploides de ‘Lidi’. Os autotetraploides de ‘Lidi’ foram afetados pelo efeito da dosagem alélica, com aumento significativo em caracteres de interesse ao melhoramento quando comparado aos seus diploides originais, incluindo a resistência a Sigatoka amarela. Na caracterização citogenética as anormalidades variariam de 23.9% a 35,0% nos meiócitos dos diploides originais de Lidi e de 31,0% a 47,2% em seus autotetraploides, com maior concentração de anormalidades na metáfase I. As anormalidades mais comuns em todos os genótipos analisados com diferentes ploidias foram àquelas relacionados à ascensão precoce e segregação irregular de cromossomos que leva à formação de gametas desequilibrados. Embora tenham apresentado anormalidades meióticas, os autotetraploides de Lidi demonstraram boa fertilidade de pólen e, portanto, podem ser utilizados como parentais masculinos. Fertilidade feminina também foi detectada, pois as plantas produziram sementes, que variou de uma a três por planta, indicando que podem também, ser empregados como parentais femininos. / In vitro duplication of the chromosome number is an important tool to complement conventional activities in banana genetic breeding by autotetraploid production which to be used in crosses with improved diploids for developing secondary triploids. The present work aim to characterize morphologically ‘Ouro’ and ‘Lidi’ plants bananas from chromosome doubling and investigate the meiotic behavior and fertility of pollen grains of autotetraploids of ‘Lidi’. The autotetraploids from ‘Lidi’ were affected by allelic dosage, with significant increase in interesting traits for breeding when compared to their original diploids, including resistance to yellow Sigatoka. For the cytogenetic characterization the abnormalities varied from 23,9% to 35,0% in the meiocytes of the original Lidi diploids and of 31,0% to 47,2% in their autotetraploids with greater concentration of abnormalities in metaphase I. The most common abnormalities in all genotypes analyzed with different ploidy levels were those related to early rise and irregular segregation of chromosomes leading to the formation of unbalanced gametes. Although the Lidi autotetraploids presented meiotic abnormalities, they showed good pollen fertility and therefore may be used as male parents. Female fertility was also detected since plants produced seeds which varied from one to three per plant, indicating that may be used as female parents. / Dissertação submetida ao Colegiado de Curso do Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia e Embrapa Mandioca e Fruticultura, como requisito para obtenção do Grau de Mestre em Recursos Genéticos Vegetais.

A banana é considerada um bom modelo de estudo para a transformação amido-sacarose, já que acumula um teor alto de amido durante o desenvolvimento, que é degradado durante o amadurecimento. Já foram detectadas em polpa de banana atividade e proteína relativa a várias enzimas supostamente envolvidas no processo de degradação do amido. Entre elas, a α-amilase, a β-amilase, a amido fosforilase e as glucano-água-diquinases (GWD). Estas enzimas estão envolvidas em dois processos distintos de degradação de amido em plantas: o dependente da ação inicial da α-amilase e o dependente da fosforilação do grânulo pela GWD e PWD e posterior ação da β-amilase. A dificuldade do estabelecimento da participação efetiva de cada enzima no processo de degradação do amido está associada a muitos fatores, entre eles a não-correlação entre atividade e real envolvimento em um processo, e a acessibilidade da enzima ao seu substrato. Aliado ao estudo da morfologia do grânulo de amido e suas modificações sofridas durante o processo de degradação que ocorre durante o amadurecimento do fruto, estudos in vitro que simulem a ação da enzima sobre o seu substrato poderiam ser mais efetivos no estabelecimento da real ação de dada enzima sobre o suposto substrato. Tentativas no sentido de obter as proteínas relativa à degradação não foram bem sucedidas. Assim, os ensaios de grânulos de amido isolados versus enzimas foram feitos com α-amilase e β-amilase comerciais. O grau de fosforilação da amilopectina nas posições Glic-6 e Glic-3 foi determinado, condição necessária para o início da degradação do grânulo pela β-amilase. Os resultados mostraram que os grânulos de amido isolados de bananas recém colhidas, ou verdes, já estão fosforilados e as enzimas responsáveis por esta fosforilação estão associadas aos grânulos. Após 72 h de incubação dos grânulos de amido com as enzimas hidrolítica, os grânulos foram separados do tampão contendo as enzimas e os produtos de hidrólise. Os sobrenadantes foram analisados por cromatografia líquida acoplada a detector amperométrico e os grânulos por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados mostraram que a α-amilase hidrolisa preferencialmente regiões amorfas dos grânulos, com predominância de amilose, expondo as regiões mais cristalinas dos anéis de crescimento, enquanto que a β-amilase parece atuar preferencialmente nas regiões cristalinas dos grânulos, degradando os bloquetes, que são formados por amilopectina. Pode-se concluir que ambas as enzimas parecem ser importantes no processo de degradação do amido da banana, com diferentes especificidades. / Banana is considered a good model to study the starch-sucrose metabolism, since it accumulates a high starch content during development, which is degraded during fruit ripening. It have been detected in banana pulp some proteins and activities of several enzymes supposedly involved in starch degradation process. Among them, α-amylase, β-amylase, starch phosphorylase and glucan-water-diquinases (GWD). These enzymes are involved in two separate processes of starch degradation in plants: the initial action of α-amylase dependent, and the starch granule phosphorylation by GWD and PWD enzymes and subsequent action of β-amylase. The difficulty of establishing the effective participation of each enzyme in the starch degradation process is associated with many factors, including the lack of correlation between real activity and involvement in the process, and accessibility of the enzyme to its substrate. Allied to study the morphology of the starch granule and its modifications suffered during the process of degradation, which occurs during the fruit ripening, in vitro studies that simulate the action of the enzyme on its substrate could be more effective in establishing the real action of a given enzyme on the argued substrate. However, attempts to obtain the proteins related to the degradation process were unsuccessful. Thus, assays of isolated starch granules versus enzymes were made with commercial α-amylase and β-amylase enzymes. The degree of phosphorylation of amylopectin in the Gluc-6 and Gluc-3 positions was determined, a necessary condition for the start of degradation by β-amylase enzyme. The results showed that the starch granules isolated from freshly harvested bananas, or green, are already phosphorylated and the enzymes responsible for this phosphorylation is associated with the starch granules surface. After 72 h incubation of the starch granules with the hydrolytic enzymes, the granules were separated from the buffer containing the enzymes and the hydrolysis products. The supernatants were analyzed by liquid chromatography coupled with amperometric detector and the granules were visualized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The results showed that the α-amylase preferentially hydrolyzes amorphous regions of the granule, especially amylose, exposing more crystalline regions of the growth rings, whereas β-amylase appears to act preferentially on crystalline regions of the granule, degrading blocklets that consist of amylopectin. It can be concluded that both enzymes appear to be important in the banana starch degradation process, with different specificities.

A banana é considerada um bom modelo de estudo para a transformação amido-sacarose, já que acumula um teor alto de amido durante o desenvolvimento, que é degradado durante o amadurecimento. Já foram detectadas em polpa de banana atividade e proteína relativa a várias enzimas supostamente envolvidas no processo de degradação do amido. Entre elas, a α-amilase, a β-amilase, a amido fosforilase e as glucano-água-diquinases (GWD). Estas enzimas estão envolvidas em dois processos distintos de degradação de amido em plantas: o dependente da ação inicial da α-amilase e o dependente da fosforilação do grânulo pela GWD e PWD e posterior ação da β-amilase. A dificuldade do estabelecimento da participação efetiva de cada enzima no processo de degradação do amido está associada a muitos fatores, entre eles a não-correlação entre atividade e real envolvimento em um processo, e a acessibilidade da enzima ao seu substrato. Aliado ao estudo da morfologia do grânulo de amido e suas modificações sofridas durante o processo de degradação que ocorre durante o amadurecimento do fruto, estudos in vitro que simulem a ação da enzima sobre o seu substrato poderiam ser mais efetivos no estabelecimento da real ação de dada enzima sobre o suposto substrato. Tentativas no sentido de obter as proteínas relativa à degradação não foram bem sucedidas. Assim, os ensaios de grânulos de amido isolados versus enzimas foram feitos com α-amilase e β-amilase comerciais. O grau de fosforilação da amilopectina nas posições Glic-6 e Glic-3 foi determinado, condição necessária para o início da degradação do grânulo pela β-amilase. Os resultados mostraram que os grânulos de amido isolados de bananas recém colhidas, ou verdes, já estão fosforilados e as enzimas responsáveis por esta fosforilação estão associadas aos grânulos. Após 72 h de incubação dos grânulos de amido com as enzimas hidrolítica, os grânulos foram separados do tampão contendo as enzimas e os produtos de hidrólise. Os sobrenadantes foram analisados por cromatografia líquida acoplada a detector amperométrico e os grânulos por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e microscopia de força atômica (MFA). Os resultados mostraram que a α-amilase hidrolisa preferencialmente regiões amorfas dos grânulos, com predominância de amilose, expondo as regiões mais cristalinas dos anéis de crescimento, enquanto que a β-amilase parece atuar preferencialmente nas regiões cristalinas dos grânulos, degradando os bloquetes, que são formados por amilopectina. Pode-se concluir que ambas as enzimas parecem ser importantes no processo de degradação do amido da banana, com diferentes especificidades. / Banana is considered a good model to study the starch-sucrose metabolism, since it accumulates a high starch content during development, which is degraded during fruit ripening. It have been detected in banana pulp some proteins and activities of several enzymes supposedly involved in starch degradation process. Among them, α-amylase, β-amylase, starch phosphorylase and glucan-water-diquinases (GWD). These enzymes are involved in two separate processes of starch degradation in plants: the initial action of α-amylase dependent, and the starch granule phosphorylation by GWD and PWD enzymes and subsequent action of β-amylase. The difficulty of establishing the effective participation of each enzyme in the starch degradation process is associated with many factors, including the lack of correlation between real activity and involvement in the process, and accessibility of the enzyme to its substrate. Allied to study the morphology of the starch granule and its modifications suffered during the process of degradation, which occurs during the fruit ripening, in vitro studies that simulate the action of the enzyme on its substrate could be more effective in establishing the real action of a given enzyme on the argued substrate. However, attempts to obtain the proteins related to the degradation process were unsuccessful. Thus, assays of isolated starch granules versus enzymes were made with commercial α-amylase and β-amylase enzymes. The degree of phosphorylation of amylopectin in the Gluc-6 and Gluc-3 positions was determined, a necessary condition for the start of degradation by β-amylase enzyme. The results showed that the starch granules isolated from freshly harvested bananas, or green, are already phosphorylated and the enzymes responsible for this phosphorylation is associated with the starch granules surface. After 72 h incubation of the starch granules with the hydrolytic enzymes, the granules were separated from the buffer containing the enzymes and the hydrolysis products. The supernatants were analyzed by liquid chromatography coupled with amperometric detector and the granules were visualized by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM). The results showed that the α-amylase preferentially hydrolyzes amorphous regions of the granule, especially amylose, exposing more crystalline regions of the growth rings, whereas β-amylase appears to act preferentially on crystalline regions of the granule, degrading blocklets that consist of amylopectin. It can be concluded that both enzymes appear to be important in the banana starch degradation process, with different specificities.

Inaug.-diss.--Kiel. / Lebenslauf.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de uso do resíduo da extração de pigmento de cúrcuma na produção de filmes e coberturas. Para o estudo dos filmes, foram utilizados glicerol e sorbitol como plastificantes e avaliados os efeitos da concentração de farinha de cúrcuma e do plastificante sobre as propriedades mecânicas, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água (PVA), molhabilidade, atividade antioxidante, teor de curcuminóides e teor de compostos fenólicos totais utilizando um Delineamento Central Composto Rotacional 22, e os resultados foram avaliados utilizando a metodologia de superfície de resposta (MSR). A concentração de farinha afetou de forma positiva a espessura, PVA e o teor de curcuminóides totais dos filmes plastificados com glicerol e sorbitol. Entretanto, esta variável afetou as propriedades de solubilidade, molhabilidade e teor de compostos fenólicos totais somente dos filmes com glicerol. A concentração de plastificante (glicerol ou sorbitol) afetou significativamente a solubilidade, PVA e molhabilidade de ambos os filmes. Filmes de farinha de cúrcuma com boas propriedades mecânicas, baixa permeabilidade ao vapor de água, alta atividade antioxidante, alto teor de curcuminóides e alto teor de compostos fenólicos totais podem ser produzidos utilizando 27,9 a 30 g glicerol/100 g farinha ou 30 a 42 g sorbitol/100 g farinha e concentração de farinha na faixa de 5% a 6,41%. A cobertura de farinha de cúrcuma contendo 6% de farinha e 30 g glicerol/100 g de farinha foi aplicada em bananas Maçã (Musa acuminata) armazenadas a 27ºC e 65% UR. Assim, foi avaliado o efeito da cobertura na qualidade pós-colheita das bananas em função à suas características físico-químicas como perda de massa, firmeza da polpa, pH, acidez titulável, sólidos solúveis, açúcares redutores e cor da casca. Os resultados mostraram que a cobertura foi eficiente em diminuir a perda de massa, o teor de açúcares redutores, a acidez, a perda da firmeza e a cor da casca principalmente durante a etapa de maturação do fruto. Entretanto, não foi observado grande efeito da cobertura sobre o pH e o teor de sólidos solúveis durante o período estudado. As bananas sem a cobertura tiveram vida útil de 6 dias, enquanto as bananas com cobertura tiveram vida útil de 9 dias. / This study aimed to evaluate the potential use of turmeric dye extraction residue in the production of films and coatings. To study the films, glycerol and sorbitol were used as plasticizers. A central composite rotational design 22 helped to analyze the effects of turmeric flour concentration and plasticizers on the mechanical properties, solubility, permeability to water vapor (PVA), wettability, antioxidant activity, curcuminoids content, and content of phenolic compounds in the films. The results were evaluated by means of the response surface methodology (RSM). The flour concentration affected the thickness, PVA, and total content of curcuminoids in the films plasticized with glycerol or sorbitol. However, this variable affected the solubility properties, wettability, and content of phenolic compounds of the films plasticized with glycerol only. The concentration of plasticizer (glycerol or sorbitol) significantly impacted the solubility, wettability, and PVA of both films. The parameters 27.9 to 30 g of glycerol/100 g of flour or 30 to 42 g of sorbitol g/100 g of flour and flour concentration ranging from 5 to 6.41% afforded turmeric flour films with good mechanical properties, low water vapor permeability, high antioxidant activity, high curcuminoid content, and high content of phenolic compounds. The turmeric flour coating containing 6% flour and 30 g of glycerol/100 g of flour was applied to bananas (Musa acuminata) stored at 27 °C and 65% RH. Then, the effect of the coating on the postharvest quality of the bananas in terms of the physical and chemical characteristics of the fruit such as weight loss, firmness, pH, titratable acidity, soluble solids, reducing sugars, and skin color were examined. The coating efficiently diminished weight loss, reducing sugar content, acidity, and loss of firmness and skin color especially during the maturation step. However, the coating did not significantly affect the pH and soluble solids during the study period. The bananas without the coating had shelf life of six days, whereas the coated bananas had shelf life of nine days.

Dentre os vários processos que concorrem para o amadurecimento da banana, a degradação do amido e sua conversão em açúcares solúveis, principalmente sacarose, são dois dos processos mais relevantes para a obtenção o sabor doce característico do fruto maduro. Embora venha sendo estudado há anos, ainda não foram esclarecidos quais os mecanismos regulatórios e os possíveis sinais hormonais envolvidos no controle da degradação do amido e na síntese da sacarose. O presente estudo objetivou avaliar o efeito do ácido indol-3-acético (AIA), um hormônio da classe das auxinas com reconhecido efeito retardador do amadurecimento, sobre o metabolismo amido-sacarose e algumas enzimas correlacionadas, em bananas. Observou-se um forte efeito retardador do hormônio sobre a degradação do amido no amido durante o amadurecimento de fatias de bananas infiltradas com uma solução contendo AIA em manitol, em comparação com fatias controle infiltradas apenas com manitol. As atividades de alfa e ß-amilase e alfa-1,4-glicosidase neutra foram afetadas pelo AIA, apresentando atraso no desenvolvimento de suas atividades durante o amadurecimento, quando comparadas às fatias controle. A atividade da fosforilase de amido aparentemente não foi afetada. A transcrição do mRNA da ß-amilase foi atrasada pelo AIA e pôde ser correlacionada ao atraso na degradação do amido Os resultados sugerem que o atraso na mobilização do amido provocado pelo AIA deve decorrer de seus efeitos sobre as enzimas amilolíticas. O trabalho também sugere a relevância da ß-amilase para o processo e que esta enzima, ao menos em parte, é regulada por transcrição. No sentido da síntese de sacarose, as atividades de SuSy e SPS não mostraram alterações significativas. A transcrição do mRNA da SuSy e da SPS não foram afetadas. O atraso no acúmulo da sacarose, observado nas fatias infiltradas com o hormônio, pode ser conseqüência da limitação de substrato para a síntese deste açúcar devido ao atraso na degradação do amido. Medidas de etileno revelaram que a produção deste hormônio não foi afetada pelo AIA, sugerindo que a degradação do amido, pelo menos em parte possa ser um evento etileno- independente. Medidas da forma livre do AIA endógeno nas fatias controle e em bananas inteiras, mostraram que os níveis desta auxina decrescem durante o amadurecimento, atingindo os menores valores durante a mobilização do amido. Nas fatias tratadas, as medidas da forma livre do AIA e de seus conjugados mostraram a existência de um eficiente sistema capaz de mobilizar o excesso do hormônio no tecido e acomodando os níveis da forma livre aos mesmos encontrados nas fatias controle e nas bananas inteiras. Esta observação pode ser temporalmente correlacionada ao atraso na degradação do amido. O presente estudo mostrou não apenas a capacidade do AIA em afetar o metabolismo amido-sacarose em bananas mas também sugere que este hormônio pode ser parte dos sinais que regulam o madurecimento em bananas. / During banana ripening, starch degradation and sucrose formation are important processes responsible for the sweetening of ripe fruit. Although has been studied for several years, the regulation and hormonal signals that control these metabolic processes still remains not clear. The objective of this work has been evaluate the effect of indole-3-acetic acid (IAA), an auxin with inhibitory effect on ripening, on starch-to-sucrose metabolism and some correlated enzymes. The results showed a delay on starch degradation in slices infiltrated with IAA plus mannitol comparing to slices infiltrated only with mannitol. The activities of alfa- and ß-amylase and alfa-1,4-glucosidase was delayed. Starch phosphorylase was not affected. These results suggest that IAA can delay starch degradation inhibiting, at least partially, the amylolitic activity. Synthesis of ß-amylase mRNA was strong delayed on IAA-treated slices comparing to control slices, indicating that this enzyme could be, at least partially, regulated at the transciptional level. In sucrose synthesis direction, sucrose synthase (SuSy) and sucrose-phosphate synthase (SPS) activities and mRNA transcription were not affected. This suggests that delay on sucrose formation could be a consequence of lack of substrate, since starch degradation was inhibited. Ethylene measurements didn\'t reveal any significant differences between control and IAA-treated slices suggesting that starch degradation on banana ripening could be a ethylene-independent event. Free endogenous IAA measurements on control slices and whole banana fruit showed that this IAA fraction decrease continuously in the pulp of banana during ripening, reaching the lowest levels at the same time that starch degradation begun. On IAA-treated slices, the free plus conjugate IAA showed the existence of an efficient system that mobilized the hormone excess and brought the free IAA to the same levels of control and whole fruit. This could be timely correlated with the delay on starch degradation. This work shows not only that IAA can delay the starch degradation but also suggest that IAA could be part of regulatory signals involved on banana ripening.

O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial de uso do resíduo da extração de pigmento de cúrcuma na produção de filmes e coberturas. Para o estudo dos filmes, foram utilizados glicerol e sorbitol como plastificantes e avaliados os efeitos da concentração de farinha de cúrcuma e do plastificante sobre as propriedades mecânicas, solubilidade, permeabilidade ao vapor de água (PVA), molhabilidade, atividade antioxidante, teor de curcuminóides e teor de compostos fenólicos totais utilizando um Delineamento Central Composto Rotacional 22, e os resultados foram avaliados utilizando a metodologia de superfície de resposta (MSR). A concentração de farinha afetou de forma positiva a espessura, PVA e o teor de curcuminóides totais dos filmes plastificados com glicerol e sorbitol. Entretanto, esta variável afetou as propriedades de solubilidade, molhabilidade e teor de compostos fenólicos totais somente dos filmes com glicerol. A concentração de plastificante (glicerol ou sorbitol) afetou significativamente a solubilidade, PVA e molhabilidade de ambos os filmes. Filmes de farinha de cúrcuma com boas propriedades mecânicas, baixa permeabilidade ao vapor de água, alta atividade antioxidante, alto teor de curcuminóides e alto teor de compostos fenólicos totais podem ser produzidos utilizando 27,9 a 30 g glicerol/100 g farinha ou 30 a 42 g sorbitol/100 g farinha e concentração de farinha na faixa de 5% a 6,41%. A cobertura de farinha de cúrcuma contendo 6% de farinha e 30 g glicerol/100 g de farinha foi aplicada em bananas Maçã (Musa acuminata) armazenadas a 27ºC e 65% UR. Assim, foi avaliado o efeito da cobertura na qualidade pós-colheita das bananas em função à suas características físico-químicas como perda de massa, firmeza da polpa, pH, acidez titulável, sólidos solúveis, açúcares redutores e cor da casca. Os resultados mostraram que a cobertura foi eficiente em diminuir a perda de massa, o teor de açúcares redutores, a acidez, a perda da firmeza e a cor da casca principalmente durante a etapa de maturação do fruto. Entretanto, não foi observado grande efeito da cobertura sobre o pH e o teor de sólidos solúveis durante o período estudado. As bananas sem a cobertura tiveram vida útil de 6 dias, enquanto as bananas com cobertura tiveram vida útil de 9 dias. / This study aimed to evaluate the potential use of turmeric dye extraction residue in the production of films and coatings. To study the films, glycerol and sorbitol were used as plasticizers. A central composite rotational design 22 helped to analyze the effects of turmeric flour concentration and plasticizers on the mechanical properties, solubility, permeability to water vapor (PVA), wettability, antioxidant activity, curcuminoids content, and content of phenolic compounds in the films. The results were evaluated by means of the response surface methodology (RSM). The flour concentration affected the thickness, PVA, and total content of curcuminoids in the films plasticized with glycerol or sorbitol. However, this variable affected the solubility properties, wettability, and content of phenolic compounds of the films plasticized with glycerol only. The concentration of plasticizer (glycerol or sorbitol) significantly impacted the solubility, wettability, and PVA of both films. The parameters 27.9 to 30 g of glycerol/100 g of flour or 30 to 42 g of sorbitol g/100 g of flour and flour concentration ranging from 5 to 6.41% afforded turmeric flour films with good mechanical properties, low water vapor permeability, high antioxidant activity, high curcuminoid content, and high content of phenolic compounds. The turmeric flour coating containing 6% flour and 30 g of glycerol/100 g of flour was applied to bananas (Musa acuminata) stored at 27 °C and 65% RH. Then, the effect of the coating on the postharvest quality of the bananas in terms of the physical and chemical characteristics of the fruit such as weight loss, firmness, pH, titratable acidity, soluble solids, reducing sugars, and skin color were examined. The coating efficiently diminished weight loss, reducing sugar content, acidity, and loss of firmness and skin color especially during the maturation step. However, the coating did not significantly affect the pH and soluble solids during the study period. The bananas without the coating had shelf life of six days, whereas the coated bananas had shelf life of nine days.

Dentre os vários processos que concorrem para o amadurecimento da banana, a degradação do amido e sua conversão em açúcares solúveis, principalmente sacarose, são dois dos processos mais relevantes para a obtenção o sabor doce característico do fruto maduro. Embora venha sendo estudado há anos, ainda não foram esclarecidos quais os mecanismos regulatórios e os possíveis sinais hormonais envolvidos no controle da degradação do amido e na síntese da sacarose. O presente estudo objetivou avaliar o efeito do ácido indol-3-acético (AIA), um hormônio da classe das auxinas com reconhecido efeito retardador do amadurecimento, sobre o metabolismo amido-sacarose e algumas enzimas correlacionadas, em bananas. Observou-se um forte efeito retardador do hormônio sobre a degradação do amido no amido durante o amadurecimento de fatias de bananas infiltradas com uma solução contendo AIA em manitol, em comparação com fatias controle infiltradas apenas com manitol. As atividades de alfa e ß-amilase e alfa-1,4-glicosidase neutra foram afetadas pelo AIA, apresentando atraso no desenvolvimento de suas atividades durante o amadurecimento, quando comparadas às fatias controle. A atividade da fosforilase de amido aparentemente não foi afetada. A transcrição do mRNA da ß-amilase foi atrasada pelo AIA e pôde ser correlacionada ao atraso na degradação do amido Os resultados sugerem que o atraso na mobilização do amido provocado pelo AIA deve decorrer de seus efeitos sobre as enzimas amilolíticas. O trabalho também sugere a relevância da ß-amilase para o processo e que esta enzima, ao menos em parte, é regulada por transcrição. No sentido da síntese de sacarose, as atividades de SuSy e SPS não mostraram alterações significativas. A transcrição do mRNA da SuSy e da SPS não foram afetadas. O atraso no acúmulo da sacarose, observado nas fatias infiltradas com o hormônio, pode ser conseqüência da limitação de substrato para a síntese deste açúcar devido ao atraso na degradação do amido. Medidas de etileno revelaram que a produção deste hormônio não foi afetada pelo AIA, sugerindo que a degradação do amido, pelo menos em parte possa ser um evento etileno- independente. Medidas da forma livre do AIA endógeno nas fatias controle e em bananas inteiras, mostraram que os níveis desta auxina decrescem durante o amadurecimento, atingindo os menores valores durante a mobilização do amido. Nas fatias tratadas, as medidas da forma livre do AIA e de seus conjugados mostraram a existência de um eficiente sistema capaz de mobilizar o excesso do hormônio no tecido e acomodando os níveis da forma livre aos mesmos encontrados nas fatias controle e nas bananas inteiras. Esta observação pode ser temporalmente correlacionada ao atraso na degradação do amido. O presente estudo mostrou não apenas a capacidade do AIA em afetar o metabolismo amido-sacarose em bananas mas também sugere que este hormônio pode ser parte dos sinais que regulam o madurecimento em bananas. / During banana ripening, starch degradation and sucrose formation are important processes responsible for the sweetening of ripe fruit. Although has been studied for several years, the regulation and hormonal signals that control these metabolic processes still remains not clear. The objective of this work has been evaluate the effect of indole-3-acetic acid (IAA), an auxin with inhibitory effect on ripening, on starch-to-sucrose metabolism and some correlated enzymes. The results showed a delay on starch degradation in slices infiltrated with IAA plus mannitol comparing to slices infiltrated only with mannitol. The activities of alfa- and ß-amylase and alfa-1,4-glucosidase was delayed. Starch phosphorylase was not affected. These results suggest that IAA can delay starch degradation inhibiting, at least partially, the amylolitic activity. Synthesis of ß-amylase mRNA was strong delayed on IAA-treated slices comparing to control slices, indicating that this enzyme could be, at least partially, regulated at the transciptional level. In sucrose synthesis direction, sucrose synthase (SuSy) and sucrose-phosphate synthase (SPS) activities and mRNA transcription were not affected. This suggests that delay on sucrose formation could be a consequence of lack of substrate, since starch degradation was inhibited. Ethylene measurements didn\'t reveal any significant differences between control and IAA-treated slices suggesting that starch degradation on banana ripening could be a ethylene-independent event. Free endogenous IAA measurements on control slices and whole banana fruit showed that this IAA fraction decrease continuously in the pulp of banana during ripening, reaching the lowest levels at the same time that starch degradation begun. On IAA-treated slices, the free plus conjugate IAA showed the existence of an efficient system that mobilized the hormone excess and brought the free IAA to the same levels of control and whole fruit. This could be timely correlated with the delay on starch degradation. This work shows not only that IAA can delay the starch degradation but also suggest that IAA could be part of regulatory signals involved on banana ripening.

Made available in DSpace on 2011-03-23T21:19:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Item created via OAI harvest from source: http://www.bdtd.ufpa.br/tde_oai/oai2.php on 2011-03-23T21:19:16Z (GMT). Item's OAI Record identifier: oai:bdtd.ufpa.br:95 / In tropical regions, intensive banana (Musa accuminata) monocropping has severe agronomic and environmental impacts, and the sustainability of this production is actually highly compromised. Yield reductions are principally due to the decrease of soil fertility and root systems damages by sod fungus and nematodes. Several alternatives actually aim to improve sustainable banana cropping systems. Among them, the cultivation of banana in cover-cropping systems with legumes is a promising one. The development of such systems, however, mainly depends on me knowledge and control of how the mixed component crop competes and affects the production of the principal banana crop. The goal of this study is to estimate the functioning of the banana canavalia ensiformis cover-crop system in field conditions Canavalia is an annual legume that is supposed to have nematode control properties. In this study, however, we focus only on the capacity of banana to perform in such cropping systems, under competition for environmental resources. It is a prerequisite to the development of further investigations uppon bio-control mechanisms that could be managed in integrated protection systems. An analysis of the elaboration of yield components during the vegetative phase of the growing cycle of the banana crop was performed: it is during that phase that the potential yield (number of fruits and fruit filling) is determined, and it is assumed that legume competition can affect yield elaboration. Three treatments were carried out: (i) BPO : banana pure crop, (ii) BA0 simultaneous mixed banana-canavalia, (iii) BA60: -mixed banana-canavalia with banana planted 2 months after canavalia. Growth and development parameter were registered weekly by non destructive methods (leaf area, leaf phenology, stipe height and diameter for banana, and canopy extension for canavalia). Destructive sampling were carried out twice a month to determine above ground dry matter (DM) and mineral composition of banana in the different treatments. In addition to this agronomical evaluation, we developed a banana-intercropped modal adapted from the STICS model for validation and scenario analysis. The analysis of the vegetative cycle of banana over 7 months shows that the plantation date is crucial for the success of the intercrop. There was no significant difference between BP0 and BA0 for DM before flowering (4,5 t MS ha-1 for BP0 against 4,2 t MS ha-1 for BA0). The number of weddings is also significantly reduced for 8 to 3 between BP0 and BA0, respectively. Bananas performances are, however, more affected in BP60. Here, banana DM is reduced lo 2,7 t ha-1, that can be explicated by a higher adverse effect by the canavalia that was dominant at the plantation of banana -- 74 cm height against 29 cm for banana. The performed yield analysis may be considered as an efficient approach for the evaluation of the vegetative phase of the banana, growing sole or intercropped. The analysis of the reproductive phase is actually carried out and should complete this first diagnosis. Model validation under simulated vs. observed data was satisfying. Scenario studies of pure crop situations predicted yield values of 28 ha -1 against 20 t ha -1 (1) in situation with 400 kg nitrogen ha -1 and 133 mm irrigation, (ii) in situations without fertilizers and irrigation, respectively. A simulated yield of 16 t ha-1 was obtained in the case of intercrop without inputs. Test of contrasting scenarios may be used as a decision tool for the definition of adapted intercropping patterns - optimization of plant density and synchronization of the plantation dates of the two species, for instance -, and new agronomical standards may be studied. These investigations, however, must be carried on with the purpose of mean and long term effects evaluation of these cover-cropping systems in relation with the evolution of soil bio-physic-chemical properties - organic matter status and evolution, soil fauna transformation, weeding -, and sustainability. / Nas regiões de clima tropical, o monocultivo da banana vem causando conseqüências ambientais desastrosas e, muitas vezes, impedindo uma exploração continuada de uma mesma área. A redução do rendimento é devido principalmente as limitações físico-químicas do solo e a rápida degradação do sistema radicular, agravada pela ação de parasitas do solo (nematóides, fungos, etc.). Em virtude destas limitações, várias iniciativas vem sendo buscadas para a minimização das perdas agronômicas e ambientais, destacando-se o melhoramento e a modificação genética, e a associação deste cultivo com espécies leguminosas. Porém uma das grandes dificuldades de avaliarmos os novos sistemas de cultivo alternativos concentra-se na falta de referenciais agronômicos relacionados principalmente com o funcionamento de sistemas de cultivos associados, especialmente relacionados aos fatores e condições que interferem diretamente na definição do rendimento da espécie principal. O presente estudo testou , em campo experimental, o uso de plantas de serviço associada a bananeira e seus efeitos na produção de biomassa durante seu o ciclo vegetativo. Isto porque é durante esta fase que a bananeira constrói sua capacidade de reservas de fotoassimilados e, consequentemente, define o potencial de produção e enchimento dos frutos. Além do monocultivo, definiu-se mais duas parcelas associadas com o feijão-de- porco: 1) o plantio simultâneo das duas espécies e; 2) o plantio de feijão-de-porco e, após 2 meses, a introdução da banana. Além de acompanhamento semanal das parcelas, realizou-se, bimensalmente, coletas destrutivas de dados sobre produção de matéria seca, superfície foliar e análise nutricional das plantas. Após a análise agronômica da fase vegetativa, aplicou-se a modelização dos sistemas de cultivo estudados e comparou-se os possíveis cenários sobre o rendimento final da bananeira, além de outros indicadores sobre os fatores de crescimento das plantas. Após o acompanhamento dos 7 primeiros meses do ciclo vegetativo, concluiu-se que a data de estabelecimento da associação foi determinante para o sucesso do cultivo associado. Podemos destacar que a associação entre a bananeira e o feijão-de-porco não causou limitações na produção de biomassa (4,2 ton/ha), quando comparada com o monocultivo (4,5 ton/ha). A redução do número de capinas também foi um indicador animador deste sistema de cultivo alternativo. Por outro lado, quando a bananeira foi plantada 60 dias após a leguminosa, a mesma representou uma séria limitação na produção de biomassa (2,7 ton/ha). Esta limitação deveu-se ao estado de forte competição devido a agressividade com que o feijão-de-porco recobria toda a parcela e alcançando uma altura (74 cm) superior que a muda de banana (29 cm). Em relação a primeira parte da metodologia aplicada - o diagnóstico agronômico -, a mesma foi eficiente para a avaliação do ciclo vegetativo da associação estudada, ficando a necessidade da continuidade do acompanhamento do ciclo reprodutivo, para a confirmação dos resultados em termos de formação e produção de frutos. Na fase de modelização, chegou-se a uma leitura dos resultados próxima dos resultados obtidos no campo. Em termos de rendimento em frutos, o monocultivo com adubação (400 kg/ha de nitrogênio) e irrigação (133 mm) teve um aumento na ordem de 50% no rendimento final (28 ton/ha) Quando comparada com a parcela nas condições reais do experimento (19,6 ton/ha). Já o rendimento em frutos da associação, apresentou o mesmo resultado com e sem adubação e irrigação (16 ton/ha). No tocante a contrução dos cenários, confirmou-se novamente algumas das vantagens da associação, principalmente na redução da adubação nitrogenada aplicada nos sistemas convencionais de cultivo. Finalmente, podemos imaginar a construção de várias formas de testar e otimizar o uso destes sistemas associados (cenários). Porém, confirma-se que a construção de novos referenciais agronômicos sobre sistemas de cultivo mais complexos (os cultivos associados) torna-se ainda muito necessário para a realização de avaliações mais precisas sobre estas alternativas. E, com estes novos referenciais técnicos, podemos imaginar, a médio e longo prazo, alguns dos benefícios das leguminosas sobre as propriedades físico-químicas do solo cultivado (cobertura viva, adubo verde, redução de adventícias, etc) e sobre a manutenção do rendimento dos cultivos (adubação verde). / Dans les régions tropicales, la monoculture de la banane (Musa accuminata) a des impacts agro-environnementaux désastreux, et interdit une exploitation continue de la parcelle en culture. La réduction du rendement de la banane est principalement liée aux limitations physico-chimiques du sol et à la rapide dégradation du système racinaire sous l’action des parasites du sol (nématodes et champignons). Du fait de ces limitations, diverses alternatives sont aujourd’hui proposées pour minimiser les problèmes agronomiques et environnementaux, parmi lesquelles l’association de la culture de la banane avec des légumineuses constitue une voie intéressante. Une des grandes difficultés pour évaluer ces nouveaux systèmes de culture tient à l’absence de références agronomiques sur les systèmes de culture associés, notamment des facteurs et conditions de production pouvant affecter l’élaboration du rendement de l’espèce principale. Cette étude a pour objectif l’évaluation au champ de l’association de la banane avec une plante de service - Canavalia ensiformis – qui en plus d’être une légumineuse fixatrice d’azote, posséderait des propriétés némato-régulatrices. Avant de s’intéresser concrètement à ces propriétés, il importe de mieux comprendre l’aptitude du bananier à supporter la présence d’une plante associée. L’analyse des effets du canavalia sur la production de biomasse de la culture de banane a été suivie durant la phase végétative. C’est en effet durant cette phase que la banane élabore ses réserves en hydrates de carbone et que se définit le potentiel de production et de remplissage des fruits. Trois traitements ont été étudiés sous l’angle de l’élaboration des composantes du rendement de la banane : (i) BP0 : banane en culture pure, (ii) BA0 : banane associée au canavalia en plantation simultanée, (iii) BA60 : banane associée au canavalia en respectant un décalage de 2 mois entre la plantation du canavalia et la plantation de la banane. Un suivi hebdomadaire non destructif des paramètres de croissance et de développement des 2 espèces sur les 3 parcelles a été réalisé (surface foliaire, rythme de développement des feuilles, hauteur et diamètre du pseudo-tronc pour le bananier, extension du couvert du canavalia), et des prélèvements destructifs de biomasse de bananier ont été effectuées 2 fois par mois permettant l’analyse de la nutrition minérale des plantes. En parallèle à cette évaluation agronomique, une modélisation de la culture de la banane a été réalisée sur la base du modèle STICS, et différents scénarios de systèmes de cultures ont été étudiés. Le diagnostic portant sur les 7 premiers mois du cycle végétatif montre que la date de mise en place de l’association est déterminante pour le succès de la culture associée. L’association simultanée de la banane et de la légumineuse (BA0) ne provoque pas de réduction significative de la biomasse produite (4,5 t MS ha-1 pour BP0 contre 4,2 t MS ha-1 pour BA0). La réduction du nombre de sarclages pour BA0 est également très significative (8 sarclages en BP0 contre 3 en BA0). En revanche, dans le traitement BA60, la culture de banane subit une série de limitations. La production de biomasse est très affectée (2,7 t MS ha-1), et s’explique par une compétition plus forte exercée par le canavalia qui est beaucoup plus couvrant et qui atteint une hauteur de 74 cm, supérieure à celle de la banane en début de cycle (29 cm). L’analyse des composantes du rendement s’est révélée une méthode efficace pour évaluer la phase végétative de l’association étudiée ; l’analyse de la phase reproductive est en cours et devrait compléter cette première évaluation. La validation du modèle a été probante en permettant de simuler des résultats proches de ceux obtenus sur le terrain. Des études de scénarios ont permis des prédictions de rendement de 28 t ha-1 contre 20 t ha-1, pour le traitement en banane pure, conduit respectivement (i) avec une fertilisation de 400 kg d’azote ha-1 et une irrigation de 133 mm, (ii) sans apports d’engrais. Le rendement de l’association sans fertilisation et sans irrigation atteint 16 tonnes de fruits par hectare. La construction de différents scénarios peut donc être conduite dans la perspective de tester et d’optimiser les modalités d’association : optimisation des densités de plantation et du calage des cycles, par exemple. La construction de nouveaux référentiels agronomiques sur ces bases est donc possible. Ces travaux se doivent d’être poursuivis em vue d’évaluer les effets à moyen et long terme de ce type d’association sur l’évolution des propriétés bio-physico-chimiques du sol cultivé et de sa fertilité - évolution de la matière organique en relation avec les restitutions de la plante de service, évolution de la faune et de la flore du sol, contrôle des mauvaises herbes – , pour statuer sur la durabilité de ces systèmes de culture.

Banana is the most important fruit crop in the world but ironically one of the crops least studied. This fruit constitutes a major staple food for millions of people in developing countries and also it is considered the highest selling fruit in the world market making this crop a very important export commodity for the producing countries. At the present time, one of the most significant constraints of banana production that causes significant economical losses are fungal diseases. Among these, Panama disease, also known as Fusarium wilt has been the most catastrophic. Panama disease is caused by the soil-borne fungus Fusarium oxysporum formae specialis (f.sp) cubense (FOC), which infects susceptible bananas through the roots causing a lethal vascular wilt. To date, the race 4 of this pathogen represents the most serious threat to banana production worldwide since most of the commercial cultivars are highly susceptible to this pathogen. Introduction of FOC resistance into commercial cultivars by conventional breeding has been difficult because edible bananas are sterile polyploids without seeds. Genetic transformation of banana, which has already been established in various laboratories around the world has the potential to solve this problem by transferring a FOC race 4 resistance gene into susceptible banana cultivars (eg. Cavendish cultivars). However, a FOC resistant (R) gene has not been isolated. Genes that confer resistance to Fusarium oxysporum have been isolated from tomato and melon using a map-based positional cloning approach. The tomato I2 and melon Fom-2 genes belong to the non-Toll/interleukin like receptors (TIR) subclass of nucleotide-binding site and leucine-rich repeat (NBS-LRR) R genes. These genes confer resistance only to certain races of F. oxysporum in their corresponding plant families limiting their use in other plant families. The fact that these two Fusarium resistance genes share the same basic non-TIR-NBS-LRR structure suggests a similar Fusarium resistance mechanism is shared between the families Solanaceae and Cucurbitaceae. This observation opens the possibility to find similar Fusarium resistance genes in other plant families including the Musaceae. A remarkable discovery of a population of the wild banana Musa acuminata subspecies (ssp.) malaccensis segregating for FOC race 4 resistance was made by Dr. Ivan Buddenhagen (University of California, Davis) in Southeast Asia. Research carried out at Queensland Department of Primary Industries (Australia) using this plant material has demonstrated that a single dominant gene is involved in FOC race 4 resistance (Dr. Mike Smith, unpublished results). Tissue-culture plantlets of this FOC race 4 segregating population were kindly provided to the Plant Biotechnology Program (Queensland University of Technology) by Dr. Mike Smith to be used in our research. This population holds the potential to assist in the isolation of a FOC race 4 resistance gene and other potential Fusarium resistance genes. The overall aims of this research were to isolate and characterise resistance gene candidates of the NBS-type from M. acuminata ssp. malaccensis and to identify and characterise potential Fusarium resistance genes using a combination of bioinformatics and gene expression analysis. Chapter 4 describes the isolation by degenerate PCR of five different classes of NBS sequences from banana (Musa acuminata ssp malaccensis) designated as resistance gene candidates (RGCs). Deduced amino acid sequences of the RGCs revealed the typical motifs present in the majority of known plant NBS-LRR resistance genes. Structural and phylogenetic analyses showed that the banana RGCs are related to non-TIR subclass of NBS sequences. The copy number of each class was estimated by Southern hybridisation and each RGC was found to be in low copy number. The expression of the RGCs was assessed by RT-PCR in leaf and root tissues of plants resistant or susceptible to Fusarium oxysporum f. sp. cubense (FOC) race 4. Four classes showed a constitutive expression profile whereas no expression was detected for one class in either tissue. Interestingly, a transcriptional polymorphism was found for RGC2 whose expression correlated with resistance to FOC race 4 suggesting a possible role of this gene in resistance to this devastating FOC race. Moreover, RGC2 along with RGC5 showed significant sequence similarity to the Fusarium resistance gene I2 from tomato and were chosen for further characterisation. The NBS sequences isolated in this study represent a valuable source of information that could be used to assist the cloning of functional R genes in banana. Chapter 5 describes the isolation and characterisation of the full open reading frame (ORF) of RGC2 and RGC5 cDNAs. The ORFs of these two banana RGCs were predicted to encode proteins that showed the typical structure of non-TIR-NBS-LRR resistance proteins. Homology searches using the entire ORF of RGC2 and RGC5 revealed significant sequence similarity to the Fusarium resistance gene I2 from tomato. Interestingly, the phylogenetic analysis showed that RGC2 and RGC5 were grouped within the same phylogenetic clade, along with the Fusarium resistance genes l2 and Fom-2. These findings suggest that the banana RGC2 and RGC5 are potential resistance gene candidates that could be associated with Fusarium resistance. The case of RGC2 is more remarkable because its expression was correlated to FOC race 4 resistance (Chapter 4). As a first step to test whether RGC2 has a role in FOC race 4 resistance, different expression constructs were made with the ORF of this sequence. One of the constructs contains a RGC2 putative promoter region that was successfully cloned in this work. These constructs will be used to transform susceptible banana plants that can then be challenged with FOC race 4 to assess whether resistance has been acquired by genetic complementation. The results of this thesis provide interesting insights about the structure, expression and phylogeny of two potential Fusarium resistance genes in banana, and provide a rational starting point for their functional characterisation. The information generated in this thesis may lead to the identification of a Fusarium resistance gene in banana in further studies and may also assist the cloning of Fusarium resistance genes in other plant species.