Ratoon stunting disease (RSD) is a serious disease that affects all sugarcane producing countries. The major symptom of RSD is plant growth reduction, which is only seen in ratoon plants, causing up to 80% biomass reduction depending on environmental conditions. The disease is due to Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), a gram-positive and nutritionally fastidious bacterium that so far has been found to specifically colonize the xylem vessels of sugarcane. However, the successful early detection of this pathogen is currently the main challenge for RSD prevention. Breeding for resistance to RSD, although not in practice, is a viable control measure. Since sugarcane varieties differ in relation to their degree of colonization by Lxx and losses are directly related to population densities of the pathogen in the plant, a promising breeding strategy would be to select for genotypes that are resistant to bacterial multiplication. Thus, knowledge on the responses of sugarcane to RSD at the \"omics\" level is an essential starting step to identify key metabolic targets for breeding resistant varieties. The overall goal of this study is to determine the metabolic profiles of a susceptible (CB49-260) and resistant (SP80-3280) variety inoculated or not with Lxx and to compare the results with existing proteomic and transcriptomic data to define a core of targets (proteins, genes, and metabolites) that can be tested as markers of resistance in a collection of sugarcane varieties. Bacterial titers were quantified by Real-Time PCR (qPCR). The metabolites were profiled from the leaves and from the xylem saps collected at 30 and 120 days after inoculation (DAI). Untargeted analysis were performed with Gas Chromatography - Mass Spectrometry (GC-MS) and were carried out on leaves and sap from 120 DAI. Targeted analysis was executed with Liquid Chromatography - Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS) on both tissues at both timepoints. To validate metabolomics results, a set of metabolites was chosen to be tested in vitro, in order to detect growth alterations caused to Lxx. qPCR confirmed the susceptibility of CB49-260 as it had higher titers than SP80-3280. Global analysis revealed that both varieties and tissues have different metabolic profiles but that those differences are more quantitative than qualitative. The targeted approach identified more amino acids, sugars, organic acids and phosphorylated compounds in the non-inoculated susceptible genotype, while the resistant one had higher abundance of phenolics. It was also shown that inoculation with Lxx results in more relative abundance of amino acids, organic acids, phosphorylated compounds and phenolics. Furthermore, a key amino acid for Lxx survival was related to inoculation on both varieties, as well as a known phenolic compound related to plant defense. Distinguished phenolics resulting from the targeted analysis were selected to evaluate their effect on Lxx growth in vitro. Although some compounds caused inhibition, further optimization of the methodology is needed to confirm these results. / O Raquitismo-da-soqueira (RSD) é uma grave doença que afeta todos os paises produtores de cana-de-açúcar. O principal sintoma do RSD é tamanho reduzido das plantas, observado apenas nas plantas-soca, o que pode resultar em perdas de biomassa em até 80%, dependendo das condições climáticas. A doença é causada por Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), uma bactéria gram-positiva e fastidiosa, descrita até o presente momento como hospedeira natural apenas da cana-de-açúcar, colonizando principalmente os vasos do xilema. Todavia, a detecção precoce deste patógeno é o principal desafio para prevenção do RSD. O melhoramento genético para resistência ao RSD, apesar de viável, não é uma medida de controle adotada na prática. Como existe diferenças entre as variedades de cana em relação ao grau de colonização por Lxx e as perdas estão diretamente relacionadas ao título bacteriano, uma estratégia de melhoramento promissora é a seleção de genótipos que apresentam resistência à multiplicação bacteriana. Portanto, o conhecimento das respostas da cana-de-açúcar ao RSD em termos \"ômicos\" é um passo inicial primordial para a identificação de alvos-chave para melhorar variedades resistentes. O objetivo geral deste estudo foi determinar os perfis metabólicos de duas variedade, uma suscetível (CB49-260) e uma resistente (SP80-3280) inoculada ou não com Lxx e comparar os resultados com dados já existentes de proteômica e transcriptômica para definir um núcleo de alvos (proteínas, genes e metabólitos) que possam ser testados como marcadores de resistência em uma coleção de cana-de-açúcar. Os títulos bacterianos foram quantificados por PCR em tempo real (qPCR). Os perfis metabólicos foram elaborados a partir de folhas e fluído xilemático coletados aos 30 e 120 dias após inoculação (DAI). A análise não-direcionada foi realizada por cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (GC-MS), usando folhas e extratos coletados aos 120 DAI. Já a análise direcionada foi efetivada via cromatografia líquida acoplada à espectrometria de massas em tandem (LC-MS/MS), em ambos tecidos e tempos de coleta. Para validar os resultados de metabolômica, um grupo de metabólitos destacado nas análises de metabolômica foi escolhido para testes in vitro e por fim detectar alterações no crescimento de Lxx. O resultado do qPCR confirmou a suscetibilidade da CB49-260, pois esta continha títulos superiores à SP80-3280. A análise global revelou que ambos variedades e tecidos possuem perfis metabólicos distintos, porém essas diferenças foram mais quantitativas que qualitativas. A análise direcionada identificou mais aminoácidos, açúcares, ácidos organicos e compostos fosforilados no genótipo suscetível não-inoculado, enquanto que o resistente apresentou maior abundância de compostos fenólicos. Também foi demonstrado que a inoculação com Lxx resultou em maior quantidade de aminoácidos, ácidos orgânicos, compostos fosforilados e fenólicos. Ademais, um aminoácido essencial à sobrevivência de Lxx foi relacionado à inoculação de ambas variedades, assim como um composto fenólico relacionado a defesa de plantas. O teste in vitro mostrou que, apesar de alguns compostos causarem inibição, é necessário aprimorar a metodologia utilizada para confirmar os resultados obtidos.

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum ssp.), no qual o estado de São Paulo é responsável por mais de 50% da produção. Esta cultura é hospedeira de diversos patógenos que podem limitar sua produção, dentre os quais se destaca a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), agente causal do raquitismo da soqueira (ratoon stunting disease - RSD). Pouco se sabe sobre a fisiologia deste organismo e quais as estratégias utilizadas por este para colonizar seu hospedeiro. No entanto, sabemos que para infectar e colonizar seus hospedeiros, é necessário que bactérias parasíticas superem estresses de diversas naturezas impostas durante estes processos, como os estresses oxidativo e o osmótico. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram identificar in silico e analisar a expressão in vitro, por qPCR, de genes relacionados a estes dois estresses. Uma análise da sequência do genoma de Lxx identificou 35 genes, sendo 8 relacionados ao estresse oxidativo, 9 relacionados ao estresse osmótico e 11 relacionados a estresse gerais, incluindo um cluster de 6 genes envolvidos na síntese de carotenoides. A expressão destes foi avaliada 60 minutos após exposição a 30mM de H2O2 ou 7% (p/v) de polietilenoglicol 6000 (PEG 6000). Sete genes foram avaliados como normalizadores das reações de qPCR. A quantificação do grau de peroxidação lipídica indicou que ambos os tratamentos resultaram em sensível peroxidação, muito embora o efeito do tratamento com PEG 6000 tenha sido maior do que o tratamento com H2O2. A exposição ao H2O2 aumentou a expressão dos genes katA (catalase), sodA (superóxido dismutase), msrA (Sulfóxido de metionina redutase) e msrB (Sulfóxido de metionina redutase) bem como de todos os genes responsáveis pela síntese de carotenoides. Por outro lado, todos os genes relacionados ao estresse osmótico foram menos expressos na presença deste composto. Já quando a bactéria foi exposta a PEG 6000, o oposto ocorreu, ou seja, os genes relacionados ao estresse osmótico, que são otsA (Trealose-6-fosfato sintase), otsB (Trealose fosfatase), treY (Malto-oligosil trealose sintase), treZ (Malto-oligosil trealose trealoidrolase), treS (Trealose sintase), proX (Proteína de ligamento em substrato, tipo ABC glicina betaína transportadora), proW (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora), proZ (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora) e Naggn (Amidotransferase), além dos genes do cluster carotenoide, foram mais expressos, ao passo que alguns dos genes ligados à resposta ao estresse oxidativo foram menos expressos. Verificou-se também, através de PCR convencional utilizando primers para amplificar as regiões entre os genes carotenoides, que estes são expressos como um RNA policistrônico, constituindo assim um operon. Estes resultados validam predições anteriores baseadas na análise in silico da sequência do genoma de Lxx, confirmando que Lxx possui mecanismos responsivos aos estresses osmótico e oxidativo aos quais é submetida durante o processo de infecção de seu hospedeiro. / Currently, Brazil is the largest producer of sugarcane (Saccharum spp.) and the state of São Paulo accounts for over 50% of the national production. This crop is host to many pathogens that may limit its production, among which the bacterium Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), causal agent of ratoon stunting disease (RSD), is one of the most important. Little is known about the physiology of this organism and the strategies it uses to colonize its host. However, it is known that to infect and colonize their hosts, parasitic bacteria have to overcome stresses of various natures imposed during these processes, such as oxidative and osmotic stresses. In such context, the objectives of this study were to identify in silico and to analyze in vitro, by qPCR, the expression of Lxx genes related to these two stresses. The analysis of the genome sequence of Lxx identified 35 genes, of which 8 were related to oxidative stress, 9 to osmotic stress and 11 to general stress, including a cluster of 6 genes involved in the synthesis of carotenoids. The expression of these genes was assessed 60 minutes after exposure to either 30 mM of hydrogen peroxide (H2O2) or 7% (w/v) of polyethylene glycol 6000 (PEG6000). Seven genes were tested as normalizers of the qPCR reactions. The quantification of the level of lipid peroxidation in cells of Lxx indicated that both treatments induced substantial peroxidation, even though the effect of PEG6000 was greater than that of H2O2. The exposure to H2O2 resulted in higher expression of the genes katA (catalase), sodA (superoxide dismutase), msrA (sulfoxide methionine reductase) and msrB (sulfoxide methionine reductase), as well as all genes involved in the synthesis of carotenoids. On the other hand, the expression of all genes related to osmotic stress was reduced in the presence of this compound. When Lxx was exposed to PEG6000, the opposite was detected: the expression of the genes related to osmotic stress, otsA (Trehalose-6- phosphate synthase), otsB (trehalose phosphatase), treY (Malto-oligosil trehalose synthase) treZ (Malto-oligosil trehalose trehaloidrolase), treS (trehalose synthase), proX (ligament protein substrate, type ABC glycine betaine carrier), proW (permease protein, ABC type glycine betaine carrier), proZ (protein permease, type ABC glycine betaine carrier) and naggn (amidotransferase), along with the carotenoid genes was increased, while some of the genes linked to oxidative stress response were less expressed. It was also concluded through conventional PCR that the genes of the carotenoid cluster are expressed as a polycistronic RNA and, therefore, this arrangement constitutes an operon. These results validate previous in silico predictions that Lxx has mechanisms responsive to osmotic and oxidative stresses to which it is subjected during the process of infection of its host.

Ratoon stunting disease (RSD), caused by the bacterium Leifsonia xyli subsp xyli, is well established in most sugarcane growing regions of the world and is considered to cause more yield losses worldwide than any other sugarcane disease (Hughes, 1974). In South Africa, field trials have demonstrated that yield reductions under rainfed conditions can exceed 40% in highly susceptible varieties (Bailey and Bechet, 1986). When cane is grown under irrigation, yield losses are less noticeable but still significant in many varieties (Bailey and Bechet, 1995). It is estimated that RSD currently results in a one percent reduction in industrial production in South Africa and between 10 and 20% in other African countries where South African varieties are grown (Bailey and McFarlane, 1999; Rutherford et al., 2003). For many years, the reaction of different sugarcane varieties to RSD has been based on large, replicated yield loss trials grown over a number of years under rainfed and irrigated conditions. Although these trials provide valuable information, they are time-consuming and require large areas of uniform land. They are therefore not suitable for incorporation into a routine disease screening programme in which large numbers of genotypes are assessed for their reactions to the important diseases occurring in the industry. As a result, the susceptibility of new commercial varieties to RSD is only known several years after release to the growers. The main objective of this study was to establish a suitable method to reliably evaluate sugarcane genotypes for RSD resistance as part of the plant breeding and selection programme. Emphasis was placed on the use of the tissue blot immunoassay (TBlA) developed by Harrison and Davis (1988) and modified by Davis et al (1994), in relation to the more traditional methods of variety assessment, such as the rate of spread of RSD in the field at harvest and yield loss trials. Although the immunoassay protocol was not altered, slight modifications to the blotting procedure resulted in clearer blots that were easier to interpret. Internode position and the age of the cane were shown to have a marked effect on the extent of colonisation and ultimately the RSD resistance rating. A trial investigating the effect of the extent of colonisation on the rate of spread of RSD at harvest was conducted and showed that the relationship between spread and colonisation was highly significant. This indicated that RSD spread more rapidly through varieties such as N14 and N22 that supported high populations of L. xyli subsp xyli. The control plots in the same trial provided useful information on the extent of colonisation in the twelve varieties planted. In another trial, the effect of RSD on the yield components of six commercially grown varieties was investigated and TBIA was also conducted to compare the two methods of variety assessment. The relationship between yield loss and the extent of colonisation was significant in both the plant and first ratoon crops. TBIA produced consistent results and the ranking of the six varieties was virtually identical, despite the different growing conditions during the two crop cycles. In an attempt to screen large numbers of genotypes under controlled glasshouse conditions, .TBIA was also tested on RSD-infected sugarcane transplants (seedlings). The results of this trial were variable and could not be reliably used as a screening tool. Based on the findings of this study, TBIA has now been adopted as a quicker and cheaper alternative to immunofluorescence microscopy for diagnosing RSD in sugarcane transplants. More importantly, TBIA has been accepted as a method of screening genotypes routinely for resistance to RSD and the first screening trial was planted in November 2002. It will now be possible to inform sugarcane growers of the RSD status of the new varieties as they are released, enabling them to make more informed decisions on how to manage each variety. This information will also be valuable when selecting parents in the crossing programme, with a long term view of improving the general resistance of commercially grown varieties to RSD. This should ultimately result in a substantial reduction in RSD levels in the industry. / Thesis (M.Sc.)-University of Natal, Durban, 2003.

Made available in DSpace on 2016-08-17T18:39:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3653.pdf: 2793009 bytes, checksum: 247e499e66ebb17e3eb07a818050fc9a (MD5) Previous issue date: 2010-09-30 / The sugar cane is a semiperennial plant currently considered one of the most important crops in the world due to its ability to produce renewable energy (ethanol) and sugar. The soil quality, water availability and temperature are the main effects that made Brazil the largest producer. However some factors influence the sugarcane productivity, mainly diseases. Among them we can cite the ratoon stunting disease caused by the bacteria Leifsonia xyli subsp. xyli worldwide known to cause up-to-30% losses in the productivity. The spread of infected seedlings and the absence of external symptoms make it difficult to diagnose and require the use of laboratory techniques. Thermotherapy, cutting-material cleaning with detergent solutions and the use of resistant varieties are the key measures to contain the disease. Due to its easy spread and high rates of reduction in the productivity the objective of this study was to evaluate how the effect of four different concentrations of Lxx for four cuts, would affect the interaction varieties x cuts x bacterial concentration. Therefore it evaluates possible losses on the technological variants and the reliability of Dot blot test for the PCR from DNA extraction according to the protocol of CTAB. The analyzed data showed no significant reduction in varieties productivity in none of the four different bacterial concentrations including the control plants, as well as in technological variables on study. According to data the Dot blot technique was more sensitive than the PCR conditions utilized in this study. / A cana-de-açúcar é uma planta semi perene considerada atualmente uma das mais importantes culturas agrícolas no mundo devido a sua capacidade de produzir energia renovável (álcool) e açúcar. A qualidade do solo, a disponibilidade de água e principalmente a temperatura são os principais efeitos que tornaram o Brasil o maior produtor mundial. Entretanto alguns fatores interferem na produtividade dos canaviais principalmente as doenças. Dentre elas podemos citar o raquitismo-das-soqueiras causado pela bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli mundialmente conhecido por causar perdas que podem chegar a 30% na produtividade. A disseminação de mudas contaminadas e a ausência de sintomas externos tornam difícil sua diagnose sendo necessário o uso de técnicas laboratoriais. Termoterapia, limpeza de material de corte com soluções detergentes e uso de variedades resistentes são as principais medidas para conter a doença. Devido a sua fácil disseminação e as altas taxas de redução na produtividade o objetivo deste trabalho foi avaliar como o efeito de quatro diferentes concentrações de Lxx, durante quatro cortes, afetaria as interações variedades x cortes x concentração bacteriana. Além de avaliar possíveis perdas nas variáveis tecnológicas e a confiabilidade do teste de Dot blot em relação ao PCR a partir da extração de DNA de acordo com o protocolo de CTAB. Os dados analisados mostraram que não houve redução significativa na produtividade das variedades em nenhuma das quatro diferentes concentrações bacterianas inclusive nas plantas testemunhas, assim como nas variáveis tecnológicas em estudo. De acordo com os dados a técnica de Dot blot mostrou-se mais sensível que a do PCR nas condições empregadas neste trabalho.

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum ssp.), no qual o estado de São Paulo é responsável por mais de 50% da produção. Esta cultura é hospedeira de diversos patógenos que podem limitar sua produção, dentre os quais se destaca a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), agente causal do raquitismo da soqueira (ratoon stunting disease - RSD). Pouco se sabe sobre a fisiologia deste organismo e quais as estratégias utilizadas por este para colonizar seu hospedeiro. No entanto, sabemos que para infectar e colonizar seus hospedeiros, é necessário que bactérias parasíticas superem estresses de diversas naturezas impostas durante estes processos, como os estresses oxidativo e o osmótico. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram identificar in silico e analisar a expressão in vitro, por qPCR, de genes relacionados a estes dois estresses. Uma análise da sequência do genoma de Lxx identificou 35 genes, sendo 8 relacionados ao estresse oxidativo, 9 relacionados ao estresse osmótico e 11 relacionados a estresse gerais, incluindo um cluster de 6 genes envolvidos na síntese de carotenoides. A expressão destes foi avaliada 60 minutos após exposição a 30mM de H2O2 ou 7% (p/v) de polietilenoglicol 6000 (PEG 6000). Sete genes foram avaliados como normalizadores das reações de qPCR. A quantificação do grau de peroxidação lipídica indicou que ambos os tratamentos resultaram em sensível peroxidação, muito embora o efeito do tratamento com PEG 6000 tenha sido maior do que o tratamento com H2O2. A exposição ao H2O2 aumentou a expressão dos genes katA (catalase), sodA (superóxido dismutase), msrA (Sulfóxido de metionina redutase) e msrB (Sulfóxido de metionina redutase) bem como de todos os genes responsáveis pela síntese de carotenoides. Por outro lado, todos os genes relacionados ao estresse osmótico foram menos expressos na presença deste composto. Já quando a bactéria foi exposta a PEG 6000, o oposto ocorreu, ou seja, os genes relacionados ao estresse osmótico, que são otsA (Trealose-6-fosfato sintase), otsB (Trealose fosfatase), treY (Malto-oligosil trealose sintase), treZ (Malto-oligosil trealose trealoidrolase), treS (Trealose sintase), proX (Proteína de ligamento em substrato, tipo ABC glicina betaína transportadora), proW (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora), proZ (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora) e Naggn (Amidotransferase), além dos genes do cluster carotenoide, foram mais expressos, ao passo que alguns dos genes ligados à resposta ao estresse oxidativo foram menos expressos. Verificou-se também, através de PCR convencional utilizando primers para amplificar as regiões entre os genes carotenoides, que estes são expressos como um RNA policistrônico, constituindo assim um operon. Estes resultados validam predições anteriores baseadas na análise in silico da sequência do genoma de Lxx, confirmando que Lxx possui mecanismos responsivos aos estresses osmótico e oxidativo aos quais é submetida durante o processo de infecção de seu hospedeiro. / Currently, Brazil is the largest producer of sugarcane (Saccharum spp.) and the state of São Paulo accounts for over 50% of the national production. This crop is host to many pathogens that may limit its production, among which the bacterium Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), causal agent of ratoon stunting disease (RSD), is one of the most important. Little is known about the physiology of this organism and the strategies it uses to colonize its host. However, it is known that to infect and colonize their hosts, parasitic bacteria have to overcome stresses of various natures imposed during these processes, such as oxidative and osmotic stresses. In such context, the objectives of this study were to identify in silico and to analyze in vitro, by qPCR, the expression of Lxx genes related to these two stresses. The analysis of the genome sequence of Lxx identified 35 genes, of which 8 were related to oxidative stress, 9 to osmotic stress and 11 to general stress, including a cluster of 6 genes involved in the synthesis of carotenoids. The expression of these genes was assessed 60 minutes after exposure to either 30 mM of hydrogen peroxide (H2O2) or 7% (w/v) of polyethylene glycol 6000 (PEG6000). Seven genes were tested as normalizers of the qPCR reactions. The quantification of the level of lipid peroxidation in cells of Lxx indicated that both treatments induced substantial peroxidation, even though the effect of PEG6000 was greater than that of H2O2. The exposure to H2O2 resulted in higher expression of the genes katA (catalase), sodA (superoxide dismutase), msrA (sulfoxide methionine reductase) and msrB (sulfoxide methionine reductase), as well as all genes involved in the synthesis of carotenoids. On the other hand, the expression of all genes related to osmotic stress was reduced in the presence of this compound. When Lxx was exposed to PEG6000, the opposite was detected: the expression of the genes related to osmotic stress, otsA (Trehalose-6- phosphate synthase), otsB (trehalose phosphatase), treY (Malto-oligosil trehalose synthase) treZ (Malto-oligosil trehalose trehaloidrolase), treS (trehalose synthase), proX (ligament protein substrate, type ABC glycine betaine carrier), proW (permease protein, ABC type glycine betaine carrier), proZ (protein permease, type ABC glycine betaine carrier) and naggn (amidotransferase), along with the carotenoid genes was increased, while some of the genes linked to oxidative stress response were less expressed. It was also concluded through conventional PCR that the genes of the carotenoid cluster are expressed as a polycistronic RNA and, therefore, this arrangement constitutes an operon. These results validate previous in silico predictions that Lxx has mechanisms responsive to osmotic and oxidative stresses to which it is subjected during the process of infection of its host.

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O método sorológico \"tissue blot enzyme immunoassay\" foi utilizado para determinar a taxa de colonização dos vasos do xilema por Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) em colmos de 28 variedades de cana-de-açúcar, incluindo a CB47-355, CB41-76 e CB49-260 como padrão resistente, intermediário e suscetível, respectivamente. Para cada variedade, 16 gemas foram tratadas termicamente a 50,5ºC por 2 horas e, em seguida, submetidas a banho fungicida a base de benomyl na dose de 6,5 g do princípio ativo por 10 litros de água. Oito gemas foram imersas por 10 minutos em caldo da CB49-260 sabidamente colonizada por Lxx diluído em água destilada na proporção 1:5 (\"INOCULADO\") e a outra metade em água (\"SADIO\"). Após a inoculação, foram plantados três vasos (repetições) para o tratamento, sendo as plantas mantidas em casa-de-vegetação até a colheita durante 7 meses, quando então 2 colmos de cada vaso foram amostrados para determinar a taxa de colonização dos vasos. A variedade CB47-355 não apresentou nenhum vaso colonizado, enquanto na CB41-76 e CB49-260 a taxa de colonização foi igual a 17% e 76%, sendo classificadas como resistente, intermediária e suscetível, respectivamente, concordando com literatura prévia. Das variedades em teste, 12 comportaram-se como intermediárias e 13 como suscetíveis. No primeiro caso, a %VC variou de 7 a 25 e, nas suscetíveis, de 25,7 a 76. Portanto, o aumento da taxa de colonização é praticamente linear da mais resistente para a mais suscetível, o que é característico de caráter quantitativo. Considerando que nenhuma variedade comercial mostrou-se resistente e que Lxx causa perdas significativas em todos os países produtores de cana-de-açúcar, sugere-se que os programas de melhoramento devem dirigir programas para a seleção de genitores e progênies para obter variedades resistentes. Enquanto isso não ocorre, atenção dever ser dada para o uso de mudas indexadas. / The tissue blot immunoassay (TBIA) for detecting Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) colonized vascular bundles (CVB) were used in determining the reaction of 28 brazilian sugarcane cultivars to ratoon stunting disease (RSD), including CB47-355, CB41-76 e CB49-260 as resistant, intermediate and susceptible standards. For each cultivar, 16 buds were hot water treated at 50,5 oC for 2 hours and protected against root rots with benomyl. Eight buds of each cultivar were than inoculated with infected sap of the CB49-260 diluted 1:5 in water, and the remaining 8 buds were inoculated with distilled water for planting the control plots. The reps of each cultivar were planted in plastic plots at green house. At harvesting, seven months after planting, two stalks were sampled from each plot. The rate of colonization of vascular bandles by Lxx in stalks of each cultivar was determined. Statistical analysis by the univariate clustering method (Scott-Knott) was reliable for grouping genotypes according to their levels of Lxx resistance by the percentage of CVB. The cultivar CB47-355 did not present any CVB, while CB41-76 and CB49-260 presented 17% and 76%, being classified as resistant, intermediate and susceptible, in agreement with previous literature. Among the varieties in test, 12 were intermediates and 13 susceptibles. The percent of CVB among the intermediate and susceptible cultivars varied from 7% to 25% and 25,7 to 76%, respectively. The knowledge of resistance of each cultivar is essential for advising the use of complementary phytossanitary measures to control the disease. Since all cultivars are intermediate or susceptible, the sugarcane breeding programs need specific works for selection and releasing of resistant cultivars. Before this, schemes of nurseries and the use clean seed cane are recommended.

O Brasil, maior produtor mundial de cana-de-açúcar, produzirá cerca de 642 milhões de toneladas em 9 milhões de hectares plantados da cultura na safra 2014/2015. A cana-de-açúcar, assim como a maioria das culturas semi-perenes, naturalmente perde produtividade ao longo dos cortes e o setor canavieiro se preocupa com a longevidade dos canaviais, que é limitado, entre outros fatores, por doenças bióticas. O raquitismo das soqueiras (Ratoon Stunting Disease - RSD) é considerada a doença mais importante da cultura por causar significativas perdas em produtividade. O agente causal do RSD é a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx); o gênero é cosmopolita e apresenta inúmeras espécies. No entanto, a subespécie Lxx tem como único hospedeiro natural conhecido a cana-de-açúcar. O estudo de hospedeiros alternativos deste patógeno reveste-se de importância pela possibilidade de outras espécies servirem como fonte de inóculo para a cana-de-açúcar e também pela possibilidade da descoberta de um hospedeiro experimental que permita o estudo do RSD em condições experimentais mais favoráveis do que a cana-de-açúcar. O presente trabalho realizou um levantamento de possíveis hospedeiros alternativos de Lxx cultivados a partir de sementes ou coletados em áreas de cultivo de cana-de-açúcar empregando pares de primers desenvolvidos especificamente para a bactéria. O trabalho também objetivou analisar o desenvolvimento de três genótipos de sorgo após inoculações artificiais com Lxx. A bactéria não foi detectada em todos os vinte e sete hospedeiros analisados, sendo vinte e duas espécies de gramíneas, confirmando que seu único hospedeiro é a cana-de-açúcar. Por outro lado, Lxx infectou as três espécies de sorgo e causou significativa redução tanto em altura como em diâmetro das plantas comparado a plantas não infectadas. Conclui-se, portanto, que Lxx não coloniza naturalmente várias gramíneas, no entanto diferentes genótipos de sorgo podem ser usados como hospedeiros experimentais para estudos de RSD. / Brazil is the main world producer of sugarcane, with a predicted production of 642 million tons in approximately 9 million hectares in the 2014/2015 harvest. As most semi-perennial crops, its productivity is reduced along successive cropping (ratoons). Thus, increasing the longevity of sugarcane crops, which is limited by biotic diseases, is an important goal for Brazil´s sugar industry. Ratoon stunting disease (RSD) is considered the most important disease of sugarcane because it causes significant losses in productivity. RSD is caused by the bacteria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), a cosmopolitan genus with numerous species. However, to date sugarcane is the only known natural host of this pathogen. Identifying alternative hosts of Lxx is important not only because they might represent an additional source of inoculum but also because some might represent a better working model to the study of RSD than sugarcane. This study carried out a PCR-based screening of potential Lxx hosts with primers developed to specifically detect Lxx, using as source seeds or plant specimens collected in sugarcane fields. The effect of artificial inoculations of Lxx on the growth of three sorghum cultivars was also analyzed. Lxx was not detected in all twenty-seven alternative hosts tested, out of which twenty represented grass species, thus confirming the specificity of the Lxx-sugarcane relationship. In addition, Lxx infected the three sorghum genotypes and significantly reduced their height and diameter when compared to non-infected plants. It is concluded that Lxx does not infect other grass species; however sorghum genotypes can be used as experimental hosts in the study of RSD.

A cana-de-açúcar é uma das principais culturas agroindustriais do Brasil. Como outras culturas de importância econômica, é também afetada por diversos patógenos como fungos, bactérias, vírus e fitoplasmas que podem limitar sua produção. A bactéria fastidiosa Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) é o agente causal do raquitismo-da-soqueira da cana-de-açúcar (RSD). Esta doença não apresenta sintomas externos característicos de fácil reconhecimento. Dessa forma, a incidência do RSD pode não ser perceptível durante inspeções visuais de campo e, assim, ser facilmente disseminado de uma região para outra. A bactéria restrita ao xilema é transmitida mecanicamente de plantas infectadas para plantas saudáveis por meio da seiva presente em ferramentas de corte e em outros equipamentos durante o plantio, o cultivo e a colheita da cultura. Em razão da importância da cana-de-açúcar e do dano causado por Lxx, este trabalho visou avaliar a termoterapia e o cultivo in vitro em dois experimentos direcionados à obtenção de plantas de cana-de-açúcar da variedade SP80-3280 livres de Leifsonia xyli subsp. xyli e, assim, fornecer subsídio para o aprimoramento das medidas atuais de controle. O primeiro experimento combinou a termoterapia de toletes de uma gema (52 °C por 30 minutos) com o cultivo de meristemas apicais de três tamanhos (0,5 mm, 1,0 mm e 1,5 mm); o segundo combinou três tempos de termoterapia (1 hora, 2 horas e 3 horas) a 50 °C em gemas laterais imaturas isoladas do tolete com o cultivo in vitro. No primeiro experimento, os resultados de RT-PCR das amostras coletadas aos 15 dias na casa de vegetação mostraram que os três tamanhos de meristemas produziram plantas com títulos bacterianos em média 25 vezes mais baixos que suas genitoras, mas não as isentaram completamente de Lxx, com exceção de 8 plantas que não apresentaram Lxx com 90 dias de cultivo (4 plantas provenientes do cultivo de meristemas de 0,5 mm, 1 planta de meristema de 1,0 mm e 3 plantas de meristemas de 1,5 mm). Além disso, os meristemas de 0,5 mm não necessariamente regeneraram plantas com títulos mais baixos da bactéria quando comparados com os meristemas de 1,0 mm e 1,5 mm, mostrando que estes tamanhos testados não apresentaram correlação direta com o nível de infecção da planta regenerada por eles. Em relação ao segundo experimento, os resultados de RT-PCR mostraram que o incremento no tempo de termoterapia proporcionou maior redução nos títulos bacterianos, sendo os tratamentos de 2 horas e 3 horas os mais bem sucedidos com média de redução de 80,08% e 81,73%, respectivamente, mas não foi capaz de eliminar a bactéria. Portanto, estes experimentos demonstram que a termoterapia associada ao cultivo de tecidos é uma metodologia promissora, pois apresentaram redução da presença da bactéria Lxx em plantas de cana-de-açúcar, mas por não terem sido totalmente efetivos na eliminação da mesma, reforça a necessidade de estudos complementares. / Sugarcane is one of the major agro-industrial crops of Brazil. Like other crops of economic importance, it\'s also affected by several pathogens such as fungus, bacteria, viruses and phytoplasmas that may limit its production. The fastidious bacterium Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) is the causal agent of ratoon stunting disease in sugarcane (RSD). This disease shows no external symptoms characteristic of easy recognition. Thus, the incidence of RSD may not be noticeable during visual inspection in the field and be easily spread from one region to another. The xylem-limited bacterium is transmitted mechanically from infected plants to healthy plants by the sap present in cutting tools and others equipments for planting, growing and harvesting the crop. Due to the importance of sugarcane and the damage caused by Lxx, this work aimed to evaluate thermotherapy and in vitro culture in two experiments in order to obtain sugarcane plants of variety SP80-3280 free from Leifsonia xyli subsp. xyli and thus provide subsidy for the improvement of current control methods. The first experiment combined thermotherapy on the individual bud (52 °C for 30 minutes) and the cultivation of apical meristems of three sizes (0,5 mm, 1,0 mm and 1,5 mm); the second combined three period of thermotherapy (1 hour, 2 hours and 3 hours) at 50 °C in immature lateral buds totally isolated from the tissue source followed by in vitro culture. In the first experiment, the results of RT-PCR samples collected at 15 days in the greenhouse showed that the three sizes of meristems produced plants with bacterial titers on average 25 times lower than their mother plants, but not completely exempted them from Lxx, except 8 plants that showed no Lxx after 90 days of cultivation (4 plants were from cultivation of meristems with 0,5 mm, 1 plant from 1,0 mm meristem and 3 plants from 1,5 mm meristems size). Furthermore, the meristems of 0,5 mm does not necessarily regenerate plants with lower title of the bacteria compared with the meristems of 1.0 mm and 1.5 mm, showing that these sizes tested did not present direct correlation with the level of infection on the plants regenerated from them. Regarding the second experiment, RT-PCR results showed that the increase in time of thermotherapy provided greater reduction in bacterial titers, and the treatments of 2 and 3 hours were the most successful with average reduction of 80,08 % and 81,73%, respectively, but was not able to eliminate the bacteria. Therefore, these experiments showed that thermotherapy associated with tissue culture is a promising methodology because it reduced titer of Lxx in sugarcane, but were not fully effective in eliminating the same, reinforcing the need for complementary studies.

O método sorológico \"tissue blot enzyme immunoassay\" foi utilizado para determinar a taxa de colonização dos vasos do xilema por Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) em colmos de 28 variedades de cana-de-açúcar, incluindo a CB47-355, CB41-76 e CB49-260 como padrão resistente, intermediário e suscetível, respectivamente. Para cada variedade, 16 gemas foram tratadas termicamente a 50,5ºC por 2 horas e, em seguida, submetidas a banho fungicida a base de benomyl na dose de 6,5 g do princípio ativo por 10 litros de água. Oito gemas foram imersas por 10 minutos em caldo da CB49-260 sabidamente colonizada por Lxx diluído em água destilada na proporção 1:5 (\"INOCULADO\") e a outra metade em água (\"SADIO\"). Após a inoculação, foram plantados três vasos (repetições) para o tratamento, sendo as plantas mantidas em casa-de-vegetação até a colheita durante 7 meses, quando então 2 colmos de cada vaso foram amostrados para determinar a taxa de colonização dos vasos. A variedade CB47-355 não apresentou nenhum vaso colonizado, enquanto na CB41-76 e CB49-260 a taxa de colonização foi igual a 17% e 76%, sendo classificadas como resistente, intermediária e suscetível, respectivamente, concordando com literatura prévia. Das variedades em teste, 12 comportaram-se como intermediárias e 13 como suscetíveis. No primeiro caso, a %VC variou de 7 a 25 e, nas suscetíveis, de 25,7 a 76. Portanto, o aumento da taxa de colonização é praticamente linear da mais resistente para a mais suscetível, o que é característico de caráter quantitativo. Considerando que nenhuma variedade comercial mostrou-se resistente e que Lxx causa perdas significativas em todos os países produtores de cana-de-açúcar, sugere-se que os programas de melhoramento devem dirigir programas para a seleção de genitores e progênies para obter variedades resistentes. Enquanto isso não ocorre, atenção dever ser dada para o uso de mudas indexadas. / The tissue blot immunoassay (TBIA) for detecting Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) colonized vascular bundles (CVB) were used in determining the reaction of 28 brazilian sugarcane cultivars to ratoon stunting disease (RSD), including CB47-355, CB41-76 e CB49-260 as resistant, intermediate and susceptible standards. For each cultivar, 16 buds were hot water treated at 50,5 oC for 2 hours and protected against root rots with benomyl. Eight buds of each cultivar were than inoculated with infected sap of the CB49-260 diluted 1:5 in water, and the remaining 8 buds were inoculated with distilled water for planting the control plots. The reps of each cultivar were planted in plastic plots at green house. At harvesting, seven months after planting, two stalks were sampled from each plot. The rate of colonization of vascular bandles by Lxx in stalks of each cultivar was determined. Statistical analysis by the univariate clustering method (Scott-Knott) was reliable for grouping genotypes according to their levels of Lxx resistance by the percentage of CVB. The cultivar CB47-355 did not present any CVB, while CB41-76 and CB49-260 presented 17% and 76%, being classified as resistant, intermediate and susceptible, in agreement with previous literature. Among the varieties in test, 12 were intermediates and 13 susceptibles. The percent of CVB among the intermediate and susceptible cultivars varied from 7% to 25% and 25,7 to 76%, respectively. The knowledge of resistance of each cultivar is essential for advising the use of complementary phytossanitary measures to control the disease. Since all cultivars are intermediate or susceptible, the sugarcane breeding programs need specific works for selection and releasing of resistant cultivars. Before this, schemes of nurseries and the use clean seed cane are recommended.