M.Sc. / Plant cells have evolved the ability to detect pathogen ingress and subsequently activate defense-related functions as part of the plant pathogen response. One or more poorly defined signal transduction pathways, initiated upon recognition of the pathogen by the plant host, regulate expression of plant defense genes. Acquired resistance (AR) is an inducible defense mechanism exhibited by many plants that provides protection against a broad range of pathogens.Many chemical and environmental cues can elicit the same defenses or subsets therein. Cytochrome P450 enzymes are heme-dependent, mixed function oxidase systems that utilize dioxygen to produce a functionalized organic substrate and a molecule of water. They play important biosynthetic and detoxicative roles. They have been identified as being involved in the activation (e.g. allene oxide synthase) and execution of plant defense responses. To investigate the involvement of cytochromes P450 in the plant defense response - mainly through the activation of allene oxide synthases in the jamonate signaling pathway — Phaseolus vulgaris L.cv. Contender leaves were treated with chemical elicitors to mimic the plant-pathogen interaction and thereby activate plant defense responses. Through the use of differential display reverse transcription polymerase chain reaction and denaturing polyacrylamide gel electrophoresis, differentially expressed cDNA bands were isolated, cloned and sequenced. One of the cloned cDNA fragment proved to be a previously unreported cytochrome P450 cDNA, and was named CYP98A5. Dot blot analysis of bean leaves treated with various chemicals showed an enhanced expression of CYP98A5 in leaves treated with 3,5- dichlorosalicylic acid. Northern blot analysis of a time dependent induction study of CYP98A5 in bean leaves treated with this chemical compound indicated that 3,5-dichlorosalicylic acid induces CYP98A5 transcripts earlier than it is induced in control leaves. This might be indicative of a possible conditioning and sensitizing effect of 3,5- dichlorosalicylic acid on bean leaves to a more rapid and effective response with defense reactions once attacked by pathogens. CYP98A5, however, did not appear to be an allene oxide synthase when sequence comparison with other allene oxide synthases was performed; isolation and comparison of the complete CYP98A5 sequence could prove this wrong. It is not possible to assign any function to CYP98A5 at this stage; elucidation of the function of this enzyme in plants would provide more insight into this study.

Please read the abstract in the section 00front of this document / Thesis (PhD (Microbiology))--University of Pretoria, 2005. / Microbiology and Plant Pathology / unrestricted

O uso de marcadores moleculares tem contribuído para o estudo da domesticação das espécies de Phaseolus, origem e diversidade das cultivares atuais de feijão-comum (P. vulgaris), e do controle genético da resistência a diversas doenças. Mapas de ligação têm sido estabelecidos em feijão-comum com base em marcas de RFLP, RAPD, SCAR, isoenzimas e locos fenotípicos, sendo que alguns deles foram reunidos em um mapa mais denso e completo do genoma do feijão, chamado mapa núcleo. No entanto, para o uso efetivo de mapas de ligação em programas de melhoramento estes devem ser suficientemente saturados. O presente trabalho se insere neste contexto, visando saturar o mapa núcleo de P. vulgaris a partir do mapeamento de novos marcadores moleculares como AFLP e SSR baseados em EST. Assim, buscou-se desenvolver e caracterizar marcadores SSR oriundos de uma biblioteca de EST, testar a transferibilidade destes para outros cultivares e espécies relacionadas, gerar marcadores AFLP e integrá-los ao mapa consenso da espécie. Também, construir um mapa genético para uma população de interesse no Brasil (Carioca x Flor de Mayo), e promover o seu alinhamento com o mapa consenso, complementando desta forma, a caracterização genômica da espécie. Pares de primers foram desenhados para 156 SSR-EST. Destes, 138 SSR-EST amplificaram locos claros e reprodutíveis e foram caracterizados usando um conjunto de 26 genótipos de feijões cultivados. Dos locos analisados, 85 se mostraram polimórficos entre os genótipos estudados e apresentaram em média 2,96 alelos por loco e um PIC médio de 0,38. Entre todos os SSR-EST analisados, 50 locos segregaram na população de mapeamento Bat 93 x Jalo EEP558, 20 locos segregaram na população Carioca x Flor de Mayo e 12 locos foram polimórficos nas duas populações. Marcadores AFLP foram gerados e genotipados nas duas populações. Os 262 locos microssatélites e AFLP genotipados na população Bat 93 x Jalo EEP558 foram integrados ao mapa núcleo da espécie. Foi obtido um mapa de 1353 cM de comprimento total, contendo 357 marcas, incluindo 9 SSR-genômico, 47 SSR-EST e 190 AFLP. Além disso, outro mapa foi gerado a partir da análise de segregação de 252 marcadores na população Carioca x Flor de Mayo. Este mapa teve 807,5 cM de comprimento, com uma distância média de 5,3 cM entre marcas. Os marcadores microssatélites comuns foram usados como ponte para alinhar e comparar os mapas das duas populações estudadas. / The use of molecular markers has contributed to the studies regarding domestication of Phaseolus species, origin and diversity of current common bean cultivars (P. vulgaris), and the genetic control of resistance to several diseases. Linkage maps have been constructed for common bean by using RFLP, RADP, SCAR, isoenzymes and phenotypic markers, some of which were meeting in a more dense and complete map of bean genome, called core map. However, for the effective use of linkage maps in breeding programs they must be sufficiently saturated. This work fits in this context, aiming to saturate the core map of P. vulgaris from the mapping of new molecular markers as AFLP and SSR EST-based. Thus, it was tried to develop and characterize SSR markers from a EST library, to test the transferability of these markers to other cultivars and related species, to generate AFLP markers and integrate them to the consensus map of the species. Also, build a genetic map for a population of interest in Brazil ( \'Carioca\' x \'Flor de Mayo\'), and promoting its alignment with the consensus map, thus complementing the genomic characterization of the species. Pairs of primers were designed for 156 EST-SSR. Of these, 138 EST-SSR amplified clear and reproducible loci and were characterized using a set of 26 genotypes of cultivated beans. Of the loci tested, 85 were polymorphic between the genotypes studied and showed an average 2.96 alleles per locus and a PIC average of 0.38. Among all examined EST-SSR, 50 loci segregated in \'Bat 93\' x \'Jalo EEP558\' mapping population, 20 loci segregated in \'Carioca\' x \'Flor de Mayo\' population and 12 loci were polymorphic in both two populations. AFLP markers were generated and genotyped in the two populations. The 262 microsatellites and AFLP loci genotyped in \'Bat 93\' x \'Jalo EEP558\' population were integrated onto the core map of the species. A map of 1353 cM total length was obtained, containing 357 markers, including 9 genomic-SSR, 47 EST-SSR and 190 AFLP. Moreover, another map was generated from the analysis of segregation of 252 markers in \'Carioca\' x \'Flor de Mayo population. This map was 807.5 cM long, with an average distance of 5.3 cM between markers. The common microsatellites markers were used as a bridge to align and compare the maps of the two studied populations.

O sistema radicular é indispensável para a obtenção de água e nutrientes do solo, síntese de reguladores de crescimento, e para o armazenamento de carboidratos. Embora seja indiscutível sua importância, esse órgão tem sido pouco estudado em relação a parte área. Provavelmente, em função da dificuldade de seu estudo, tendo em vista que seu desenvolvimento ocorre no solo, o que dificulta observações diretas. Consideramos de suma importância o desenvolvimento de métodos mais práticos, mais baratos, e que possibilitem avaliações rápidas, não destrutivas do sistema radicular. O conhecimento de uma estreita relação entre fitomassa fresca do sistema radicular e valor de capacitância, é antigo, mas na prática, é pouco empregado. Através do uso de um medidor manual de capacitância, visamos relacionar valores de capacitância com diversos parâmetros, tais como fitomassa seca, comprimento, área e respiração do sistema radicular de plantas do feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris L.). Uma vez estabelecidas essas relações, é possível realizar medições com o capacitor para avaliar o desenvolvimento radicular, sob diferentes condições de disponibilidade de fósforo, de uma maneira rápida, prática e não destrutiva. A deficiência de fósforo, em solos tropicais e, subtropicais tem limitado a produção de muitas culturas, inclusive a do feijoeiro, uma das principais fontes de proteínas na dieta de países localizados nessas regiões. Estudos anteriores mostram uma ampla variação com relação à eficiência no uso do elemento fósforo no germoplasma do feijoeiro comum, viabilizando adaptação às condições de baixa disponibilidade deste elemento no solo. Devido sua baixa mobilidade do no solo, genótipos que apresentem plasticidade do sistema radicular, com relação a esse elemento, são considerados mais eficientes. Para verificar a eficiência do sistema radicular do feijoeiro comum, foram realizados estudos com o fósforo aplicado de forma desuniforme ao substrato, simulando as condições normalmente encontradas no campo. Supõe-se que existam diferentes mecanismos que conferem maior aproveitamento do fósforo pela planta, sendo muitos destes relacionados ao sistema radicular. Para elucidar essa questão, foram avaliados parâmetros tais como, o posicionamento das raízes ao longo do perfil, o comprimento, a área, a taxa de respiração e a fitomassa seca do sistema radicular. Foi dada especial atenção a formação de raízes adventícias, em diferentes níveis de fósforo, por essas se desenvolverem preferencialmente nas camadas superficiais do solo, onde segundo diversos autores, é o local de maior disponibilidade deste elemento. Além disto, foram avaliados os efeitos do posicionamento do P no substrato, sobre a parte aérea e sobre a produtividade. O uso da capacitância é uma opção metodológica para: (i) aferir o crescimento de plantas de feijão em termos de fitomassa seca total, e (ii) avaliar a parte funcional do sistema radicular. Em condições ótimas de água e fertilidade do solo, a distribuição de fósforo uniformemente na camada superficial (0 a 5 cm de profundidade) proporciona o aumento dos componentes de produção. O acúmulo e a partição de fitomassa seca em plantas de feijão são condicionados pela disponibilidade (quantidade e posicionamento) de fósforo no solo. / The root system is essential to water and nutrient acquisition, hormone synthesis and carbohydrate storage. Although the knowledge about its importance, there are much less studies with this organ, than with the shoots. Probably, due to the difficulties in its study, since it develops in the soil, making directs observations harder. The stabeleshiment of cheap, practical, fast and non-destructive methods to evaluate the root system development would be very useful. Despite the observation of a close relationship between fresh matter and capacitance is not new, there are not many studies with it. The use of a portable capacitance meter to relate capacitance values with different root system parameters, such as dry weight, length, area and respiration, would provide the fast one, and non-destructive evaluation, under different growing conditions, such as different phosphorus levels in the soil. The lack of phosphorus in tropical and sub-tropical soils has limited many crops yield, as common beans, one of the main protein sources of these region countries. Previous studies had shown a wise genetic variation on phosphorus efficiency in common bean germoplasm, which allows the adaptation to low phosphorus condition. Since P presents low mobilization in the soil, genotypes with root plasticity are considered efficient. This study includes experiments where the phosphorus was placed not uniformly in the substrate, simulating the field natural conditions, to verify the common beans root system response. Different mechanism that confers better plants P use is known, and most of them, are related to the root system. Some root parameters such as root position along the profile, root length, root area, root respiration and root dry weight were evaluated to clarify this question. Special focus were given to adventitious root formation under different phosphorus levels, since they grow in shallower soil layer, where according to several author is where there is higher phosphorus availability. Furthermore, the effect of the P position on the shoot and yield were evaluated. The capacitance can be used as an alternative method to evaluate: (i) the bean plants growth, as total dry weight and, (ii) the functional root portion. When water and nutrients are in optimal level, the phosphorus distribution on the top soil layer (0 to 5 cm), results in the yield component increase. The available phosphorus position in the soil, determines the accumulation and distribution pattern of the dry matter.

O fósforo (P) é considerado um dos principais nutrientes que limitam a produtividade do arroz de terras altas e do feijoeiro comum no Brasil, principalmente em muitos solos da região do Cerrado. A seleção de genótipos mais eficientes no uso de P é alternativa para a redução de gastos com adubação fosfatada e cultivo em solos mais pobres em P. O nitrogênio (N) é o nutriente absorvido em quantidades mais elevadas pelo feijoeiro comum. A seleção de genótipos mais eficientes na fixação biológica de N2 (FBN) é alternativa para reduzir os gastos com fertilizantes nitrogenados. O presente trabalho constou de três experimentos realizados em casa-de-vegetação do Laboratório de Fertilidade do Solo, Centro de Energia Nuclear na Agricultura - Universidade de São Paulo (CENA/USP). Em dois estudos foram cultivadas plantas de 47 genótipos de arroz de terras altas e 50 de feijoeiro comum em amostras de Latossolo Vermelho Amarelo distrófico típico, utilizando-se a técnica com o isótopo 32P para identificar os cultivares de arroz de terras altas e de feijoeiro comum mais eficientes quanto ao uso de P, descontando-se o P proveniente das sementes, e verificar se os mais eficientes ou com maior acúmulo de P na planta apresentam menores concentrações de cobre (Cu), ferro (Fe), manganês (Mn) e zinco (Zn). No terceiro estudo cultivou-se 25 genótipos de feijoeiro comum em amostras de Latossolo Vermelho Amarelo distrófico típico, com a técnica com 15N, para identificar os cultivares de feijoeiro comum que mais se beneficiam da FBN, e verificar se a quantidade de N proveniente da FBN é suficiente para substituir completamente a adubação nitrogenada mineral. Foram observadas diferenças entre os cultivares de arroz de terras altas e de feijoeiro comum quanto à eficiência de absorver P. O cultivar de arroz de terras altas Carisma e os de feijoeiro comum Sangue de Boi, Rosinha, Thayú, Grafite, Horizonte, Pioneiro e Jalo Precoce são os mais eficientes em absorver P. O P presente nas sementes influencia a identificação dos cultivares de feijoeiro comum mais eficientes na absorção de P, mas esse efeito não ocorre para os cultivares de arroz de terras altas. A concentração e a acúmulo dos micronutrientes Cu e Fe nos grãos dos cultivares de arroz de terras altas diminuem com o aumento da eficiência de absorção de P. No entanto, a concentração e acúmulo dos micronutrientes Cu, Fe, Mn e Zn nos grãos dos cultivares de feijoeiro comum não diminuem com o aumento da eficiência de absorção de P. Os cultivares mais eficientes na FBN são Horizonte, Roxo 90, Grafite, Aporé e Vereda, quando inoculados com a estirpe CIAT 899 de Rhizobium tropici e desenvolvidos na presença de N mineral. A FBN não é capaz de suprir todas as demandas de N para as plantas dos cultivares de feijoeiro comum. / Phosphorus (P) is considered one of the most limiting nutrients for upland rice and common bean production in Brazil, especially in many soils of the Cerrado region. The selection of genotypes more efficient in P utilization is an alternative for reducing the cost on phosphate fertilizers for cropping in low P soils. Nitrogen (N) is the most absorbed nutrient by the common bean. The selection of genotypes more efficient in biological nitrogen fixation (BNF) is an alternative to reduce cost with N fertilizers. Three experiments were carried out in the greenhouse of the Soil Fertility Laboratory, Center for Nuclear Energy in Agriculture, University of S. Paulo (CENA/USP). In two studies 47 genotypes of upland rice and 50 of common bean were grown in samples of dystrophic Typic Haplustox, using 32P isotope technique to identify most efficient rice and bean cultivars on P utilization, discounting the seed derived P to verify if the most efficient ones or the higher P acumulator have lower concentrations of copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn) and zinc (Zn). In the third study 25 common bean genotypes were grown in samples of dystrophic Typic Haplustox to identify, by the 15N technique, the bean cultivars that most benefit from the BNF, and verify if the amount of N from BNF is sufficient to completely replace mineral N fertilization. Differences were observed on P uptake efficiency among the upland rice and common bean cultivars. The upland rice cultivar Carisma, and common bean cultivars Sangue de Boi, Rosinha, Thayú, Grafite, Horizonte, Pioneiro, and Jalo Precoce are the most efficient on P uptake. The seed derived P from influences the identification of common bean cultivars on P uptake efficiency, but this effect does not occur for the upland rice cultivars. The concentration and accumulation of micronutrients Cu and Fe in grain of upland rice cultivars decreases with increasing P uptake efficiency. However, the concentration and accumulation of micronutrients Cu, Fe, Mn and Zn in the seeds of common bean cultivars did not decrease with increasing P uptake efficiency. The cultivars Horizonte, Roxo 90, Grafite, Aporé and Vereda are more efficient for BNF, when inoculated with the strain of Rhizobium tropici CIAT 899 and grown in the presence of mineral N. The BNF is not sufficient for supplying all N demand of common bean cultivars plants.

Com o objetivo de caracterizar a variação temporal de fitomassa seca de raízes, hastes, folhas e órgãos reprodutivos, e de verificar o efeito da adubação nitrogenada no rendimento de grãos e na produção de fitomassa seca dos diferentes órgãos da cultura de feijão (Phaseolus vulgaris L.) no florescimento, conduziu- se um experimento na área do Departamento de Produção Vegetal, Esalq, Universidade de São Paulo, Piracicaba-SP. O solo foi classificado como NITOSSOLO VERMELHO Eutroférrico; a variedade cultivada foi IAC-Carioca Tybatã (hábito de crescimento indeterminado), e o delineamento estatístico foi o inteiramente casualizado. Os tratamentos foram constituídos de combinações dos fatores doses de nitrogênio (0, 60 e 120 kg.ha -1 ) e épocas de avaliação (nove estádios feno lógicos). Os seguintes parâmetros foram avaliados: fenologia da cultura, a fitomassa seca de raízes, hastes, folhas e órgãos reprodutivos, em cada estádio fenológico, e o rendimento de grãos e seus componentes. Para descrever o padrão de variação da fitomassa seca de raízes, hastes, folhas, órgãos reprodutivos e fitomassa seca total, foram ajustados modelos não lineares utilizando o procedimento NLIN (Non LINear regression) do SAS â System (SAS Institute, 1998). De acordo com o que foi discutido, os resultados permitem concluir que: (i) os modelos propostos são adequados para caracterizar a variação de fitomassa seca de raízes, hastes, folhas e órgãos reprodutivos durante o ciclo da cultura de feijão (Phaseolus vulgaris L.), (ii) no florescimento e na colheita, a fitomassa seca dos diferentes órgãos da cultura de feijão e o rendimento de grãos, respectivamente, variam com a adubação nitrogenada segundo uma função quadrática, (iii) o máximo rendimento de grãos é obtido com a dose de 60 kg.ha -1 de nitrogênio, e (iv) a variação da fitomassa seca relativa em função do desenvolvimento relativo da cultura de feijão apresenta o mesmo padrão de comportamento independentemente da dose de nitrogênio, o que possibilita extrapolar e comparar resultados de experimentos cond uzidos em diferentes locais e épocas. / With the purpose of characterizing the temporal variation of the roots, stems, leaves and reproductive organs dry mass of the common bean (Phaseolus vulgaris L.), and of verifying the effect of nitrogen fertilization on its grain yield and dry mass accumulated into the different plant organs at flowering, an field experiment was carried out at Crop Science Department, Esalq, University of São Paulo, Piracicaba, Brazil. The soil was classified as Rhodic kandiustalfs; the cultivar was IAC-Carioca Tybatã (indeterminate genotype) and the statistical experimental design was completely randomized. The treatments were nitrogen doses (0, 60 and 120 kg.ha -1 ) associated with nine crop phenological stages. The following parameters were evaluated: crop phenology; roots, stems, leaves and reproductive organs dry mass for each phenological stage; and the grain yield and its components. Non linear models were used to describe the standard variation of roots, stems, leaves, reproductive organs and total dry mass using the NLIN procedure (Non LINear regression) of the SAS â System (SAS Institute, 1998). According to the discussion, the results allowed to conclude that: (i) the proposed models are appropriate to characterize the roots, stems, leaves and reproductive organs dry mass variation during the common bean (Phaseolus vulgaris L.) crop cycle, (ii) the dry mass of all organs and grain yield of common bean, in response to nitrogen fertilization at flowering and harvest, respectively, follow a quadratic function, (iii) the maximum grain yield is obtained with 60 kg.ha -1 of nitrogen, and (iv) the relative dry mass as function of the common bean development stage presents the same performance independently of the nitrogen dose, therefore, the results can be extrapolated and compared with data obtained in different situations.

Orientador: Victor José Mendes Cardoso / Banca: Fábio Socolowski / Banca: Gustavo Habermann / Resumo: A germinação de sementes representa uma etapa crítica para a sobrevivência da maioria das fanerógamas. Composição de gases, temperatura e água são os principais fatores ambientais limitantes do processo de germinação. Entre esses, a temperatura e a água exibem maior grau de flutuação, tanto em escala temporal como espacial, no ambiente terrestre, funcionando como importantes sinalizadores ambientais para a semente. Os objetivos deste trabalho foram fornecer a caracterização básica dos padrões germinativos de quatro cultivares (Carioca comum, Iapar 81, IPR Graúna e IPR Uirapuru) de Phaseolus vulgaris L. (Fabaceae); determinar as faixas ótimas de germinação para cada cultivar (experimentos em gradiente térmico com água destilada); realizar experimentos com interação dos fatores temperatura e potencial osmótico com soluções de polietilenoglicol 6000, visando à aplicação de modelos matemáticos baseados nos conceitos de graus-dia, psi-dia e na combinação destes dois conceitos (modelo psi-graus-dia), para se efetuar a comparação da resposta germinativa de tais cultivares. A cultivar IPR Graúna apresentou a faixa ótima com maior variação de distintas temperaturas (nove temperaturas), baseando-se na velocidade média de germinação; contrastando com a Iapar 81, que não apresentou uma faixa ótima, mas sim um único ponto ótimo (32,6ºC). Nenhuma das quatro cultivares apresentou germinação acima de 38,2ºC nem abaixo de 10,3ºC nos experimentos em gradiente térmico (água destilada). As temperaturas base obtidas pelo modelo de graus-dia variaram de 8,4 a 9,2ºC. Os ajustes (todos os R2s ≥ 0,70) ao modelo psi-graus-dia foram adequados para todas as cultivares, tanto na faixa supraótima quanto na infraótima. Assim sendo, ainda que mais estudos sejam necessários para melhorar a qualidade dos ajustes obtidos em relação... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Seed germination constitutes a crucial phase in relation to the life cycle of plant species. The composition of gases, temperature and water availability are the main environmental factors that may hinder several germination processes. Temperature and water availability, for example, are able to fluctuate considerably and may act as environmental "status' indicators to the seeds. The present work was aimed at furnishing a basic characterisation of the germination patterns of four Phaseolus vulgaris cultivars, viz. "Carioca comum', "Iapar 81", "IPR Graúna" and IPR Uirapuru; assessing the optimum range of germination for each cultivar; conducting experiments in which the effects of temperature and osmotic potential were simultaneously analysed in order to deploy mathematical models concerning the concept of degree-days (thermal time) with the aim of comparing the germination response of such cultivars. "IPR Graúna' exhibited a wider optimum range of temperature (nine distinct values) and "Iapar 81" presented only one temperature value as the optimum temperature (32.6ºC). The four cultivars did not germinate at temperatures higher than 38.2ºC and lower than 10.3ºC. The base temperatures derived from the application of the thermal time models varied from 8.4 to 9.2ºC. Regarding the hydrothermal-time model, the quality of the data fitting were deemed to be adequate (R2s ≥ 0.70) both in the suboptimum range and in the supra-optimum range. Other researches should be conducted in order to corroborate the present findings; nonetheless, the common bean cultivars were able to be compared and contrasted and exhibited, on the whole, a relatively homogenous... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O sistema radicular é indispensável para a obtenção de água e nutrientes do solo, síntese de reguladores de crescimento, e para o armazenamento de carboidratos. Embora seja indiscutível sua importância, esse órgão tem sido pouco estudado em relação a parte área. Provavelmente, em função da dificuldade de seu estudo, tendo em vista que seu desenvolvimento ocorre no solo, o que dificulta observações diretas. Consideramos de suma importância o desenvolvimento de métodos mais práticos, mais baratos, e que possibilitem avaliações rápidas, não destrutivas do sistema radicular. O conhecimento de uma estreita relação entre fitomassa fresca do sistema radicular e valor de capacitância, é antigo, mas na prática, é pouco empregado. Através do uso de um medidor manual de capacitância, visamos relacionar valores de capacitância com diversos parâmetros, tais como fitomassa seca, comprimento, área e respiração do sistema radicular de plantas do feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris L.). Uma vez estabelecidas essas relações, é possível realizar medições com o capacitor para avaliar o desenvolvimento radicular, sob diferentes condições de disponibilidade de fósforo, de uma maneira rápida, prática e não destrutiva. A deficiência de fósforo, em solos tropicais e, subtropicais tem limitado a produção de muitas culturas, inclusive a do feijoeiro, uma das principais fontes de proteínas na dieta de países localizados nessas regiões. Estudos anteriores mostram uma ampla variação com relação à eficiência no uso do elemento fósforo no germoplasma do feijoeiro comum, viabilizando adaptação às condições de baixa disponibilidade deste elemento no solo. Devido sua baixa mobilidade do no solo, genótipos que apresentem plasticidade do sistema radicular, com relação a esse elemento, são considerados mais eficientes. Para verificar a eficiência do sistema radicular do feijoeiro comum, foram realizados estudos com o fósforo aplicado de forma desuniforme ao substrato, simulando as condições normalmente encontradas no campo. Supõe-se que existam diferentes mecanismos que conferem maior aproveitamento do fósforo pela planta, sendo muitos destes relacionados ao sistema radicular. Para elucidar essa questão, foram avaliados parâmetros tais como, o posicionamento das raízes ao longo do perfil, o comprimento, a área, a taxa de respiração e a fitomassa seca do sistema radicular. Foi dada especial atenção a formação de raízes adventícias, em diferentes níveis de fósforo, por essas se desenvolverem preferencialmente nas camadas superficiais do solo, onde segundo diversos autores, é o local de maior disponibilidade deste elemento. Além disto, foram avaliados os efeitos do posicionamento do P no substrato, sobre a parte aérea e sobre a produtividade. O uso da capacitância é uma opção metodológica para: (i) aferir o crescimento de plantas de feijão em termos de fitomassa seca total, e (ii) avaliar a parte funcional do sistema radicular. Em condições ótimas de água e fertilidade do solo, a distribuição de fósforo uniformemente na camada superficial (0 a 5 cm de profundidade) proporciona o aumento dos componentes de produção. O acúmulo e a partição de fitomassa seca em plantas de feijão são condicionados pela disponibilidade (quantidade e posicionamento) de fósforo no solo. / The root system is essential to water and nutrient acquisition, hormone synthesis and carbohydrate storage. Although the knowledge about its importance, there are much less studies with this organ, than with the shoots. Probably, due to the difficulties in its study, since it develops in the soil, making directs observations harder. The stabeleshiment of cheap, practical, fast and non-destructive methods to evaluate the root system development would be very useful. Despite the observation of a close relationship between fresh matter and capacitance is not new, there are not many studies with it. The use of a portable capacitance meter to relate capacitance values with different root system parameters, such as dry weight, length, area and respiration, would provide the fast one, and non-destructive evaluation, under different growing conditions, such as different phosphorus levels in the soil. The lack of phosphorus in tropical and sub-tropical soils has limited many crops yield, as common beans, one of the main protein sources of these region countries. Previous studies had shown a wise genetic variation on phosphorus efficiency in common bean germoplasm, which allows the adaptation to low phosphorus condition. Since P presents low mobilization in the soil, genotypes with root plasticity are considered efficient. This study includes experiments where the phosphorus was placed not uniformly in the substrate, simulating the field natural conditions, to verify the common beans root system response. Different mechanism that confers better plants P use is known, and most of them, are related to the root system. Some root parameters such as root position along the profile, root length, root area, root respiration and root dry weight were evaluated to clarify this question. Special focus were given to adventitious root formation under different phosphorus levels, since they grow in shallower soil layer, where according to several author is where there is higher phosphorus availability. Furthermore, the effect of the P position on the shoot and yield were evaluated. The capacitance can be used as an alternative method to evaluate: (i) the bean plants growth, as total dry weight and, (ii) the functional root portion. When water and nutrients are in optimal level, the phosphorus distribution on the top soil layer (0 to 5 cm), results in the yield component increase. The available phosphorus position in the soil, determines the accumulation and distribution pattern of the dry matter.

O uso de marcadores moleculares tem contribuído para o estudo da domesticação das espécies de Phaseolus, origem e diversidade das cultivares atuais de feijão-comum (P. vulgaris), e do controle genético da resistência a diversas doenças. Mapas de ligação têm sido estabelecidos em feijão-comum com base em marcas de RFLP, RAPD, SCAR, isoenzimas e locos fenotípicos, sendo que alguns deles foram reunidos em um mapa mais denso e completo do genoma do feijão, chamado mapa núcleo. No entanto, para o uso efetivo de mapas de ligação em programas de melhoramento estes devem ser suficientemente saturados. O presente trabalho se insere neste contexto, visando saturar o mapa núcleo de P. vulgaris a partir do mapeamento de novos marcadores moleculares como AFLP e SSR baseados em EST. Assim, buscou-se desenvolver e caracterizar marcadores SSR oriundos de uma biblioteca de EST, testar a transferibilidade destes para outros cultivares e espécies relacionadas, gerar marcadores AFLP e integrá-los ao mapa consenso da espécie. Também, construir um mapa genético para uma população de interesse no Brasil (Carioca x Flor de Mayo), e promover o seu alinhamento com o mapa consenso, complementando desta forma, a caracterização genômica da espécie. Pares de primers foram desenhados para 156 SSR-EST. Destes, 138 SSR-EST amplificaram locos claros e reprodutíveis e foram caracterizados usando um conjunto de 26 genótipos de feijões cultivados. Dos locos analisados, 85 se mostraram polimórficos entre os genótipos estudados e apresentaram em média 2,96 alelos por loco e um PIC médio de 0,38. Entre todos os SSR-EST analisados, 50 locos segregaram na população de mapeamento Bat 93 x Jalo EEP558, 20 locos segregaram na população Carioca x Flor de Mayo e 12 locos foram polimórficos nas duas populações. Marcadores AFLP foram gerados e genotipados nas duas populações. Os 262 locos microssatélites e AFLP genotipados na população Bat 93 x Jalo EEP558 foram integrados ao mapa núcleo da espécie. Foi obtido um mapa de 1353 cM de comprimento total, contendo 357 marcas, incluindo 9 SSR-genômico, 47 SSR-EST e 190 AFLP. Além disso, outro mapa foi gerado a partir da análise de segregação de 252 marcadores na população Carioca x Flor de Mayo. Este mapa teve 807,5 cM de comprimento, com uma distância média de 5,3 cM entre marcas. Os marcadores microssatélites comuns foram usados como ponte para alinhar e comparar os mapas das duas populações estudadas. / The use of molecular markers has contributed to the studies regarding domestication of Phaseolus species, origin and diversity of current common bean cultivars (P. vulgaris), and the genetic control of resistance to several diseases. Linkage maps have been constructed for common bean by using RFLP, RADP, SCAR, isoenzymes and phenotypic markers, some of which were meeting in a more dense and complete map of bean genome, called core map. However, for the effective use of linkage maps in breeding programs they must be sufficiently saturated. This work fits in this context, aiming to saturate the core map of P. vulgaris from the mapping of new molecular markers as AFLP and SSR EST-based. Thus, it was tried to develop and characterize SSR markers from a EST library, to test the transferability of these markers to other cultivars and related species, to generate AFLP markers and integrate them to the consensus map of the species. Also, build a genetic map for a population of interest in Brazil ( \'Carioca\' x \'Flor de Mayo\'), and promoting its alignment with the consensus map, thus complementing the genomic characterization of the species. Pairs of primers were designed for 156 EST-SSR. Of these, 138 EST-SSR amplified clear and reproducible loci and were characterized using a set of 26 genotypes of cultivated beans. Of the loci tested, 85 were polymorphic between the genotypes studied and showed an average 2.96 alleles per locus and a PIC average of 0.38. Among all examined EST-SSR, 50 loci segregated in \'Bat 93\' x \'Jalo EEP558\' mapping population, 20 loci segregated in \'Carioca\' x \'Flor de Mayo\' population and 12 loci were polymorphic in both two populations. AFLP markers were generated and genotyped in the two populations. The 262 microsatellites and AFLP loci genotyped in \'Bat 93\' x \'Jalo EEP558\' population were integrated onto the core map of the species. A map of 1353 cM total length was obtained, containing 357 markers, including 9 genomic-SSR, 47 EST-SSR and 190 AFLP. Moreover, another map was generated from the analysis of segregation of 252 markers in \'Carioca\' x \'Flor de Mayo population. This map was 807.5 cM long, with an average distance of 5.3 cM between markers. The common microsatellites markers were used as a bridge to align and compare the maps of the two studied populations.

O fósforo (P) é considerado um dos principais nutrientes que limitam a produtividade do arroz de terras altas e do feijoeiro comum no Brasil, principalmente em muitos solos da região do Cerrado. A seleção de genótipos mais eficientes no uso de P é alternativa para a redução de gastos com adubação fosfatada e cultivo em solos mais pobres em P. O nitrogênio (N) é o nutriente absorvido em quantidades mais elevadas pelo feijoeiro comum. A seleção de genótipos mais eficientes na fixação biológica de N2 (FBN) é alternativa para reduzir os gastos com fertilizantes nitrogenados. O presente trabalho constou de três experimentos realizados em casa-de-vegetação do Laboratório de Fertilidade do Solo, Centro de Energia Nuclear na Agricultura - Universidade de São Paulo (CENA/USP). Em dois estudos foram cultivadas plantas de 47 genótipos de arroz de terras altas e 50 de feijoeiro comum em amostras de Latossolo Vermelho Amarelo distrófico típico, utilizando-se a técnica com o isótopo 32P para identificar os cultivares de arroz de terras altas e de feijoeiro comum mais eficientes quanto ao uso de P, descontando-se o P proveniente das sementes, e verificar se os mais eficientes ou com maior acúmulo de P na planta apresentam menores concentrações de cobre (Cu), ferro (Fe), manganês (Mn) e zinco (Zn). No terceiro estudo cultivou-se 25 genótipos de feijoeiro comum em amostras de Latossolo Vermelho Amarelo distrófico típico, com a técnica com 15N, para identificar os cultivares de feijoeiro comum que mais se beneficiam da FBN, e verificar se a quantidade de N proveniente da FBN é suficiente para substituir completamente a adubação nitrogenada mineral. Foram observadas diferenças entre os cultivares de arroz de terras altas e de feijoeiro comum quanto à eficiência de absorver P. O cultivar de arroz de terras altas Carisma e os de feijoeiro comum Sangue de Boi, Rosinha, Thayú, Grafite, Horizonte, Pioneiro e Jalo Precoce são os mais eficientes em absorver P. O P presente nas sementes influencia a identificação dos cultivares de feijoeiro comum mais eficientes na absorção de P, mas esse efeito não ocorre para os cultivares de arroz de terras altas. A concentração e a acúmulo dos micronutrientes Cu e Fe nos grãos dos cultivares de arroz de terras altas diminuem com o aumento da eficiência de absorção de P. No entanto, a concentração e acúmulo dos micronutrientes Cu, Fe, Mn e Zn nos grãos dos cultivares de feijoeiro comum não diminuem com o aumento da eficiência de absorção de P. Os cultivares mais eficientes na FBN são Horizonte, Roxo 90, Grafite, Aporé e Vereda, quando inoculados com a estirpe CIAT 899 de Rhizobium tropici e desenvolvidos na presença de N mineral. A FBN não é capaz de suprir todas as demandas de N para as plantas dos cultivares de feijoeiro comum. / Phosphorus (P) is considered one of the most limiting nutrients for upland rice and common bean production in Brazil, especially in many soils of the Cerrado region. The selection of genotypes more efficient in P utilization is an alternative for reducing the cost on phosphate fertilizers for cropping in low P soils. Nitrogen (N) is the most absorbed nutrient by the common bean. The selection of genotypes more efficient in biological nitrogen fixation (BNF) is an alternative to reduce cost with N fertilizers. Three experiments were carried out in the greenhouse of the Soil Fertility Laboratory, Center for Nuclear Energy in Agriculture, University of S. Paulo (CENA/USP). In two studies 47 genotypes of upland rice and 50 of common bean were grown in samples of dystrophic Typic Haplustox, using 32P isotope technique to identify most efficient rice and bean cultivars on P utilization, discounting the seed derived P to verify if the most efficient ones or the higher P acumulator have lower concentrations of copper (Cu), iron (Fe), manganese (Mn) and zinc (Zn). In the third study 25 common bean genotypes were grown in samples of dystrophic Typic Haplustox to identify, by the 15N technique, the bean cultivars that most benefit from the BNF, and verify if the amount of N from BNF is sufficient to completely replace mineral N fertilization. Differences were observed on P uptake efficiency among the upland rice and common bean cultivars. The upland rice cultivar Carisma, and common bean cultivars Sangue de Boi, Rosinha, Thayú, Grafite, Horizonte, Pioneiro, and Jalo Precoce are the most efficient on P uptake. The seed derived P from influences the identification of common bean cultivars on P uptake efficiency, but this effect does not occur for the upland rice cultivars. The concentration and accumulation of micronutrients Cu and Fe in grain of upland rice cultivars decreases with increasing P uptake efficiency. However, the concentration and accumulation of micronutrients Cu, Fe, Mn and Zn in the seeds of common bean cultivars did not decrease with increasing P uptake efficiency. The cultivars Horizonte, Roxo 90, Grafite, Aporé and Vereda are more efficient for BNF, when inoculated with the strain of Rhizobium tropici CIAT 899 and grown in the presence of mineral N. The BNF is not sufficient for supplying all N demand of common bean cultivars plants.