Doenças causadas por Phytophthora spp. ocorrem em todas as regiões produtoras de citros do mundo e as manifestações mais comuns são a podridão do pé e de raízes. A principal medida de controle desses patógenos é a exclusão, porém em áreas contaminadas o mesmo pode ser obtido através do uso de produtos químicos ou com o plantio de copas enxertadas sobre portaenxertos resistentes, que onera menos o custo de produção. Os porta-enxertos menos suscetíveis a Phytophthora nicotianae são o citrumelo Swingle e o Poncirus trifoliata. Apesar de sua importância, pouco se sabe sobre as alterações fisiológicas e bioquímicas da interação citros - P. nicotianae. Dessa maneira, o trabalho visou analisar e comparar alterações fisiológicas e bioquímicas provocadas por P. nicotianae em dois porta enxertos de citros: tangerina Sunki (suscetível) e citrumelo Swingle (resistente). Para tanto, porta-enxertos das duas variedades com nove ou dois meses de cultivo tiveram as raízes inoculadas com P. nicotianae. As plantas mais velhas foram mantidas sob condições de campo por nove meses e as mais novas foram mantidas por uma semana a 28 oC sob 12 h de luz. Periodicamente, avaliou-se a biomassa do sistema radicular e a colonização pelo patógeno, bem como parâmetros fisiológicos: troca gasosa, consumo de água e produção de etileno; do metabolismo primário: carboidratos e proteínas; e secundário: atividades da superóxido dismutase, catalase, quitinase, -1,3-glucanase, guaiacol peroxidase, polifenoloxidase, fenilalanina amônia-liase, fenóis totais e lignina. Observou-se nos porta-enxertos inoculados aos nove meses de cultivo que P. nicotianae comprometeu o sistema radicular e a troca gasosa apenas de tangerina Sunki a partir do quarto e quinto meses após a inoculação, respectivamente. A concentração de carboidratos em raízes de tangerina Sunki foi reduzida pelo patógeno a partir do terceiro mês após a inoculação, enquanto que em citrumelo Swingle só foram detectadas diferenças no terceiro e no quinto meses após a inoculação. Além disso, análises em HPLC, que envolveram os porta-enxertos com dois meses de cultivo, mostraram que as concentrações de sacarose e glicose em raízes de citrumelo Swingle foram afetadas pelo patógeno. Ademais, P. nicotianae estimulou a produção de etileno em plântulas de tangerina Sunki seis e sete dias após a inoculação, bem como reduziu a troca gasosa e o consumo de água nesse porta-enxerto a partir do quarto e quinto dia após a inoculação, respectivamente. Conclui-se que P. nicotianae reduz o sistema radicular de tangerina Sunki, o que diminui as trocas gasosas e afeta o balanço hídrico e estimula a síntese de etileno. Além disso, inicialmente P. nicotianae altera o metabolismo de carboidratos em raízes de citrumelo Swingle, seguida por reduções mais severas nas concentrações de açúcares em raízes de tangerina Sunki. Finalmente, não foram verificadas alterações relevantes no metabolismo secundário, que pudessem auxiliar na elucidação dos mecanismos de resistência de citrumelo Swingle a P. nicotianae. / Phytophthora diseases affect citrus plantations all over the world and the main symptoms are foot and root rot. Exclusion is the most important control method for these diseases, but they can be controlled in infected areas by using chemical control, or by planting scion grafted on resistant rootstocks, which is less costly. The less susceptible rootstocks to Phytophthora nicotianae are Swingle citrumelo and Poncirus trifoliata. Besides the importance of citrus-P. nicotianae interactions, it is still poorly understood its physiology and biochemistry. In this way, the objectives of this work were to analyze and to compare physiological and biochemical changes caused by P. nicotianae in two citrus rootstock: Sunki tangerine (susceptible) and Swingle citrumelo (resistant). Initially, nine and two months-old plants of both genotypes had their roots inoculated with P. nicotianae. The oldest plants were kept under field conditions during nine months and the youngest ones were incubated at 28 oC under 12 h of light for one week. Periodically, it was analyzed root biomass and pathogen colonization as well as physiological parameters: gas exchange, water consumption and ethylene production; primary metabolism: carbohydrates and protein; and secondary metabolism: superoxide dismutase, catalase, chitinase, -1,3-glucanase, guaiacol peroxidase, polyphenoloxydase, phenylalanine ammonia-lyase activities, total phenolics and lignin content. P. nicotianae reduced the root system and gas exchange of Sunki tangerine on the oldest rootstocks after the fourth and fifth months after the inoculation, respectively. This rootstock also showed reduction on the root carbohydrate content from the third month after the inoculation to the end of the experiment. On the other hand, the pathogen just changed this parameter on Swingle citrumelo on the third and fifth months after the inoculation. More over, HPLC analysis on two month-old plants indicated that sucrose and glucose concentration on Swingle citrumelo root system were affected by the pathogen. P. nicotianae also stimulated the ethylene production on Sunki tangerine six and seven days after the inoculation as well as decreased gas exchange and water consumption from the fourth to fifth days after the inoculation, respectively. It was concluded that P. nicotianae reduces the root system of Sunki tangerine, which decreases the gas exchange and water balance and increases ethylene synthesis. Moreover, initially P. nicotianae changes the carbohydrate metabolism in Swingle citrumelo root system, which is followed by severe reductions on sugar content on Sunki tangerine root. It was not found relevant changes on the secondary metabolism that could explain the mechanisms of resistance in Swingle citrumelo against P. nicotianae.

A semelhança entre os eventos da embriogênese zigótica e somática permite que sejam estabelecidos parâmetros para o acompanhamento destes dois processos. Neste trabalho foi estudada a embriogênese somática em Ocotea catharinensis, nas fases de maturação e germinação, além do processo germinativo da semente zigótica, avaliando-se parâmetros bioquímicos, e a expressão diferencial de proteínas. O tratamento com ABA + PEG em culturas de embriões somáticos apresentou variações semelhantes a apresentadas por embriões zigóticos no estádio de maturação. Não se observou a germinação de embriões somáticos, contudo verificou-se que a desidratação prévia promoveu importantes alterações bioquímicas. Durante a germinação, não se observou à síntese de novas proteínas no embrião zigótico. Os estudos proteômicos no desenvolvimento da semente permitiram a seleção de polipeptídios, marcadores estádio-específicos. Os resultados obtidos possibilitam a otimização e melhor entendimento das etapas da embriogênese somática, em espécies com sementes recalcitrantes, como O. catharinensis. / The great similarity among the events of zygotic and somatic embryogenesis allows the establishment of parameters for accompaniment of these processes. In the present work it was studied the somatic embryogenesis in Ocotea catharinensis, in the maturation and germination phases, and the zygotic embryogenesis. The biochemical parameters and differential expression of proteins were evaluated: The treatment with ABA + PEG presented similar variations for zygotic embryos in the maturation stage. The germination was not observed for somatic embryos; however, it was verified that the previous dehydration promoted important biochemical alterations. With relation to the zygotic embryo, throughout the germination process, the synthesis of new proteins was not observed. The proteomic studies carried out throughout seed development, allowed the selection of polypeptides with differential expression. The results obtained open perspectives for the methodology optimization of the somatic embryogenesis, for species with recalcitrant seeds, like O. catharinensis.

<div>To compensate for their sessile existence, plants synthesize and emit a wide diversity of volatile organic compounds (VOCs) that serve important biological functions pertaining to defense, reproduction, and plant-plant signaling. In addition to their importance in plant secondary metabolism, VOCs are used as fragrances, flavoring agents, and therapeutics. Plant metabolic engineering has successfully been implemented towards the design of value-added plants with enhanced defense, improved aroma and flavor, and increased production of specialty chemicals. However, rational design requires rigorous characterization of the mechanisms controlling metabolic fluxes in a network. Thus, the major aims of this dissertation are to study biological and physical mechanisms controlling the synthesis and emission of plant VOCs. This dissertation focuses on (i) modeling 2-phenylethanol biosynthesis in Arabidopsis and (ii) characterization of the biophysical properties of flower cuticles with respect to the emission of VOCs.</div><div><br></div><div>2-Phenylethanol (2-PE) is a naturally-occurring aromatic volatile with properties that make it a candidate oxygenate for petroleum-derived gasoline. In plants, 2-PE biosynthesis competes with the phenylpropanoid pathway for the common precursor L-phenylalanine (Phe). The phenylpropanoid pathway directs up to 30% of fixed carbon towards the production of lignin, a major constituent of plant cell walls that renders biomass recalcitrant to pretreatment techniques impeding the economical production of biofuels. An initial genetic engineering approach was proposed, whereby a portion of the carbon flux towards lignin production is diverted towards the biosynthesis 2-PE. Transgenic Arabidopsis thaliana expressing enzymes catalyzing the biosynthetic steps from Phe to 2-PE were generated. Excised stems from transgenic Arabidopsis were supplied 13C6-ring labeled Phe, and isotopic enrichment of downstream metabolites were quantified to calculate fluxes. By combining flux measurements with predictions from a kinetic model of the Phe metabolic network, we hypothesized that 2-PE biosynthesis in transgenic Arabidopsis was limited by endogenous pools of cytosolic Phe. Multiple independent genetic strategies were proposed based on model-guided predictions, such as inducing Phe hyper-accumulation, reduction of the activity of the competing phenylpropanoid pathway, and sequestering the 2-PE biosynthesis pathway in plastids. Combining kinetic modeling with time-course in vivo metabolomics led to successful rational engineering of 2-PE accumulating plants.</div><div><br></div><div>The plant cuticle is the physical interface between the flower and its surrounding environment. Passage of VOCs through the cuticle is driven solely by diffusion and is thus dependent on the cuticle physicochemical properties. Wax compounds in the cuticular matrix self-assemble into a multiphase system of crystalline and amorphous regions, where their relative amounts and arrangements govern VOC diffusion. To investigate the effect of wax composition on the crystallinity and permeability of the cuticle, we characterized the cuticular waxes of Petunia hybrida petals using GC-MS, FTIR, DSC, and XRD. Petal waxes were found to be enriched with long-chain hydrocarbons forming semi-crystalline waxes localized on petal surfaces. A ternary system of wax compounds was proposed as a model for petal cuticles to investigate the effect of wax composition on cuticle crystallinity and permeability. Atomistic simulations of VOC displacement in waxes of varying chemical composition were performed at 298 K and 1 bar under NPT conditions to estimate diffusivities. Wax anisotropy was found to be highly dependent on the elongation of methylene chains, restricting the molecular diffusion path. Changes in crystalline symmetry were found to have measurable effects on VOC diffusion. Simulations of compositional variants of the model cuticle shows that changes in relative crystallinity exert differential control on the dynamics of VOC emissions.</div><div><br></div><div>To directly determine the effect of the cuticle on VOC emissions in petunia flowers, the wax exporter PhABCG12 was silenced using RNA interference, resulting in flowers with thinner cuticles. However, VOC emissions were found to have significantly decreased in transgenic flowers relative to the wild-type control. Dewaxing wild-type and transgenic petunia revealed that the cuticle serves as a site of VOC build-up during emission, and deficient coverage limits the extent to which compounds can accumulate. In addition, the cuticle was found to impart differing levels of mass transfer resistance for certain VOCs, suggesting that the cuticle controls the dynamics of VOC emissions. Taken together, petal cuticles provide an additional layer of regulation in emission of VOCs from plants.</div><div><br></div>

Os enfezamentos vermelho e pálido são importantes doenças do milho, causadas, respectivamente, por um fitoplasma e por um espiroplasma (Spiroplasma kunkelii). As duas formas de enfezamento foram relatadas no Brasil no início da década de 70 e se tornaram economicamente relevantes no início dos anos 80, com a introdução de novas técnicas de cultivo no milho. Apesar de ser um patossistema conhecido e estudado, ainda há certos pontos em relação à doença que permanecem desconhecidos. Um deles é em relação à sobrevivência do vetor (Dalbulus maidis) e do patógeno durante a entressafra. Outro, diz respeito às alterações bioquímicas envolvidas na relação hospedeiro-patógeno. O presente trabalho visou avaliar algumas gramíneas, usadas na formação de pastagens, e ervas-daninhas, que ocorrem nas áreas cultivadas com milho, como possíveis hospedeiros alternativos destes patógenos; ainda, buscouse estudar algumas alterações bioquímicas que ocorrem nas plantas de milho quando infectadas por espiroplasma. Para isto, o trabalho foi desenvolvido em três etapas. Na primeira, onze espécies de capins e ervas daninhas foram experimentalmente inoculadas com o espiroplasma através do vetor. As avaliações foram realizadas com base na observação de sintomas, na detecção molecular do espiroplasma nos tecidos das plantas inoculadas e na contagem de insetos sobreviventes nestas plantas inoculadas. Como resultado, nenhuma das espécies testadas mostrou resultado positivo para presença do patógeno inoculado e não demonstrou capacidade em hospedar o espiroplasma. Em uma segunda etapa, três gramíneas sabidamente infectadas com o fitoplasma do enfezamento vermelho do milho (capim colonião, capim braquiária e capim marmelada) foram testadas quanto à capacidade de servirem como planta-fonte na aquisição do fitoplasma pelo vetor. Após o estabelecimento dos insetos nestas plantas, os mesmos foram transferidos para plantas sadias de milho. As avaliações também foram realizadas com base na observação de sintomas e detecção molecular do fitoplasma nos tecidos das plantas inoculadas. Das três espécies testadas como hospedeiras alternativas, o capim colonião demonstrou ser um hospedeiro alternativo do fitoplasma. Estes resultados trouxeram uma significativa contribuição ao melhor conhecimento da epidemiologia da doença, mostrando a existência de outro hospedeiro do patógeno além do milho. Na última etapa, foram escolhidos um híbrido suscetível e um resistente, os quais foram inoculados com cigarrinhas infectadas pelo espiroplasma e submetidos à análise bioquímica para avaliação de alguns compostos, como proteínas, fenóis, clorofilas, açúcares e as enzimas peroxidase e -1,3-glucanase. Amostras foliares foram coletadas e avaliadas em 6 diferentes períodos: 0, 10, 20, 40, 60 e 80 dias após a inoculação. Os resultados revelaram um aumento na quantidade de todos os compostos avaliados, porém uma redução na clorofila e proteína total para o híbrido suscetível. As análises evidenciaram que as alterações nas atividades enzimáticas parecem fazer parte de uma resposta inespecífica de defesa da planta. / The maize bushy stunt and corn stunt are relevant diseases caused, respectively, by a phytoplasma and a spiroplasma (Spiroplasma kunkelii). Both kinds of stunting were reported in Brazil in the beginning of the 1970´s and became economically important in the beginning of the 1980´s, with the adoption of new techniques for maize cultivation. Although this pathosystem has been well studied, there are still some unknown points related to the diseases. One of them is related to survival of the leafhopper vector (Dalbulus maidis) and pathogens during the maize off-season. The other one is related to biochemical changes involved in the host-pathogen interaction. This research aimed to evaluate some pasture grasses and weeds that occur on areas cultivated with corn as possible alternatives hosts for these pathogens; an additional study was conducted to investigate biochemical alterations in maize plants infected by S. kunkelii. So, the research was carried out on three steps. First, eleven species of grasses and weeds were inoculated with S. kunkelii by using infective leafhoppers. The evaluations were based on symptoms and molecular detection of the pathogen in the inoculated plants, as well as on counting of surviving insects onto these inoculated plants. S. kunkelii was not detected by PCR or symptoms in any of the inoculated plant species, indicating that they are not able to host this pathogen. In the second step, three species of grasses (Panicum maximum, Brachiaria plantaginea and Brachiaria decumbens) infected with the maize bushy stunt phytoplasma (MBSP) were tested as source plants of this pathogen for acquisition by its vector. After insects establishing on these plants, they were transferred to healthy corn plants. Transmission to maize was determined based on symptoms and molecular detection of the phytoplasma in the inoculated plant tissues. Out of the three grass species tested, only P. maximum was shown to serve as an alternative host of the phytoplasma. These results represent a relevant contribution to understanding of the disease epidemiology, indicating a species distinct of maize as a source plant for MBSP. In the last study, a susceptible and a resistant hybrid were inoculated with S. kunkelii by infective leafhoppers. Biochemical analyses were carried out to evaluate changes in proteins, phenols, chlorophylls, total sugars and enzymes peroxidase and -1, 3 glucanase. Leaf samples were harvested at 6 different times: 0, 10, 20, 40, 60 and 80 days after inoculation. Results revealed an increase in all biochemical parameters evaluated, with exception for the chlorophyll content and soluble protein in a susceptible hybrid that decreased. The analysis showed that enzyme activity may be an unspecific response of the plant to the pathogen.

Inseticidas e fungicidas geralmente são estudados quanto a sua eficiência no controle de pragas e doenças, entretanto podem provocar efeitos fisiológicos pouco conhecidos capazes de influenciar o desenvolvimento das culturas. O tiametoxam é um inseticida sistêmico do grupo dos neonicotinóides, da família nitroguanidina, que atua no receptor nicotínico acetilcolina de insetos, danificando o sistema nervoso dos mesmos, levando-os à morte. Este inseticida, largamente utilizado no controle de pragas iniciais e insetos sugadores, apresenta efeito bioativador, uma vez que mesmo na ausência da pragas, promove aumento em vigor e desenvolvimento nas plantas tratadas. Acredita-se que os efeitos do tiametoxam em plantas são indiretos, pois atuam na expressão dos genes responsáveis pela síntese e ativação de enzimas metabólicas, relacionadas ao crescimento da planta, alterando a produção de aminoácidos e precursores de hormônios vegetais. Existem alguns trabalhos com tiametoxam com o objetivo de verificar seus efeitos no metabolismo e desenvolvimento das plantas, mas os resultados ainda não são claros, evidenciando forte interação entre cultivares, épocas, condições de estresse e disponibilidade de nutrientes. Em função da grande utilização do inseticida tiametoxam na agricultura brasileira, o estudo deste agroquímico, no sentido de alterar o metabolismo e desenvolvimento de plantas, constitui-se de grande importância na agregação de informações à literatura biológica e agronômica. Os objetivos deste trabalho foram verificar o efeito da aplicação de tiametoxam em plantas de cana-de-açúcar, feijoeiro, soja, laranjeira e cafeeiro, em diferentes doses e formas de aplicação (tratamento de sementes, pulverização foliar e aplicação no solo), sobre parâmetros de desenvolvimento (área foliar, massa seca de folhas e raízes, comprimento radicular) e aspectos bioquímicos (teores foliares de nutrientes e atividade enzimática). Os experimentos foram realizados em vasos, no Horto Experimental do Departamento de Ciências Biológicas da ESALQ/USP. Concluiu-se que a aplicação de tiametoxam em pulverização foliar, em cana-deaçúcar, aumenta a área foliar e o comprimento das raízes, amplia a espessura do córtex da raiz, incrementa o diâmetro do cilindro vascular e aumenta o número de metaxilemas; em feijoeiro, em tratamento de sementes, aumenta a área foliar, a massa seca da parte aérea e a atividade da nitrato redutase em folhas e em pulverização foliar aumenta a atividade da nitrato redutase e a atividade da fenilalanina amônia-liase em folhas; em soja, em tratamento de sementes, aumenta a área foliar, massa seca e comprimento das raízes e os teores foliares de cálcio e magnésio, e em pulverização foliar, reduz os teores de fósforo e cálcio, mas aumenta os teores de potássio; em mudas de laranjeira, aplicado no solo, aumenta a área foliar, a massa seca das folhas, a massa seca do caule e ramos e a área foliar média, mas reduz os teores foliares de nitrogênio, fósforo e enxofre; em mudas de café arábica, aplicado na raiz, aumenta o número de folhas, a massa seca de raízes finas e o comprimento das raízes. / Insecticides and fungicides are often studied to their efficiency in controlling pests and diseases, however can cause physiological effects little known that can affect crop growth. Thiamethoxan is a systemic insecticide from the neonicotinoid group, nitroguanidine family, which acts on nicotinic acetylcholine receptor of insects, damaging their nervous system, leading them to death. This insecticide, that is widely used for controlling pests and sucking insects, has bioactivator effect, since even in the absence of pests, promotes an increase in vigor and development in treated plants. It is believed that the effects of thiamethoxan in plants are indirect, because it acts in the genes expression responsible for metabolic enzymes activation and synthesis, related to plant growth, by modifying amino acids and plant hormones precursors production. There is a number of studies with thiamethoxan in the way to determine the effects on metabolism and development of plants, but the results are not clear, showing strong interaction between cultivars, stress conditions and nutrient availability. Due to the wide use of the insecticide thiamethoxan in Brazilian agriculture, the study of this insecticide in order to know the metabolism changes in the plants, brings a great importance in the collection of knowledge to the agronomic and biological literature. The objectives of this study was to evaluate the effect of thiamethoxan on sugar cane, common beans, soy, orange and coffee plants with different doses and forms of application (seed treatment, foliar spray and soil application) on developmental parameters (leaf area, dry mass of leaves and roots, root length) and biochemical aspects (nutrient content and enzymatic activity). The experiments were conducted in pots in the ESALQ / USP, Experimental Field of Biological Sciences Department. It was concluded that the application of thiamethoxan as foliar spray on sugar cane, increases leaf area and root length, increases the thickness of the cortex of the root, increases the diameter of the vascular cylinder and increases the number of vessels; in bean for seed treatment, increases the leaf area, dry mass of shoots and the activity of nitrate reductase in leaves, and foliar spray increases the activity of nitrate reductase and phenylalanine ammonia-lyase in leaves; in soybean, in seeds treatment, increases leaf area, dry weight of roots, root length and foliar calcium and magnesium, and foliar spray, reduces the amount of phosphorus and calcium, but increased levels of potassium; in orange trees, applicated on the soil, increases the leaf area, leaf area average, leaves dry mass, stems and branches dry mass, but reduces the amount of nitrogen, phosphorus and sulfur in the leaf; in arabica coffee seedlings, applied at the root, increases the number of leaves, fine roots dry mass and length of roots.

Os enfezamentos vermelho e pálido são importantes doenças do milho, causadas, respectivamente, por um fitoplasma e por um espiroplasma (Spiroplasma kunkelii). As duas formas de enfezamento foram relatadas no Brasil no início da década de 70 e se tornaram economicamente relevantes no início dos anos 80, com a introdução de novas técnicas de cultivo no milho. Apesar de ser um patossistema conhecido e estudado, ainda há certos pontos em relação à doença que permanecem desconhecidos. Um deles é em relação à sobrevivência do vetor (Dalbulus maidis) e do patógeno durante a entressafra. Outro, diz respeito às alterações bioquímicas envolvidas na relação hospedeiro-patógeno. O presente trabalho visou avaliar algumas gramíneas, usadas na formação de pastagens, e ervas-daninhas, que ocorrem nas áreas cultivadas com milho, como possíveis hospedeiros alternativos destes patógenos; ainda, buscouse estudar algumas alterações bioquímicas que ocorrem nas plantas de milho quando infectadas por espiroplasma. Para isto, o trabalho foi desenvolvido em três etapas. Na primeira, onze espécies de capins e ervas daninhas foram experimentalmente inoculadas com o espiroplasma através do vetor. As avaliações foram realizadas com base na observação de sintomas, na detecção molecular do espiroplasma nos tecidos das plantas inoculadas e na contagem de insetos sobreviventes nestas plantas inoculadas. Como resultado, nenhuma das espécies testadas mostrou resultado positivo para presença do patógeno inoculado e não demonstrou capacidade em hospedar o espiroplasma. Em uma segunda etapa, três gramíneas sabidamente infectadas com o fitoplasma do enfezamento vermelho do milho (capim colonião, capim braquiária e capim marmelada) foram testadas quanto à capacidade de servirem como planta-fonte na aquisição do fitoplasma pelo vetor. Após o estabelecimento dos insetos nestas plantas, os mesmos foram transferidos para plantas sadias de milho. As avaliações também foram realizadas com base na observação de sintomas e detecção molecular do fitoplasma nos tecidos das plantas inoculadas. Das três espécies testadas como hospedeiras alternativas, o capim colonião demonstrou ser um hospedeiro alternativo do fitoplasma. Estes resultados trouxeram uma significativa contribuição ao melhor conhecimento da epidemiologia da doença, mostrando a existência de outro hospedeiro do patógeno além do milho. Na última etapa, foram escolhidos um híbrido suscetível e um resistente, os quais foram inoculados com cigarrinhas infectadas pelo espiroplasma e submetidos à análise bioquímica para avaliação de alguns compostos, como proteínas, fenóis, clorofilas, açúcares e as enzimas peroxidase e -1,3-glucanase. Amostras foliares foram coletadas e avaliadas em 6 diferentes períodos: 0, 10, 20, 40, 60 e 80 dias após a inoculação. Os resultados revelaram um aumento na quantidade de todos os compostos avaliados, porém uma redução na clorofila e proteína total para o híbrido suscetível. As análises evidenciaram que as alterações nas atividades enzimáticas parecem fazer parte de uma resposta inespecífica de defesa da planta. / The maize bushy stunt and corn stunt are relevant diseases caused, respectively, by a phytoplasma and a spiroplasma (Spiroplasma kunkelii). Both kinds of stunting were reported in Brazil in the beginning of the 1970´s and became economically important in the beginning of the 1980´s, with the adoption of new techniques for maize cultivation. Although this pathosystem has been well studied, there are still some unknown points related to the diseases. One of them is related to survival of the leafhopper vector (Dalbulus maidis) and pathogens during the maize off-season. The other one is related to biochemical changes involved in the host-pathogen interaction. This research aimed to evaluate some pasture grasses and weeds that occur on areas cultivated with corn as possible alternatives hosts for these pathogens; an additional study was conducted to investigate biochemical alterations in maize plants infected by S. kunkelii. So, the research was carried out on three steps. First, eleven species of grasses and weeds were inoculated with S. kunkelii by using infective leafhoppers. The evaluations were based on symptoms and molecular detection of the pathogen in the inoculated plants, as well as on counting of surviving insects onto these inoculated plants. S. kunkelii was not detected by PCR or symptoms in any of the inoculated plant species, indicating that they are not able to host this pathogen. In the second step, three species of grasses (Panicum maximum, Brachiaria plantaginea and Brachiaria decumbens) infected with the maize bushy stunt phytoplasma (MBSP) were tested as source plants of this pathogen for acquisition by its vector. After insects establishing on these plants, they were transferred to healthy corn plants. Transmission to maize was determined based on symptoms and molecular detection of the phytoplasma in the inoculated plant tissues. Out of the three grass species tested, only P. maximum was shown to serve as an alternative host of the phytoplasma. These results represent a relevant contribution to understanding of the disease epidemiology, indicating a species distinct of maize as a source plant for MBSP. In the last study, a susceptible and a resistant hybrid were inoculated with S. kunkelii by infective leafhoppers. Biochemical analyses were carried out to evaluate changes in proteins, phenols, chlorophylls, total sugars and enzymes peroxidase and -1, 3 glucanase. Leaf samples were harvested at 6 different times: 0, 10, 20, 40, 60 and 80 days after inoculation. Results revealed an increase in all biochemical parameters evaluated, with exception for the chlorophyll content and soluble protein in a susceptible hybrid that decreased. The analysis showed that enzyme activity may be an unspecific response of the plant to the pathogen.

Inseticidas e fungicidas geralmente são estudados quanto a sua eficiência no controle de pragas e doenças, entretanto podem provocar efeitos fisiológicos pouco conhecidos capazes de influenciar o desenvolvimento das culturas. O tiametoxam é um inseticida sistêmico do grupo dos neonicotinóides, da família nitroguanidina, que atua no receptor nicotínico acetilcolina de insetos, danificando o sistema nervoso dos mesmos, levando-os à morte. Este inseticida, largamente utilizado no controle de pragas iniciais e insetos sugadores, apresenta efeito bioativador, uma vez que mesmo na ausência da pragas, promove aumento em vigor e desenvolvimento nas plantas tratadas. Acredita-se que os efeitos do tiametoxam em plantas são indiretos, pois atuam na expressão dos genes responsáveis pela síntese e ativação de enzimas metabólicas, relacionadas ao crescimento da planta, alterando a produção de aminoácidos e precursores de hormônios vegetais. Existem alguns trabalhos com tiametoxam com o objetivo de verificar seus efeitos no metabolismo e desenvolvimento das plantas, mas os resultados ainda não são claros, evidenciando forte interação entre cultivares, épocas, condições de estresse e disponibilidade de nutrientes. Em função da grande utilização do inseticida tiametoxam na agricultura brasileira, o estudo deste agroquímico, no sentido de alterar o metabolismo e desenvolvimento de plantas, constitui-se de grande importância na agregação de informações à literatura biológica e agronômica. Os objetivos deste trabalho foram verificar o efeito da aplicação de tiametoxam em plantas de cana-de-açúcar, feijoeiro, soja, laranjeira e cafeeiro, em diferentes doses e formas de aplicação (tratamento de sementes, pulverização foliar e aplicação no solo), sobre parâmetros de desenvolvimento (área foliar, massa seca de folhas e raízes, comprimento radicular) e aspectos bioquímicos (teores foliares de nutrientes e atividade enzimática). Os experimentos foram realizados em vasos, no Horto Experimental do Departamento de Ciências Biológicas da ESALQ/USP. Concluiu-se que a aplicação de tiametoxam em pulverização foliar, em cana-deaçúcar, aumenta a área foliar e o comprimento das raízes, amplia a espessura do córtex da raiz, incrementa o diâmetro do cilindro vascular e aumenta o número de metaxilemas; em feijoeiro, em tratamento de sementes, aumenta a área foliar, a massa seca da parte aérea e a atividade da nitrato redutase em folhas e em pulverização foliar aumenta a atividade da nitrato redutase e a atividade da fenilalanina amônia-liase em folhas; em soja, em tratamento de sementes, aumenta a área foliar, massa seca e comprimento das raízes e os teores foliares de cálcio e magnésio, e em pulverização foliar, reduz os teores de fósforo e cálcio, mas aumenta os teores de potássio; em mudas de laranjeira, aplicado no solo, aumenta a área foliar, a massa seca das folhas, a massa seca do caule e ramos e a área foliar média, mas reduz os teores foliares de nitrogênio, fósforo e enxofre; em mudas de café arábica, aplicado na raiz, aumenta o número de folhas, a massa seca de raízes finas e o comprimento das raízes. / Insecticides and fungicides are often studied to their efficiency in controlling pests and diseases, however can cause physiological effects little known that can affect crop growth. Thiamethoxan is a systemic insecticide from the neonicotinoid group, nitroguanidine family, which acts on nicotinic acetylcholine receptor of insects, damaging their nervous system, leading them to death. This insecticide, that is widely used for controlling pests and sucking insects, has bioactivator effect, since even in the absence of pests, promotes an increase in vigor and development in treated plants. It is believed that the effects of thiamethoxan in plants are indirect, because it acts in the genes expression responsible for metabolic enzymes activation and synthesis, related to plant growth, by modifying amino acids and plant hormones precursors production. There is a number of studies with thiamethoxan in the way to determine the effects on metabolism and development of plants, but the results are not clear, showing strong interaction between cultivars, stress conditions and nutrient availability. Due to the wide use of the insecticide thiamethoxan in Brazilian agriculture, the study of this insecticide in order to know the metabolism changes in the plants, brings a great importance in the collection of knowledge to the agronomic and biological literature. The objectives of this study was to evaluate the effect of thiamethoxan on sugar cane, common beans, soy, orange and coffee plants with different doses and forms of application (seed treatment, foliar spray and soil application) on developmental parameters (leaf area, dry mass of leaves and roots, root length) and biochemical aspects (nutrient content and enzymatic activity). The experiments were conducted in pots in the ESALQ / USP, Experimental Field of Biological Sciences Department. It was concluded that the application of thiamethoxan as foliar spray on sugar cane, increases leaf area and root length, increases the thickness of the cortex of the root, increases the diameter of the vascular cylinder and increases the number of vessels; in bean for seed treatment, increases the leaf area, dry mass of shoots and the activity of nitrate reductase in leaves, and foliar spray increases the activity of nitrate reductase and phenylalanine ammonia-lyase in leaves; in soybean, in seeds treatment, increases leaf area, dry weight of roots, root length and foliar calcium and magnesium, and foliar spray, reduces the amount of phosphorus and calcium, but increased levels of potassium; in orange trees, applicated on the soil, increases the leaf area, leaf area average, leaves dry mass, stems and branches dry mass, but reduces the amount of nitrogen, phosphorus and sulfur in the leaf; in arabica coffee seedlings, applied at the root, increases the number of leaves, fine roots dry mass and length of roots.

Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Enzyme des Oxylipinstoffwechsels in P. patens funktionell und strukturell charakterisiert. Dafür wurden die bifunktionelle PpLOX1 und zwei AOCs (PpAOC1 und PpAOC2) ausgewählt. Mittels verschiedener biochemischer, bioinformatischer und biophysikalischer Methoden wurden diese Enzyme bezüglich Funktion, Aktivität und Struktur charakterisiert. Desweiteren wurden nach erfolgreicher Kristallisation von PpAOC1 und PpAOC2 die hochaufgelösten Röntgenkristallstrukturen beider Enzyme im Grundzustand sowie im Komplex mit Substratanalogen gelöst. Für PpAOC2 wurden dabei zwei verschiedene Bindemodi des Liganden beobachtet. Der Einfluß der Aminosäurereste Arg-345, Arg-638 und Tyr-851 auf den Reaktionsmechanismus von PpLOX1 wurde durch zielgerichtete Mutagenese und nachfolgende Analyse der Produktbildung durch die erhaltenen Varianten untersucht. Es wurden keine signifikanten Unterschiede bei der Umsetzung verschiedener Fettsäuren durch das Ausgangsenzym oder die Varianten R345L bzw. R638L gefunden. Dagegen zeigte die Doppelvariante R345L/R638L eine stark verringerte Menge an gebildeten Produkten. Demnach scheint zumindest das Vorliegen einer dieser beiden positiv geladenen Reste wichtig für die Umsetzung der Substrate zu sein. Möglicherweise wird die negativ geladene Carboxylatgruppe der jeweiligen Fettsäure durch elektrostatische Wechselwirkungen über Arg-345 oder Arg-638 gebunden. Die Variante Y851I bildete geringere Mengen von 12-ODTE, Keto-Fettsäuren und auch weniger Produkt als das Ausgangsenzym. Demnach scheint auch dieser Rest an der Katalyse beteiligt zu sein. Da aber für die Variante Y851F sogar ein erhöhter Anteil an 12-ODTE gefunden wurde, scheint der voluminöse und hydrophobe aromatische Ring, und nicht die Hydroxyl-Gruppe des Tyrosin, wichtig zu sein. Die gereinigten Enzyme PpAOC1 und PpAOC2 wurden für Aktivitätstest mit verschiedenen C20-Fettsäure-Hydroperoxiden verwendet. Beide Enzyme zeigten Aktivität gegenüber den 15-Hydroperoxiden von EPA und ETA, jedoch nicht von AA. Darüber hinaus besitzt PpAOC2, aber nicht PpAOC1, Aktivität für die 12-Hydroperoxide welche sich von AA, EPA und DGLA ableiten. Es wurden zusätzlich zu 11-OPTA bislang nicht beschriebene zyklische Verbindungen gebildet, deren chemische Struktur durch Fragmentierung mittels ESI-MS/MS aufgeklärt wurde. In den vorliegenden Studien zu PpAOC1 und PpAOC2 wurde das Glutamat an Position 18 jeweils durch Glutamin oder Aspartat ausgetauscht. Es wurde gezeigt, dass der konservierte Glutamatrest und seine negative Carboxylatgruppe in beiden Enzymen essenziell für die Katalyse ist. Dagegen wurde für die Variante R22L lediglich ein Einfluß auf die Aktivität in PpAOC2 gefunden. Im aktiven Zentrum von PpAOC1 werden zwei Wassermoleküle von vier Aminosäureresten koordiniert, während in PpAOC2 ein Wassermolekül von zwei Aminosäureresten gebunden ist. Inwiefern diese Wassermoleküle an der Katalyse beteiligt sind, konnte bisher nicht eindeutig geklärt werden.

Introducción general. Los pulgones representan una de las plagas más importantes económicamente en la agricultura mundial. Su impacto negativo se relaciona, en parte, con su capacidad de reproducirse por partenogénesis junto con un tiempo de generación corto, lo que les permite alcanzar altas densidades de población. El pulgón Myzus persicae es la plaga de pulgón más importante del mundo a nivel económico. Destaca especialmente por ser altamente polífago ya que se alimenta de más de 400 especies de plantas de 50 familias diferentes, afectando a importantes cultivos agrícolas y hortícolas. Además, M. persicae es vector de más de 100 enfermedades virales y es la especie de pulgón que ha desarrollado más mecanismos (al menos seis tipos) de resistencia a insecticidas. Por lo tanto, resulta de vital importancia la identificación de factores moleculares y mecanismos que contribuyan a las defensas de la planta y limiten la infestación del pulgón. El crecimiento de la población mundial y de la consiguiente demanda de alimentos requiere un mayor rendimiento de los cultivos, así como una mayor resistencia de estos a los estreses ambientales. Además, existe una tendencia social creciente a mejorar la producción de los cultivos a través de medios seguros y sostenibles que reduzcan el uso de pesticidas. En este sentido, comprender la naturaleza química de las complejas interacciones planta-pulgón resulta indispensable para optimizar la producción de nuevos cultivos. Los estudios realizados hasta el momento muestran que tanto la señalización como las respuestas de defensa son altamente específicas de interacciones planta-pulgón concretas. Esto destaca la importancia de estudiar sistemas específicos en lugar de basarse en los mecanismos descritos en plantas modelo. Desarrollo técnico. El objetivo principal de esta Tesis Doctoral es obtener una visión integrada de la dinámica espacial y temporal de la interacción planta-pulgón en una especie no modelo, pero de gran relevancia en la agricultura Mediterránea, como es el pimiento (Capsicum annuum L.). Para ello, se han caracterizado las respuestas químicas de las hojas del pimiento a la infestación por el pulgón verde del melocotonero Myzus persicae (Sulzer, 1776), utilizando la técnica de cromatografía líquida de alta resolución acoplada a espectrometría de masas. Los metabolitos analizados en esta tesis incluyen aminoácidos (como metabolitos primarios con función dual en las interacciones planta-pulgón), fitohormonas (implicadas en la señalización de la defensa de la planta), proteínas (proporcionan un análisis a gran escala del metabolismo a través de un enfoque proteómico) y ácidos fenólicos (como metabolitos secundarios con funciones en defensa). Además, se han realizado diferentes experimentos que incluyen un seguimiento detallado del curso temporal de la infestación (desde las 3 horas hasta los 7 días post-infestación) y también se ha realizado el análisis a nivel local y sistémico utilizando para ello trampas de tipo clip (clip cages). Conclusiones. 1. Diferentes análisis fitoquímicos, incluyendo hormonas involucradas en las rutas de señalización que controlan el crecimiento y las respuestas de defensa de las plantas, el estudio proteómico a gran escala, y el análisis de metabolitos primarios (aminoácidos) y secundarios (ácidos fenólicos), han demostrado que el pulgón verde del melocotonero Myzus persicae (Sulzer, 1776) a una baja densidad de infestación permanece sin ser detectado o no desencadena una respuesta de gran magnitud en las plantas de pimiento (Capsicum annuum L.). 2. M. persicae induce cambios significativos en la composición de aminoácidos libres de las hojas de pimiento, dependiendo tanto de la densidad de infestación como del tiempo post-infestación. 3. Mientras que a alta densidad M. persicae produce un gran incremento en el contenido total de aminoácidos libres, a baja densidad el contenido de aminoácidos libres disminuye considerablemente a los 7 días post-infestación. 4. El aumento en el contenido total de aminoácidos libres se debe principalmente a un incremento en los aminoácidos esenciales. En términos cuantitativos, los aminoácidos con mayor incremento en su contenido son los aromáticos fenilalanina y tirosina, los aminoácidos de cadena ramificada, valina, leucina e isoleucina, y un grupo formado por alanina, arginina, lisina, metionina y treonina. 5. El análisis de fitohormonas ha demostrado que la mayor parte de las respuestas ocurren a nivel local. 6. Las vías de señalización del ácido jasmónico y el ácido salicílico están ambas involucradas en las respuestas moleculares del pimiento a M. persicae. 7. La ruta de señalización del ácido jasmónico responde más rápidamente y con una mayor magnitud que la del ácido salicílico, la cual se induce sólo en las últimas etapas de la infestación. 8. Los niveles endógenos del ácido indolacético no se alteran significativamente en las plantas de pimiento en respuesta al pulgón, incluso bajo una elevada densidad de infestación. 9. Las plantas de pimiento infestadas con una alta densidad de pulgón muestran una reducción en la longitud del tallo, el número de hojas y el ancho de la hoja a los 7 días post-infestación. 10. El análisis proteómico ha revelado un patrón general en las respuestas de las proteínas de las hojas de pimiento al ataque del pulgón, según el cual la expresión de la mayor parte de las proteínas aumenta a tiempos cortos pero disminuye con el progreso de la infestación. 11. El pobre solapamiento observado entre las proteínas con expresión diferencial a diferentes tiempos de infestación indica que la mayoría de las proteínas se regulan solo de forma transitoria. 12. Un elevado número (46,8%) de las proteínas con expresión diferencial son cloroplásticas, lo que subraya la relevancia de este orgánulo en la respuesta de la planta a los pulgones. 13. La mayoría de los cambios se producen en proteínas que son necesarias para el funcionamiento de la planta en condiciones normales, incluyendo proteínas involucradas en fotosíntesis y fotorrespiración, metabolismo de aminoácidos y carbohidratos, traducción, y plegamiento y degradación de proteínas. Sin embargo, el número de proteínas directamente involucradas en la defensa de la planta es bajo y su expresión está mayoritariamente reprimida en respuesta al ataque del pulgón. 14. El análisis de los ácidos fenólicos libres ha revelado que una alta densidad de infestación por pulgón induce la alteración en el contenido de todos los ácidos fenólicos libres analizados en algún momento de la infestación, con excepción del ácido clorogénico. 15. Los ácidos gálico, p-hidroxibenzoico, cafeico, p-cumárico y sinápico aumentan su contenido en las hojas de pimiento a tiempos cortos de infestación (1 día) pero disminuyen por debajo del control (excepto el ácido sinápico) a tiempos más largos. 16. Los ácidos protocatéquico y salicílico muestran un patrón de variación opuesto en las hojas de pimiento en respuesta al pulgón.

<p>  </p> <p>Environmental conditions, like light quality and herbivory, can induce changes in plant physiology. Light quality can be manipulated using LEDs (light emitting diodes) to improve crop quality and yield in horticultural production. The manipulation of light quality has also been utilized in the management of agricultural insect pests. Previous research has provided evidence that changes in light quality can have effects on the growth and chemistry of cannabis crops (<em>Cannabis spp.</em>). Varieties of cannabis are grown for the production of the valued cannabinoids CBD and THC. Pest of cannabis include herbivorous arthropods that reduce hemp yield and quality. Arthropod herbivory can induce chemical and physical changes in plants. This thesis further investigates the role of light quality on both cannabis biology and the crop-pest interaction between cannabis and the cannabis aphid (<em>Phorodon cannabis</em>). In the experiments described herein, the effects of light quality and <em>P. cannabis </em>herbivory on cannabis were assessed by measuring impact on biomass accumulation, yield, and the production of CBD and THC. The effects of light quality on the life history traits of <em>P. cannabis </em>were also measured. Cannabis grown under red-blue light quality saw a reduction in vegetative growth but no reduction in yield. Light treatments had no measured effect on the concentrations of CBD and THC in the cannabis buds. Aphid herbivory decreased bud yield but increased vegetative growth. Aphid herbivory reduced the concentration of both CBD and THC in cannabis bud tissue. Under blue-rich light quality, <em>P. cannabis </em>experienced higher reproductive rates when compared to red-blue and full-spectrum lighting. </p>