As plantas expressam diferentes mecanismos de defesa em resposta a patógenos. Em geral, ocorre o reconhecimento de padrões moleculares associados ao patógeno (PAMPs) por receptores específicos das plantas, desencadeando as respostas de defesa através das vias de sinalização mediadas por jasmonato (JA), etileno (ET) e ácido salicílico (AS). Além disso, a descoberta de sinais endógenos como AtPep1 que regulam a expressão de genes de defesa em Arabidopsis thaliana tem auxiliado na compreensão dos mecanismos de defesa. No entanto, os mecanismos de defesa de plantas a patógenos necrotróficos como Pythium spp. são pouco conhecidos. Desta forma, o desenvolvimento de estratégias para identificar e caracterizar genes de resistência à Pythium spp. pode auxiliar na compreensão dos mecanismos de defesa, possibilitando a obtenção de cultivares resistentes. Uma das estratégias empregadas para a identificação de genes de resistência a patógenos do gênero Pythium consistiu na construção de uma biblioteca de cDNAs diferencialmente expressos em A. thaliana susperexpressando AtPROPEP1, que são mais resistentes à P. irregulare e a P. deliense. Paralelamente, foi realizada a busca de um gene ortólogo ao AtPROPEP1 de A. thaliana em diferentes espécies de solanáceas. Outra estratégia utilizada envolveu a avaliação do efeito da aplicação dos hormônios JA e AS e do regulador de crescimento etefon na resistência de plantas de tomate à P. dissotocum. Posteriormente foi realizado o silenciamento dos genes CTR1, ERF1 e SlPROPEP em plantas de tomate a fim de verificar o papel dos mesmos na resistência das plantas à P. dissotocum. Os resultados obtidos na biblioteca subtrativa indicam que A. thaliana superexpressando AtPROPEP1 pode induzir a expressão não somente da defensina PDF1.2, mas também de GRP3, outro gene envolvido na defesa de plantas contra patógenos. Através da busca de ortólogos de AtPROPEP1 em diferentes solanáceas foi possível identificar um ortólogo em Solanum lycopersicum - SlPROPEP. O tratamento com etefon aumentou a resitência das plantas à P. dissotocum comparado com as plantas não tratadas. Este tratamento também induziu a expressão relativa de SlPROPEP, PR-1, PR-5 e da defensina DEF2. Assim como o tratamento com etefon o silenciamento do gene CTR1, que atua como um regulador negativo da via de sinalização de defesa por ET aumentou a resistência das plantas à P. dissotocum. Enquanto que as plantas silenciadas para os genes ERF1 e SlPROPEP foram mais suscetíveis. O silenciamento de SlPROPEP reprimiu a expressão relativa dos genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 envolvidos na defesa de plantas à patógenos. Estes resultados, em conjunto com o aumento da resistência nas plantas tratadas com etefon, sugerem que a via de sinalização de ET atua na resistência de tomate à P. dissotocum sendo que esta resistência possivelmente é mediada por SlPROPEP. / Plants express different defense mechanisms in response to pathogens. In general, specific receptors in plants reconize pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), triggering the response defenses by signaling pathways mediated by jasmonate (JA), ethylene (ET) and salicylic acid (SA). Furthermore, the discovery of endogenous signals, as AtPep1, which regulate defense genes expression in Arabidopsis thaliana, has aided the understanding of the defense mechanisms. However, the defense mechanisms of plants to necrotrophic pathogens such as Pythium spp. are poorly known. Thus, development of strategies to identify and characterize the resistance genes to Pythium spp. can help the understand of defense mechanisms, allowing the obtainance of resistant cultivars. One of the strategies used for the identification of resistance genes to pathogens within the genus Pythium consisted to construct a cDNA library of differentially expressed genes in plants overexpressing AtPROPEP1, which are more resistant to P. irregulare and P. deliense. Simultaneously, a search for orthologous genes to AtPROPEP1 from A. thaliana in different species of Solanaceae was performed. Another strategy used involved the evaluation of application of JA and AS and of the growth regulator ethephon on the resistance of tomato plants to P. dissotocum. Then, the silencing of the genes CTR1, ERF1 and SlPROPEP was performed in tomato plants in order to check the role of the tomato resistance to P. dissotocum. The results obtained from subtractive cDNA library indicate that A. thaliana plants overexpressing AtPROPEP1 may induce expression not only of the PDF1.2 defensin but also the GRP3 expression, another gene involved in plant defense against pathogens. By the search for orthologous genes to AtPROPEP1 in different species of Solanaceae was possible to identify an ortholog in Solanum lycopersicum - SlPROPEP. The ethephon treatment increased resistance of plants to P. dissotocum compared to untreated plants. This treatment also induced the expression of SlPROPEP, PR-1, PR-5 and DEF2 defensin. As ethephon treatment, the silencing of CTR1 gene, which acts as a negative regulator of defense signaling pathway by ET, increased plant resistance to P. dissotocum. Whereas the plants containing ERF1 and SlPROPEP genes silenced were more susceptible. SlPROPEP silencing repressed the relative expression of the genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 involved in plant defense to pathogens. These results, together with increased resistance in the plants treated with ethephon, suggest that ET signaling pathway acts in tomato to resistance P. dissotocum and this resistance is likely mediated by SlPROPEP.

A pitiose é uma doença granulomatosa, tendo como agente etiológico Pythium insidiosum De Cock, 1987, que atinge eqüinos, provocando quadro infeccioso na pele e tecido subcutâneo , caninos com apresentação gastrintestinal e cutânea , bovinos com doença cutânea , felinos e humanos, com quadro clinico de arterite, queratite e celulite periorbital. Esta enfermidade é mais prevalente em áreas tropicais, subtropicais ou temperadas. Também animais silvestres podem se infectar pela doença. O gênero Pythium pertence ao Reino Stramenopila, Filo Oomycota, cujos membros caracterizam-se por produção de zoósporos biflagelados durante a reprodução assexuada. O desenvolvimento de pitiose experimental nas espécies naturalmente infectadas não foi ainda relatado, mas os coelhos são sensíveis à inoculação de zoósporos e podem ser usados como modelo experimental para estudo da pitiose. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de 3 processos de produção de imunoterápicos contra pitiose, produzidos a partir do cultivo e posterior maceração ou sonicação, em coelhos infectados experimentalmente com 17.500 zoósporos do oomiceto Pythium insidiosum (cepa CBS 101555). Todos os coelhos foram inoculados com zoósporos 1 mês antes da aplicação dos imunoterápicos. Para avaliação dos imunoterápicos, os coelhos que desenvolveram lesões foram divididos em 4 grupos de 5 animais: Grupo 1 – Tratado com placebo; grupo 2 – tratado com o imunoterápico sonicado; grupo 3 – tratado com o imunoterápico misto e o grupo 4 - Imunoterápico macerado mecanicamente. Todos os animais receberam 8 doses do imonoterápico ou placebo com intervalos de 14 dias. Um mês após a inoculação dos zoósporos móveis, foram iniciadas as medições das áreas inoculadas. Os resultados indicaram que o imunoterápico macerado, utilizado no grupo 4, foi estatisticamente (P<0.001) mais eficiente que os demais, diminuindo em até 71,8% a área dos nódulos provocados pelo Pythium insidiosum, após 26 semanas de avaliação. Neste período 2 coelhos deste grupo foram curados. Os animais do Grupo 2 que receberam o imunoterápico sonicado, não mostraram nenhuma reação, detectando-se aumento de até 221% no tamanho das lesões. Nos coelhos do grupo 3, imunoterápico misto, houve aumento das lesões em 50%. A provável causa deste insucesso com o grupo 2, está na desnaturação dos antígenos protetores através dos processos de sonicação. Os dados gerados nesta tese podem inferir que, futuramente, novas perspectivas se abrem para o estudo da pitiose e seu controle.

As plantas expressam diferentes mecanismos de defesa em resposta a patógenos. Em geral, ocorre o reconhecimento de padrões moleculares associados ao patógeno (PAMPs) por receptores específicos das plantas, desencadeando as respostas de defesa através das vias de sinalização mediadas por jasmonato (JA), etileno (ET) e ácido salicílico (AS). Além disso, a descoberta de sinais endógenos como AtPep1 que regulam a expressão de genes de defesa em Arabidopsis thaliana tem auxiliado na compreensão dos mecanismos de defesa. No entanto, os mecanismos de defesa de plantas a patógenos necrotróficos como Pythium spp. são pouco conhecidos. Desta forma, o desenvolvimento de estratégias para identificar e caracterizar genes de resistência à Pythium spp. pode auxiliar na compreensão dos mecanismos de defesa, possibilitando a obtenção de cultivares resistentes. Uma das estratégias empregadas para a identificação de genes de resistência a patógenos do gênero Pythium consistiu na construção de uma biblioteca de cDNAs diferencialmente expressos em A. thaliana susperexpressando AtPROPEP1, que são mais resistentes à P. irregulare e a P. deliense. Paralelamente, foi realizada a busca de um gene ortólogo ao AtPROPEP1 de A. thaliana em diferentes espécies de solanáceas. Outra estratégia utilizada envolveu a avaliação do efeito da aplicação dos hormônios JA e AS e do regulador de crescimento etefon na resistência de plantas de tomate à P. dissotocum. Posteriormente foi realizado o silenciamento dos genes CTR1, ERF1 e SlPROPEP em plantas de tomate a fim de verificar o papel dos mesmos na resistência das plantas à P. dissotocum. Os resultados obtidos na biblioteca subtrativa indicam que A. thaliana superexpressando AtPROPEP1 pode induzir a expressão não somente da defensina PDF1.2, mas também de GRP3, outro gene envolvido na defesa de plantas contra patógenos. Através da busca de ortólogos de AtPROPEP1 em diferentes solanáceas foi possível identificar um ortólogo em Solanum lycopersicum - SlPROPEP. O tratamento com etefon aumentou a resitência das plantas à P. dissotocum comparado com as plantas não tratadas. Este tratamento também induziu a expressão relativa de SlPROPEP, PR-1, PR-5 e da defensina DEF2. Assim como o tratamento com etefon o silenciamento do gene CTR1, que atua como um regulador negativo da via de sinalização de defesa por ET aumentou a resistência das plantas à P. dissotocum. Enquanto que as plantas silenciadas para os genes ERF1 e SlPROPEP foram mais suscetíveis. O silenciamento de SlPROPEP reprimiu a expressão relativa dos genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 envolvidos na defesa de plantas à patógenos. Estes resultados, em conjunto com o aumento da resistência nas plantas tratadas com etefon, sugerem que a via de sinalização de ET atua na resistência de tomate à P. dissotocum sendo que esta resistência possivelmente é mediada por SlPROPEP. / Plants express different defense mechanisms in response to pathogens. In general, specific receptors in plants reconize pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), triggering the response defenses by signaling pathways mediated by jasmonate (JA), ethylene (ET) and salicylic acid (SA). Furthermore, the discovery of endogenous signals, as AtPep1, which regulate defense genes expression in Arabidopsis thaliana, has aided the understanding of the defense mechanisms. However, the defense mechanisms of plants to necrotrophic pathogens such as Pythium spp. are poorly known. Thus, development of strategies to identify and characterize the resistance genes to Pythium spp. can help the understand of defense mechanisms, allowing the obtainance of resistant cultivars. One of the strategies used for the identification of resistance genes to pathogens within the genus Pythium consisted to construct a cDNA library of differentially expressed genes in plants overexpressing AtPROPEP1, which are more resistant to P. irregulare and P. deliense. Simultaneously, a search for orthologous genes to AtPROPEP1 from A. thaliana in different species of Solanaceae was performed. Another strategy used involved the evaluation of application of JA and AS and of the growth regulator ethephon on the resistance of tomato plants to P. dissotocum. Then, the silencing of the genes CTR1, ERF1 and SlPROPEP was performed in tomato plants in order to check the role of the tomato resistance to P. dissotocum. The results obtained from subtractive cDNA library indicate that A. thaliana plants overexpressing AtPROPEP1 may induce expression not only of the PDF1.2 defensin but also the GRP3 expression, another gene involved in plant defense against pathogens. By the search for orthologous genes to AtPROPEP1 in different species of Solanaceae was possible to identify an ortholog in Solanum lycopersicum - SlPROPEP. The ethephon treatment increased resistance of plants to P. dissotocum compared to untreated plants. This treatment also induced the expression of SlPROPEP, PR-1, PR-5 and DEF2 defensin. As ethephon treatment, the silencing of CTR1 gene, which acts as a negative regulator of defense signaling pathway by ET, increased plant resistance to P. dissotocum. Whereas the plants containing ERF1 and SlPROPEP genes silenced were more susceptible. SlPROPEP silencing repressed the relative expression of the genes PR-1, PR-5, ERF1, LOX-D e DEF2 involved in plant defense to pathogens. These results, together with increased resistance in the plants treated with ethephon, suggest that ET signaling pathway acts in tomato to resistance P. dissotocum and this resistance is likely mediated by SlPROPEP.

A pitiose é uma doença granulomatosa, tendo como agente etiológico Pythium insidiosum De Cock, 1987, que atinge eqüinos, provocando quadro infeccioso na pele e tecido subcutâneo , caninos com apresentação gastrintestinal e cutânea , bovinos com doença cutânea , felinos e humanos, com quadro clinico de arterite, queratite e celulite periorbital. Esta enfermidade é mais prevalente em áreas tropicais, subtropicais ou temperadas. Também animais silvestres podem se infectar pela doença. O gênero Pythium pertence ao Reino Stramenopila, Filo Oomycota, cujos membros caracterizam-se por produção de zoósporos biflagelados durante a reprodução assexuada. O desenvolvimento de pitiose experimental nas espécies naturalmente infectadas não foi ainda relatado, mas os coelhos são sensíveis à inoculação de zoósporos e podem ser usados como modelo experimental para estudo da pitiose. Este trabalho teve como objetivo avaliar a eficiência de 3 processos de produção de imunoterápicos contra pitiose, produzidos a partir do cultivo e posterior maceração ou sonicação, em coelhos infectados experimentalmente com 17.500 zoósporos do oomiceto Pythium insidiosum (cepa CBS 101555). Todos os coelhos foram inoculados com zoósporos 1 mês antes da aplicação dos imunoterápicos. Para avaliação dos imunoterápicos, os coelhos que desenvolveram lesões foram divididos em 4 grupos de 5 animais: Grupo 1 – Tratado com placebo; grupo 2 – tratado com o imunoterápico sonicado; grupo 3 – tratado com o imunoterápico misto e o grupo 4 - Imunoterápico macerado mecanicamente. Todos os animais receberam 8 doses do imonoterápico ou placebo com intervalos de 14 dias. Um mês após a inoculação dos zoósporos móveis, foram iniciadas as medições das áreas inoculadas. Os resultados indicaram que o imunoterápico macerado, utilizado no grupo 4, foi estatisticamente (P<0.001) mais eficiente que os demais, diminuindo em até 71,8% a área dos nódulos provocados pelo Pythium insidiosum, após 26 semanas de avaliação. Neste período 2 coelhos deste grupo foram curados. Os animais do Grupo 2 que receberam o imunoterápico sonicado, não mostraram nenhuma reação, detectando-se aumento de até 221% no tamanho das lesões. Nos coelhos do grupo 3, imunoterápico misto, houve aumento das lesões em 50%. A provável causa deste insucesso com o grupo 2, está na desnaturação dos antígenos protetores através dos processos de sonicação. Os dados gerados nesta tese podem inferir que, futuramente, novas perspectivas se abrem para o estudo da pitiose e seu controle.

Please read the Resume in the section 06resume of this document / Dissertation (MSc (Agric))--University of Pretoria, 2006. / Microbiology and Plant Pathology / unrestricted

Lot of attention is paid to biological control agents of plant pathogens as it will reduce the amount of pesticides used in agriculture. Pythium oligandrum oomycete is already used commercially in the form of watering and spraying. In this work the properties of other isolates were characterized, and the metabolic changes were studied in plants of oilseed rape (Brassica napus subsp. Oleifera), whose seeds were treated with preparates based on Pythium oligandrum. In the first part of the thesis the properties of compounds secreted by isolates of Pythium oligandrum were tested. The amount of phenolic substances and the activity of endoglycosidase endo-β-1,3-glucanase, cellulase, chitinase as well as proteases were measured to assess the ability of oomycete Pythium oligandrum mycoparasitically protect the plant. Substances, especially oligandrin, which during interaction with the plant are responsible for "priming", have been observed, enabling the plant to respond rapidly to pathogen infection through systemic plant resistance. Differences between individual isolates also manifested themselves in electrophoretic separation in the protein representation. In the second part of the work, the effect of rapeseed seed treatment with isolates of Pythium oligandrum on plant metabolism was monitored. While...

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Anaerobic soil disinfestation (ASD) is a promising alternative to chemical fumigation to control soil-borne plant pathogens and weeds. This research focused on evaluating several locally available carbon sources for ASD on weed control, evaluating the performance of brewers' spent grain (a promising carbon source) under field conditions, and evaluating whether yeast addition enhanced the effectiveness of ASD treatments. A series of greenhouse trials were conducted at the Southern Piedmont AREC (Agricultural Research and Extension Center). The greenhouse trials were conducted in PVC tubes, 20 cm tall and 15 cm in diameter. The first set of trials evaluated ASD conducted over 21-day periods of ASD using locally available carbon sources. The carbon sources included brewer`s spent grain, buckwheat (Fagopyrum esculentum), cowpea (Vigna unguiculata), paper mulch, peanut (Arachis hypogaea) shells, rice bran, sorghum-sudangrass (Sorghum drummondii), and waste coffee grounds applied at 4 mg of C/g of soil. The targeted weed species included common chickweed (Stellaria media (L.) Vill.), redroot pigweed (Amaranthus retroflexus L.), white clover (Trifolium repens L.), and yellow nutsedge (Cyperus esculentus L.). All ASD treatments significantly reduced weed viability compared to the non-treated control. The yeast amendments enhanced weed control over ASD without yeast. The second set of greenhouse trials was focused on ASD using brewer`s spent grain, and on evaluating ASD at the half and one-third carbon dose rates. The target pests were the same weed species in the first set of trials, and Pythium irregulare was added as an additional target pest. This set of trials indicated yeast enhanced addition the effect of BSG in ASD on both weeds and P. irregulare, indicating the potential to reduce carbon input necessary for effective ASD. A follow-up, two seasons, open-field trial conducted over two growing seasons at the Hampton Roads AREC focused on understanding the effects of ASD on weed density and strawberry fruit yield and fruit quality in annual hill strawberry production. The treatments included ASD at standard or half carbon dose rates, with or without yeast. Fumigation (80% chloropicrin + 20% 1,3-dichloropropene) and non-treated plots were used as control groups. Weed suppression with ASD was consistent for most of the broadleaf weed species, and total weed counts were significantly reduced compared to non-treated controls. Yield from ASD with yeast was higher than ASD without yeast and non-treated control in one growing season, while the increase in yield did not occur in another growing season. Yeast may have potentially enhanced the yield effects of ASD but lacked consistency. Yeast may have the potential to enhance ASD effectiveness. / Doctor of Philosophy / Strawberry is a high-value crop known for its brightly colored, sweet tasting, juicy and fleshy fruit that possesses a unique aroma. The southern region is the second large region of strawberry production in the United States. Strawberry is susceptible to soil-borne pests, including weeds and diseases. Preplant control of soil-borne diseases and weeds is important for strawberry production. Early season weeds can compete with newly transplanted strawberry plugs for nutrients, light, and other resources. However, currently, the limited options of pre-plant chemical fumigants and herbicides available in strawberry plasticulture make weed control a challenge in strawberry production. Anaerobic soil disinfestation (ASD) may be an effective alternative to preplant chemical fumigation. Anaerobic soil disinfestation involves three steps- applying carbon sources to the soil, covering the bed with black tarp, and watering the soil to maintain certain soil moisture to field capacity generally for 21 days. However, there are only a few studies on weed control using ASD in the southern region; locally available carbon sources also need to be evaluated. Thus, this study focused on evaluating several locally available carbon sources (cover crops, brewer`s spent grain, used coffee ground, paper mulch, peanut shell) for ASD to control troublesome weeds (common chickweed, redroot pigweed, white clover, yellow nutsedge). This study also explored a new method that involves mixing distiller's yeast with solid carbon sources in order to enhance the ASD weed control effect. Additionally, this study evaluated the effect of ASD using reduced carbon inputs, potentially reducing the total cost of ASD by reducing the carbon input. A series of greenhouse studies were conducted at the Southern Piedmont Agricultural Research and Extension Center (AREC), Blackstone, VA, with a follow-up field study done at the Hampton Roads AREC. The greenhouse trials evaluated carbon sources including brewer`s spent grain, buckwheat, cowpea, paper mulch, peanut shells, rice bran, sorghum-sudangrass, and waste coffee grounds. These greenhouse experiments were conducted in containers made from PVC tubes, and strawberry plants were not involved. The main objective of the greenhouse trial was to test the suppression of four troublesome weeds, including common chickweed, redroot pigweed, yellow nutsedge, and white clover. The most effective treatments in the greenhouse studies were further investigated in the field trial. The brewer`s spent grain was again used in the field trial, and treatments included ASD using a full or half dose of brewer's spent grain, with or without yeast. We evaluated the effects of these treatments on weed control, plant crop growth, and crop yields. Fruit quality factors, including fruit firmness, sweetness, and size, were also evaluated. In summary, all of the carbon sources evaluated provide similar weed control. Adding yeast showed potential to enhance the effect of ASD using brewer`s spent grain. Adding yeast also increased the effectiveness of the half-rate of the carbon source, showing the potential for effective pre-plant pest control for strawberry using ASD treatments with significantly reduced C dose rates.