Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The study of soil quality biological indicators in areas classified as forest production units is important to understand the ecological processes that occur in these systems. Monitoring the soil fauna in modified environments, when management practices involve chemical products in the environment, is an instrument that allows to evaluate not only the soil quality but also the proper functioning in a production system, since the soil fauna acts in decomposition and nutrient cycling, as well as in soil physical, chemical and biological properties. The objective of this study was to evaluate the herbicide application in a black wattle area (Acacia mearnsii De Wild.). Thus, the study was divided in three chapters. The first chapter aimed to evaluate the meso and macrophauna under different kinds and intensities of herbicides on the ground using the principal component analysis (PCA). The study was developed at Fundação Estadual de Pesquisa Agropecuária (Fepagro-Unidade Florestas) in Santa Maria/RS. The treatments were allocated as Randomized Blocks Design, with four repetitions per treatment, totalizing 64 experimental units, where two sampling plots were installed per unit using the meso and macrophauna capture PROVID method. The used herbicides were Glyphosate (4.0 l ha-1), Imazapyr (3.0 l ha-1), Oxyfluorfen (4.0 l ha-1) and Pendimethalin (3.0 l ha-1) besides hand cleaning and control without herbicide. The collects were done in the four seasons of the year (winter, spring, summer and autumn). From the calculated faunistic indexes, the taxonomic group average richness varied from 5.2 in the winter to 9.3 in the summer. The Shannon (H) diversity index was similar among all kinds and intensities of applied herbicides. This index (H) was different only between the seasons, varying from 0.58 in the spring to 1.21 in the summer. The PCA between the response and predictor variables clearly separated the component formation (taxonomic groups), significantly influenced by the kind of herbicides and application intensity. However, in PCA with additional predictor variable for the four most representative taxonomic groups (Araneae, Orthoptera, Collembola e Hymenoptera), it was observed that organism density in the group constituted by Collembola is strongly associated with the precipitation in the spring, whereas ants, Orthoptera, and spiders have their density better explained by the variable temperature. Different herbicides, as well as the intensity of the application on the ground caused no negative effects upon the biological parameters evaluated in the study, being the diversity and the density of meso and macrophauna conditioned only to the seasonal variations along the year. The study approached in the second chapter aimed to evaluate the influence of different kinds and intensities of herbicide application upon the soil physical properties, like density, macro, micro and total porosity, and aggregates average diameter (AAG). The experimental plot was the same described in chapter one. Two collections were done (before planting and after all herbicides application). Two soil samplings were collected in planting and interplanting seedling rows. The obtained results in the second collection showed that there is no significant difference between the evaluated parameters. For soil density, the highest values were found in treatments without herbicide (1.38 Mg m-3 in hand cleaning and 1.32 Mg m-3 in control). For macro, micro and total porosity the values were similar among them, for all kinds of tested herbicides, as well as for AAG. There was no herbicide direct influence upon the soil physical properties, since the weed competition was partially controlled, mainly in inter row seedlings planting, that might have contributed to maintain the soil physical structure in this area. In planting row, there was a fast soil particle reaccommodation because of the seedling roots. The third chapter aimed to evaluate the influence of herbicide application upon the symbiotic association between Rhizobium and the root systems from black-wattle seedlings, cultivated in plastic vessels under controlled environmental conditions in greenhouse. The study was established in Randomized Blocks Design, with four repetitions and ten plants per treatment, which were constituted by the same herbicides and doses mentioned in chapter one, besides a treatment without herbicide (control). The results in this study showed significant differences between the treatments and the variable dried biomass from rhizobic nodules in the black-wattle seedlings root system. All the herbicides used in vessels substrates induced the nodules formation, highlighting the herbicide Oxifluorfen (0.532 g plant-1), that showed a nodules biomass gain of 128.3% related to the control (0.233 g plant-1). Except for Glyphosate, the correlations between nodules biomass and the variables height, above ground biomass, and root biomass were all positive and significant. This way, the use of herbicide in the evaluated microenvironment caused no negative influence upon the physical and biological components (field), as well as on the microbiological component evaluated (greenhouse). / O estudo de indicadores biológicos da qualidade do solo em áreas consideradas como unidades de produção florestal é importante para o entendimento dos processos ecológicos que ocorrem nesses sistemas. Monitorar a fauna do solo em ambientes modificados pelo homem, sobretudo quando as práticas de manejo envolvem produtos químicos no ambiente, é um instrumento que permite avaliar não só a qualidade do solo, como também o próprio funcionamento de um sistema de produção, já que a fauna do solo atua na decomposição e ciclagem de nutrientes e, também, nos processos e propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. O objetivo geral deste estudo foi avaliar os efeitos da aplicação de herbicidas em uma área de plantio de acácia-negra (Acacia mearnsii De Wild.). Para tal, o trabalho foi dividido em três capítulos. No primeiro capítulo, o objetivo foi avaliar o comportamento da meso e macrofauna epiedáfica sob a influência de diferentes tipos e intensidades de aplicação de herbicidas sobre o solo, por meio da análise de componentes principais (ACP). O estudo foi desenvolvido na Fundação Estadual de Pesquisa Agropecuária (Fepagro-Unidade Florestas), no município de Santa Maria/RS. Os tratamentos foram dispostos no delineamento blocos ao acaso, com quatro repetições por tratamento, totalizando 64 unidades experimentais, nas quais foram instalados dois pontos de coleta por unidade través do método PROVID de captura da meso e macrofauna epiedáfica. Os herbicidas utilizados foram Glyphosate (4,0 l ha-1), Imazapyr (3,0 l ha-1), Oxyfluorfen (4,0 l ha-1) e Pendimethalin (3,0 l ha-1), além de roçada manual e testemunha sem herbicida. As coletas foram relaizadas nas quatro estações do ano (inverno, primavera, verão e outono). Dos índices faunísticos calculados, a riqueza média de grupos taxonômicos variou entre 5,2 no inverno e 9,3 no verão. O índice de diversidade de Shannon (H) foi semelhante entre todos os tipos e intensidades de aplicação dos herbicidas testados. Este índice (H) diferenciou-se somente entre as estações do ano, variando entre 0,58 (primavera) e 1,21 (verão). A ACP entre as variáveis resposta e as variáveis explicativas não separou claramente a formação de componentes (grupos taxonômicos) influenciados significativamente pelo tipo e intensidade de aplicação dos herbicidas. Contudo, na ACP com variáveis suplementares explicativas para os quatro grupos taxonômicos mais representativos (Araneae, Orthoptera, Collembola e Hymenoptera), observou-se que a densidade de organismos no grupo constituído por colêmbolos é fortemente associada com à precipitação e na época da primavera, enquanto que formigas, ortópteros e aranhas têm sua densidade melhor explicada pela variável temperatura. Os diferentes herbicidas, bem como a intensidade de aplicação destes sobre o solo não exerceram efeitos negativos sobre os parâmetros biológicos avaliados no estudo, estando a diversidade e a densidade da meso e macrofauna epiedáfica condicionada apenas às variações estacionais ao longo do ano. O estudo abordado no segundo capítulo teve por objetivo avaliar, também, a influência de diferentes tipos e intensidades de aplicação de herbicidas sobre atributos físicos do solo, como densidade; macro, micro e porosidade total do solo; e diâmetro médio de agregados do solo (DMG). A base experimental de campo neste estudo foi a mesma do estudo desenvolvido no capítulo um. Foram realizadas duas coletas (antes do plantio das mudas e após todas as aplicações dos herbicidas). Duas amostras de solo foram coletadas na linha e duas na entrelinha de plantio das mudas. Os resultados obtidos na segunda coleta mostraram não haver diferença significativa entre os parâmetros avaliados. Para densidade do solo, os maiores valores foram constatados nos tratamentos sem aplicação de herbicidas (1,38 Mg m-3 na condição de roçada manual e 1,32 Mg m-3 na testemunha). Para macro, micro e porosidade total do solo os valores foram semelhantes entre si, para todos os tipos de herbicidas testados, assim como para o DMG dos agregados do solo. Não houve influência direta dos herbicidas sobre os atributos físicos do solo, uma vez que a matocompetição existente na área de estudo foi parcialmente controlada, principalmente na entrelinha de plantio das mudas, o que pode ter contribuído para a manutenção da estrutura física do solo neste local. Na linha de plantio, houve uma rápida reacomodação das partículas do solo por ação das raízes das mudas. O terceiro capítulo aborda o estudo que teve por objetivo avaliar a influência da aplicação de herbicidas sobre a associação simbiótica entre bactérias do gênero Rhizobium e o sistema radicular de mudas de acácia-negra, cultivadas em vasos plásticos, sob condições ambientais controladas em casa de vegetação. O estudo foi estabelecido no delineamento blocos ao acaso, com quatro repetições e dez plantas por tratamento, que estiveram constituídos pelos mesmos herbicidas e dosagens mencionadas no capítulo um, além de um tratamento com ausência de herbicida (testemunha). Os resultados neste estudo mostraram diferenças significativas entre os tratamentos para a variável biomassa seca de nódulos rizóbicos no sistema radicular de mudas de acácia-negra. Todos os herbicidas aplicados ao substrato dos vasos induziram à formação de nódulos rizóbicos, com destaque para o herbicida Oxyfluorfen (0,532 g planta-1), que apresentou um ganho em biomassa de nódulos de 128,3% com relação à testemunha (0,233 g planta -1). Exceto para Glyphosate, as correlações entre a biomassa de nódulos e as variáveis: altura, biomassa da parte aérea e biomassa radicular, foram todas positivas e significativas. Desse modo, a aplicação de herbicidas no microambiente avaliado neste estudo não exerceu influência negativa sobre os componentes físicos e biológicos (campo), assim como sobre o componente microbiológico avaliado (casa de vegetação).

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-10-02T14:54:08Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 9497526 bytes, checksum: 32a3724ae22cdf943f9542a81e2b735c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-02T14:54:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 9497526 bytes, checksum: 32a3724ae22cdf943f9542a81e2b735c (MD5) Previous issue date: 1991-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Com o objetivo de avaliar os efeitos da aplicação de doses de fósforo em um solo sobre a atividade da enzima fosfatase alcalina dos bacteróides extraídos dos nódulos de plantas de soja inoculadas com estirpes de Bradyrhizobium japonicum e plantas de feijão inoculadas com estirpes de Rhizobium leguminosarum bv. Phaseoli, foram conduzidos experimentos em casa de vegetação, utilizando-se plantas crescidas em amostras de um Latossolo Vermelho-Amarelo de Viçosa. Plantas de soja variedade 'Uberaba', inoculadas com B. japonicum estirpes Br 29, Br 52-a, Br 33 e Br 96 e cultivadas em vasos com solo contendo quatro doses de fósforo (50, 100, 200 e 400 mg P/kg solo). Aos 45 dias do plantio, determinou-se o peso de nódulos frescos e avaliou-se a atividade de fosfatase alcalina dos bacteróides extraídos desses nódulos, avaliando-se também a produção de matéria seca da planta. teor e acumulação de nitrogênio e fósforo na parte aérea. No experimento com feijão. conduzido de modo semelhante ao experimento com soja, utilizou-se a variedade Negro Argel' inoculada com R. leguminosarum bv. phaseoli estirpes Br 266, Br 10008, Br 322 e Br 281, procedendo-se as mesmas avaliações ao final de 45 dias após o plantio. Os resultados levaram às seguintes conclusões: - A atividade de fosfatase alcalina avaliada nos bacteróides extraídos dos nódulos de soja e feijão variou com as doses de fósforo no solo. - A atividade de fosfatase alcalina em bacteróides dos nódulos de feijão (R., leguminosarum bv. phaseoli foi mais elevada do que a atividade dos bacteróides dos nódulos de soja (B. japonicum). - A resposta às doses de fósforo utilizadas no solo foi positiva para produção de matéria seca da parte aérea e raiz e peso de nódulos frescos, tanto para a soja, como para o feijão. - O conteudo de nitrogênio nas plantas de feijão e soja foi dependente da concentração de fósforo no solo. / CPF não encontrado

FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / Os diferentes solos e manejos culturais afetam o equilÃbrio entre solo e organismos endÃgenos, os quais, por sua vez afetam a sustentabilidade do solo. Desse modo acredita-se que a diversidade dos organismos do solo tenha uma relaÃÃo estreita com a diversidade de outros organismos, tanto na superfÃcie, quanto no prÃprio solo e que as interaÃÃes dessa diversidade microbiana possam levar a uma alteraÃÃo de funÃÃo reduzindo ou ampliando a sustentabilidade dos ecossistemas. InteraÃÃes mutualÃsticas sÃo muito comuns na natureza e desempenham importante papel em muitos processos de diversos ecossistemas. Desse modo, a identificaÃÃo dos padrÃes da estrutura espacial e abundÃncia de microrganismos à um elemento importante e, necessÃrio para identificar esse processo.AssociaÃÃes mutualÃsticas entre plantas e organismos do solo sÃo essenciais para a sobrevivÃncia e crescimento das plantas na maioria dos ecossistemas terrestres. Assim, o uso combinado de leguminosas e microrganismos na reabilitaÃÃo de solos deteriorados à um processo efetivo na reestabilizaÃÃo dos ciclos de nutrientes nesse sistema, pois a estrutura alimentar do solo pode afetar o desenvolvimento da vegetaÃÃo. O mutualismo entre rizÃbios e leguminosas à possÃvel de manipulaÃÃo experimental. Diferente de alguns mutualistas, rizÃbios podem crescer e ser cultivados em meios seletivos. AlÃm disso, seu comportamento mutualista dentro dos nÃdulos pode ser manipulado e monitorado de modo nÃo invasivo. objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade de estirpes nativas de rizÃbio e a relaÃÃo com algumas espÃcies de leguminosas arbÃreas nativas ocorrentes na Reserva Particular do PatrimÃnio Natural (RPPN) Serra das Almas (05 00â a 05 20â S e 40 48 a 41 12â W) no estado do Cearà (Brasil),em uma Ãrea de caatinga no municÃpio de CrateÃs-Ce, dista 390 Km de Fortaleza, entre cotas de 300 a 350 m de altitude, e que caracteriza-se pro apresentar clima semi Ãrido e pluviosidade mÃdia de 881 mm anuais distribuÃda de Janeiro a Abril. Foram identificadas oito espÃcies de leguminosas arbÃreas, que apresentaramassociaÃÃes com rizÃbios: Anadenanthera colubrina var. cebil (Griseb)Altschu (Angico), Bauhinia cheilantha (Bong.) Stend (MororÃ), Poincianella pyramidalis (Tul.) L.P. Queiroz (Catingueira), Erythrina velutina Willd. (Mulungu), Mimosa caesalpiniifolia Benth (SabiÃ), Minosa acustistipula (Mart.) Benth (Juremabranca), Mimosa tenuiflora (Willd.) Poir (Jurema-preta), Amburana Cearensis (AllemÃo) A.C. Smith (Emburana). Foram coletados nÃdulos e solo rizosfÃrico para a identificaÃÃo de bactÃrias diazotrÃficas, em dois perÃodos, na estaÃÃo chuvosa e na seca. Foi realizado o cultivo destes rizÃbios nas plantas-isca, Macropitillium atropurpureum (DC) Urban, Vigna unguiculata (L., Walp.), Cajanus cajan var. flavus DC e Mimosa pudica L, bem como a caracterizaÃÃo cultural caracterizaÃÃo cultural de estirpes de rizÃbio isolados, testes de tolerÃncia a nÃveis crescentes de NaCl e a altas temperaturas.Verificou-se que 92,42% dos isolados apresentara crescimento rÃpido e 52,24% acidificaram o meio 79. Um total de 84,93% isolados possuem tolerÃncia a altas temperaturas (45 C), e 90,75% isolados apresentaram tolerÃncia Ãs concentraÃÃes salinas a 5%.Os resultados obtidos demonstraram que hà relaÃÃo entre a tolerÃncia à salinidade e à temperatura quando avaliado in vitro para os isolados testados

A soja, [Glycine max (L.) Merrill] é uma das espécies com maior teor protéico, contendo cerca de 40% de proteína nos grãos. Em conseqüência disso demanda alta quantidade de nitrogênio (N), o qual pode ser suprido pelo processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN), através da simbiose com as bactérias do gênero Bradyrhizobium. No Brasil, a FBN é capaz de suprir toda a demanda de N da cultura da soja, dispensando a aplicação de fertilizantes nitrogenados. No entanto, os caracteres relacionados à FBN não têm sido diretamente considerados em programas de melhoramento genético, em função das dificuldades inerentes às avaliações dos mesmos, que requerem a destruição das plantas. O objetivo deste trabalho foi mapear os locos de caracteres quantitativos (Quantitative Trait Loci: QTLs) dos caracteres relacionados à FBN, visando identificar associações úteis para a seleção assistida por marcadores, bem como obter outras informações sobre a base genética destes caracteres em soja. Uma população composta de 157 F2:7 linhagens endogâmicas recombinantes (Recombinant Inbred Lines RILs), derivada de um cruzamento biparental, foi genotipada com 105 marcadores microssatélites, bem como avaliada para os seguintes caracteres relacionados com a FBN: número de nódulos (NN); peso seco dos nódulos (MNS); peso médio dos nódulos secos (MNS/NN) e peso seco da parte aérea (MPAS). Utilizando o método de mapeamento por intervalo composto para múltiplas características (mCIM) foram mapeados os QTLs para os quatro caracteres. Um mapa genético foi construído com um tamanho estimado em 1.263,2 cM, correspondendo a uma cobertura de 50% do genoma. Oito regiões genômicas foram associadas com os caracteres de FBN. Quatro dessas regiões, localizadas nos grupos de ligação (GL) C1, C2, E e I, foram associadas a mais de um caráter: no GL C1 (Satt190-Satt136) foram mapeados QTLs para MNS, MNS/NN e MPAS; no GL C2 (Satt460-Satt307) foram mapeados QTLs para NN e MNS; no GL E (Satt573-SAtt185) foram mapeados QTLs para MPAS e NN; e no GL I (Satt239-Satt354) foram mapeados QTLs para MNS/NN e NN. A associação dos QTLs nos GL C1, C2 e E foi atribuída à pleiotropia, enquanto que no GL I foi atribuída à ligação gênica. Os QTLs influenciando apenas um caráter foram mapeados nos GL A2, B1, G e L: no GL A2 (Sct067-Satt589) foi mapeado um QTL para MNS/NN; no GL B1 (Satt509-Satt251) foi mapeado um QTL para NN; no GL L (Satt232-Satt418) foi mapeado um QTL para MPAS; e no GL G (Satt394-Satt288) foi mapeado um QTL para MPAS. Os QTLs explicaram, individualmente, muito pouco da variação fenotípica (R2 = 1,2% a 10,0%), sendo o QTL mais significativo mapeado no GL L para MPAS, e explicou 10,0% da variação do caráter, com um efeito aditivo de 0,57 g planta-1. Portanto, foram detectados QTLs em quatro regiões para MPAS (C1, E, G e L), em cinco regiões para NN (B1, C1, C2, E, G); em duas regiões para MNS (C1, C2) e em três regiões para MNS/NN (A2, C1, I) que explicaram 23,0%, 20,0%, 11,8% e 16,0% da variação fenotípica total, respectivamente. Estes resultados estão de acordo com as herdabilidade relativamente baixas dos caracteres (28% a 49%) e refletem a natureza complexa da FBN, que está sob influência ambiental. / Soybeans [Glycine max (L.) Merrill] is a crop with high protein content (about 40%) in the seeds. As a result, the crop demands high nitrogen (N) inputs, which can be supplied by the process of biological nitrogen fixation (BNF), through the symbiosis with bacteria of the genus Bradyrhizobium. In Brazil the BNF allows to fulfill all the demand for N; therefore N fertilizers are not required. However, the traits associated with BNF have not been directly considered in breeding programs due to the difficulties to its evaluation, which require, generally, the plant destruction. The objective of this study was to map Quantitative Trait Loci (QTLs) of traits related to BNF and to identify useful associations for marker-assisted selection, as well as to obtain other information about the genetic basis of these traits in soybeans. A population of 157 F2:7 recombinant inbred lines (RILs), derived from a two-way cross, were genotyped with 105 microsatellite markers as well as evaluated for the following traits related with BNF: number of nodes (NN); nodule dry weight (NDW); mean nodule dry weight (NDW/NN); and shoot dry weight (SDW). Using the composite interval mapping for multiple traits (mCIM) method, the QTLs were mapped for all the traits. A genetic map was constructed with an estimated size of 1,263.2 cM, covering about 50% of the genome. Eight genomic regions were associated with the four traits and four of these regions, located on linkage groups (LG) C1, C2, E and I, were associated with more than one trait: in LG C1 (Satt190-Satt136), QTLs for NDW, NDW/NN and SDW were mapped; in LG C2 (Satt460-Satt307), QTLs for NN and NDW were mapped; in GL E (Satt573-SAtt185), QTLs for SDW and NN were mapped; and in GL I (Satt239-Satt354) QTLs for NDW/NN and NN were mapped. The pleiotropy was attributed to QTL association in the LG C1, C2, and E, whereas genetic linkage was attributed to QTL association in LG I. QTLs affecting only one trait were mapped in LG A2, B1, G and L: in LG A2 (Sct067-Satt589) a QTL was mapped, for NDW/NN; in LG B1 (Satt509-Satt251) a QTL was mapped for NN; in LG L (Satt232-Satt418) a QTL was mapped for SDW; and in LG G (Satt394- Satt288) a QTL was mapped for SDW. The QTLs individually explained very little of the phenotypic variation (R2 = 1.2% to 10.0%), and the most significant QTL was mapped in the LG L, explaining 10.0% of the variation for SDW, with an additive effect of 0.57 g plant-1. Therefore, QTLs in four regions were detected for SDW (C1, E, G, and L), in five regions for NN (B1, C1, C2, E, and G), in two regions for NDW (C1, and C2) and in three regions for SDW/NN (A2, C1, and I), which explained 23.0%, 20.0%, 11.8% and 16.0% of phenotypic variation, respectively. These results are in agreement with the relatively low heritability of the traits (28% to 49%) and reflect the complex nature of BNF traits, which are influenced by the environmental effects.

L’arsenic est naturellement présent dans la croûte terrestre et de manière abondante dans certains environnements. Si cet élément est toxique pour la plupart des formes de vies, des micro-organismes développent différents mécanismes pour y faire face. Ce travail porte sur l’étude de ces processus impliquant à la fois des réponses individuelles et des interactions entre organismes appartenant à des domaines différents du vivant. Des approches de génomique descriptive et fonctionnelle mettent ainsi en évidence différents mécanismes adaptatifs et fonctions cellulaires impliqués dans la réponse à l’arsenic d’une bactérie et d’un protiste photosynthétique, Rhizobium sp. NT-26 et Euglena mutabilis, tous deux particulièrement résistants à cet élément. Par ailleurs, tandis que Rhizobium sp. NT-26 semble avoir perdu sa capacité à interagir avec les plantes, E. mutabilis fait au contraire partie intégrante d’une communauté microbienne incluant différentes bactéries et bénéficie de leur activité. / Arsenic naturally occurs in earth crust and is particularly abundant in some environments. While this element is toxic for most forms of life, micro-organisms have evolved different mechanisms to cope with it. This work deals with these different processes involving individual responses as well as interactions between organisms belonging to different domains of life. Descriptive and functional genomics approaches highlight several adaptative mechanisms and cellular functions involved in the arsenic response of a bacterium and a photosynthetic protist, Rhizobium sp. NT-26 and Euglena mutabilis, respectively, both being particularly resistant to arsenic. Also, while Rhizobium sp. NT-26 seems to have lost its ability to interact with plants, E. mutabilis is on the contrary an integral part of a microbial community including different bacteria and benefits from their activity.

Les légumineuses peuvent interagir avec les bactéries du sol de la famille des Rhizobiaceae. Cette interaction aboutit à la formation d'un organe spécialisé appelé nodosité. Au sein des cellules symbiotiques des nodosités, les rhizobia sont capables de fixer l'azote atmosphérique et de la convertir en ammoniac, qui est une source d'azote assimilable par les plantes. Chez la Légumineuse Medicago truncatula, les cellules symbiotiques produisent une large famille de peptides riches en cystéines appelées (NCRs) spécifiquement exprimés dans les nodosités. Ces NCRs induisent la différenciation des bactéroïdes qui se traduit par un allongement cellulaire couplé à une forte endoréplication du génome (les bactéroïdes deviennent polyploïdes) contribuant ainsi à une augmentation importante de la taille des cellules, ainsi qu’une perméabilité membranaire accrue et une perte de toute capacité reproductrice. Les peptides NCRs ressemblent à des défensines, des peptides antimicrobiens, acteurs clés de l’immunité innée. L'analyse de l'expression de 334 gènes NCR dans 267 différentes conditions expérimentales en utilisant la base de données MtGEA (Medicago truncatula Gene Expression Atlas) a révélé que l'ensemble des gènes NCR testés (sauf quatre) n'est exprimé que dans les nodosités, ils ne sont pas exprimés dans d’autres organes de la plante, ni lors d’une infection par des agents pathogènes. De plus l’expression des NCRs n’est induite en réponse à aucune interaction biotique ou abiotique testée ou à des facteurs Nod. Les gènes NCR sont activés en vagues successives au cours de l’organogenèse nodulaire et ce profil temporel est en corrélation avec une localisation spatiale spécifique de leurs transcrit de la zone apicale à la partie proximale de nodosités. En outre, nous avons montré que les NCRs ne sont pas induites pendant la sénescence des nodules. Ces analyses expérimentales ensemble avec des calculs d’entropie de Shannon, une métric pour la spécificité d’expression, montrent que les gènes NCR sont parmi les gènes les plus fortement et le plus spécifiquement exprimés chez M. truncatula. Ainsi, l'expression des NCRs est soumise à une régulation extrêmement stricte et ils sont activés exclusivement pendant l’organogenèse et au cours du développement nodulaire dans les cellules symbiotiques polyploïdes. Cette analyse a suggéré l'implication de la régulation épigénétique des gènes NCR. La formation des cellules symbiotiques s'exerce par une endoreplication et est associée à une reprogrammation transcriptionnelle. En utilisant le tri par cytométrie en flux des noyaux, en fonction de leur contenu en ADN, nous avons montré que les vagues transcriptionnelles sont en correlation avec les niveaux croissants de ploïdie et resultent des modifications épigénétiques durant les cycles d’endoréplication. Nous avons étudié la méthylation de l'ADN génomique et l'accessibilité à la chromatine, ainsi que la présence des marqueurs répresseurs (H3K27me3) ou activateurs transcriptionnels (H3K9ac) sur des gènes spécifiques des nodosités. La méthylation différentielle de l'ADN n'a été trouvée que dans un petit sous-ensemble de gènes symbiotiques spécifiques aux nodosités. Néanmoins, plus que la moitié des gènes NCR était différentiellement méthyles. D'autre part, l'expression des gènes était corrélée avec la décondensation de la chromatine (ouverture), un enrichissement du marqueur H3K9ac et une diminution du marqueur H3K27me3. Nos résultats suggèrent que l’endoréplication, pendant la différenciation cellulaire dans les nodosités, fasse partie des mécanismes qui lèvent l’inactivation transcriptionnelle des gènes spécifiques des nodosités, ceci résultant de modifications des codes épigénétiques au niveau de la chromatine. / Legume plants are able to interact with soil bacteria from the Rhizobiaceae family. This interaction leads to the development of a specialized organ called root nodule. Inside the symbiotic nodule cells, rhizobia are capable to fix atmospheric nitrogen and convert it to ammonia, which is a usable nitrogen source for the plant. In the legume Medicago truncatula the symbiotic cells produce high amounts of Nodule-Specific Cysteine-Rich (NCR) peptides which induce differentiation of the rhizobia into enlarged, polyploid and non-cultivable bacterial cells. NCRs are similar to innate immunity antimicrobial peptides. The NCR gene family is extremely large in Medicago with about 600 genes. The expression analysis of 334 NCR genes in 267 different experimental conditions using the Medicago truncatula Gene Expression Atlas (MtGEA) revealed that all the NCR genes except five are exclusively expressed in nodules. No NCR expression is induced in any other plant organ or in response to biotic, abiotic stress tested or to Nod factors. The NCR genes are activated in consecutive waves during nodule organogenesis, which correlated with a specific spatial localization of their transcripts from the apical to the proximal nodule zones. Moreover, we showed that NCRs are not induced during nodule senescence. According to their Shannon entropy, a metric for tissue specificity, NCR genes are among the most specifically and highest expressed genes in M. truncatula. Thus, NCR gene expression is subject to an extreme tight regulation since they are only activated during nodule organogenesis in the polyploid symbiotic cells. This analysis suggested the involvement of epigenetic regulation of the NCR genes. The formation of the symbiotic cells is driven by endoreduplication and is associated with transcriptional reprogramming. Using sorted nodule nuclei according to their DNA content, we demonstrated that the transcriptional waves correlate with growing ploidy levels and investigated how the epigenome changes during endoreduplication cycles. We studied genome-wide DNA methylation and chromatin accessibility as well as the presence of repressive H3K27me3 and activating H3K9ac histone tail modifications on selected genes. Differential DNA methylation was found only in a small subset of symbiotic nodule-specific genes, including over half of the NCR genes, while in most genes DNA methylation was unaffected by the ploidy levels and was independent of the genes’ active or repressed state. On the other hand, expression of these genes correlated with ploidy-dependent opening of the chromatin and in a subset of tested genes with reduced H3K27me3 levels combined with enhanced H3K9ac levels. Our results suggest that endoreduplication-dependent epigenetic changes contribute to transcriptional reprogramming in differentiation of symbiotic cells.

Five transposon Tn5 mutants of bean rhizobia (Rhizobium leguminosarum b.v. phaseoli) and the wild type strain were used in ecological studies to evaluate the efficacy of transposon Tn5 as a phenotypic marker in rhizobia for ecological studies in two Sonoran desert soils. All mutants possessed chromosomal insertions of the transposable element. Survival of each mutant strain was compared to that of the wild type strain under non stress, moisture stress and temperature stress conditions in Pima silty clay loam and Brazil to sandy loam. The genetic stability of Tn5 in terms of transposition of the element within the chromosome and the Tn5 coded antibiotic resistant phenotype was determined in cells recovered throughout the survival period. Under non stress conditions, the viable Tn5 mutant population decreased in size. Two mutants showed significantly (p < 0.01) lower populations than the wild type at the end of 30 days in the silty clay loam. In the sandy loam, four of the five mutant populations were significantly lower than the wild type. Tn5 was genetically stable in both soils. Under moisture stress conditions, the decline of the Tn5 mutant and wild type populations corresponded to a decline in soil moisture content. The finer textured soil afforded more protection to the cells than the coarse textured soil. There were no indications of Tn5 instability under moisture stress. In both soils under temperature stress, sizes of all populations declined rapidly and after 12 days, the mutant cells when screened using the Tn5 coded markers were significantly less in numbers than the wild type indicating a loss of Tn5 coded antibiotic resistance phenotype. There were no significant differences in numbers between wild type and mutant cells when screened using only the intrinsic markers. DNA:DNA hybridizations confirmed that the lack of Tn5 coded antibiotic resistance phenotype was probably not due to a deletion or transposition of the element. Under non stress conditions Tn5 is a useful ecological marker, but each Tn5 mutant has to be evaluated independently under specific environmental conditions to determine the efficacy of Tn5 as an ecological marker.

O feijão-caupi, através da simbiose com bactérias do gênero Bradyrhizobium, pode obter N através do processo de fixação biológica do N2 (FBN), que é uma das formas de incrementar a produtividade de leguminosas, evitando-se custos com adubos nitrogenados solúveis. As deficiências nutricionais podem interferir na FBN, pois o fósforo, deficiente na maioria dos solos tropicais, tem efeito marcante sobre a atividade da nitrogenase. Com isto objetivou-se com este trabalho avaliar as doses de fósforo na cultura do feijão caupi em condições de casa de vegetação e em campo de cultivo com e sem o uso de inoculante. Os experimentos foram conduzidos, no ano agrícola 2014/15 na Universidade Federal do Tocantins, com a variedade de feijão caupi BRS Nova Era. Para a avaliação promoveu-se a inoculação de uma estirpe padrão já recomendada para a cultura do feijão caupi. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, em arranjo fatorial (2x6) sendo o primeiro fator (Com e sem inoculação) e o segundo fator seis doses de fósforo (0, 30, 60, 90, 120 e 150 kg ha-1 de P2O5), totalizando 12 tratamentos, com três repetições em casa de vegetação e em blocos casualizados com quatro repetições em campo, safra 2014/15. As características avaliadas em casa de vegetação foram Massa Seca da Parte Aérea, Massa Seca das Raízes, Número de Nódulos, Massa Seca dos Nódulos e Acúmulo de fósforo na parte aérea. As características avaliadas em campo foram Florescimento, Clorofila total, Massa Seca das Raízes, Número de Nódulos, Massa Seca dos Nódulos, Massa Seca da Parte Aérea, peso de cem sementes, produtividade e Acúmulo de fósforo na parte aérea. A aplicação de fósforo juntamente com a inoculação proporcionou o acréscimo na massa seca da raiz da cultivar de feijão-caupi Nova Era. A dose de fósforo com inoculante que propiciou a máxima produção de massa seca parte aérea, massa seca da raiz e acúmulo de fósforo na parte aérea foi de 150 kg ha-1 de P2O5, em casa de vegetação. A adubação fosfatada teve influência positiva nas variáveis: número de nódulos e produtividade de grãos de feijão caupi para a região de Gurupi - TO; para as variáveis de número de nódulos e produtividade do feijão-caupi cv BRS Nova Era, observaram um melhor ajuste da equação linear, o que demonstra potencial de resposta pela cultura à adubação fosfatada. / The cowpea through symbiosis with the bacteria of the genus Bradyrhizobium can obtain N through the process of biological nitrogen fixation (BNF) that is one way to increase legumes productivity avoiding costs with soluble nitrogen fertilizers. Nutritional deficiencies can interfere on the BNF, because most of the tropical soils are deficient in phosphorus and phosphorus has effect on nitrogenase activity. This study aimed to evaluate phosphorus doses in cowpea under greenhouse and field conditions, with and without inoculants. The experiments were conducted during 2014/15 crop year at Federal University of Tocantins with the variety of cowpea BRS Nova Era. The inoculation with a standard strain already recommended for cowpea was done for posterior evaluation. An experimental design of randomized blocks in a 2 x 6 factorial arrangement was used, being the first factor (with and without inoculant) and the second factor six doses of phosphorus (0, 30, 60, 90, 120 e 150 kg ha-1 de P2O5), totalizing 12 treatments with three repetitions in greenhouse and a randomized blocks with four repetitions in the field, crop 2014/15. The characteristics evaluated in greenhouse conditions were: shoot dry mass, root dry mass, nodule number and dry mass and phosphorus accumulation in the shoot. The characteristics evaluated in field conditions were: flowering, total chlorophyll, root dry mass, nodule number, nodule dry mass, shoot dry mass, one hundred seeds weigh, productivity and phosphorus accumulation in the shoot. Inoculation and phosphorus application together increased root dry mass in the cowpea cultivar Nova Era. The dose of phosphorus with inoculant that reached the maximum production of shoot dry mass, root dry mass and phosphorus accumulation in the shoot was 150 kg ha-1 of P2O5, in the greenhouse. Phosphorus fertilization had a positive influence on the variables: nodule number and productivity of cowpea grains for the region of Gurupi-TO; for the variables of nodule number and productivity of cowpea, cv BRS Nova Era, was observed a better adjustment of linear equation that shows potential response of the culture to phosphorus fertilization.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2018-05-02T19:07:13Z No. of bitstreams: 1 2014 - Rafael Sanches Pacheco.pdf: 1387070 bytes, checksum: c73e833c8d495bf472f647befeedd57e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-02T19:07:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014 - Rafael Sanches Pacheco.pdf: 1387070 bytes, checksum: c73e833c8d495bf472f647befeedd57e (MD5) Previous issue date: 2014-08-19 / CNPq / The 15N natural abundance technique to measure the biological nitrogen fixation (BNF) in legumes is based on the slight enrichment of 15N observed in soils to the atmosphere and does not require the application of labelled fertilizers. The objectives of this work were: to quantify the BNF contribution in common bean (Phaseolus vulgaris) cultivars under field conditions through the 15N natural abundance technique; to evaluate the agronomic performance of these cultivars under inoculation; to estimate the isotopic fractionation value during BNF (B value) of common bean cultivars grown in nutrient solution. Two experiments were conducted in greenhouse in nutrient solution without N, in the years 2012 and 2013 in Serop?dica, RJ. Three common bean cultivars were evaluated. Plant biomass was sampled at different growth stages, where the N natural abundance was analyzed. In 2012 experiment, the nodules showed positive ?15N, with deltas of 6.63? and 8.18? in Grafite and Radiante cultivars, respectively. The B value in shoot was ?0.919?, ?0.734? and ?0.724? for cultivars Grafite, Ouro Negro and Radiante, respectively. In 2013 experiment, the nodules showed great enrichment in 15N, with 9.11? and 8.36? deltas in Radiante and Grafite cultivars. The B value in shoot was -1.06? and -1.40? for cultivars Radiante and Grafite, respectively. The average B value in shoots of common bean cultivars was ?1.23?, and the B value of ?1.2 was used in the calculation of the BNF contribution in the field experiments of this study. Eight common bean cultivars were grown in field conditions in 2011 and 2012, with two N sources (inoculation with commercial inoculant with rizhobia or fertilization with 90 kg ha-1 of mineral N), with four replications, at Embrapa Rice and Bean in Santo Antonio de Goias, GO. Biomass of the shoot, root, nodules and grains were sampled, and total N and 15N natural abundance were analyzed in shoots and grains. In the experiment in 2011, the Ouro Negro cultivar produced higher nodule mass under inoculation, also at reproductive stages, and the Jalo Precoce and Radiante cultivars showed the lowest nodule mass. The grain yield of the eight cultivars was 1614 and 2942 kg ha-1 under inoculation or mineral N, respectively. Under inoculation, the Ouro Negro cultivar showed the highest N accumulation in shoots and grains and the highest grain yield, reaching 2200 kg ha-1, equivalent to 73% of yield under mineral N. In 2011, the N accumulation derived from BNF in grains of the eight cultivars ranged from 5.8 to 16.4 kg ha-1, which corresponded to a BNF contribution of 17% and 33% in Marfim and Ouro Negro cultivars, respectively. In 2012, the higher nodule mass occurred in Vereda and Estilo cultivars, in the first and second samples, respectively, whereas Radiante cultivar had the lowest nodule mass. The average grain yield of the eight cultivars was 3284 and 3919 kg ha-1 under inoculation and mineral N, respectively. The N accumulation derived from BNF in grains was 68.4, 38.7, and 21.6 kg ha-1 in Ouro Negro, Grafite and Radiante cultivars, respectively, corresponding to a BNF contribution of 49, 29 and 32%. The method of 15N natural abundance provided the identification of BNF potential for the supply of N in different common bean genotypes, arising as a tool for providing subsidies to guide breeding programs in order to increase BNF efficiency. / A t?cnica da abund?ncia natural de 15N para mensurar a fixa??o biol?gica de nitrog?nio (FBN) em leguminosas baseia-se no ligeiro enriquecimento de 15N observado nos solos em rela??o ? atmosfera e n?o exige a aplica??o de fertilizantes marcados. Os objetivos deste trabalho foram: quantificar, atrav?s da t?cnica da abund?ncia natural de 15N, a contribui??o da FBN em cultivares de feijoeirocomum (Phaseolus vulgaris) em condi??es de campo; avaliar o desempenho agron?mico dessas cultivares sob inocula??o; estimar o valor do fracionamento isot?pico durante a FBN (valor B) de cultivares de feijoeiro crescidas em solu??o nutritiva. Foram conduzidos dois experimentos em casa de vegeta??o, em solu??o nutritiva isenta de N, nos anos de 2012 e 2013, em Serop?dica, RJ. Foram avaliadas tr?s cultivares de feijoeiro, efetuando-se coletas de biomassa em diferentes est?dios e analisando-se a abund?ncia natural de 15N do material vegetal. No experimento em 2012, os n?dulos apresentaram ?15N positivo, com deltas de 6,63? e 8,18? nas cultivares Grafite e Radiante, respectivamente. O valor B da parte a?rea foi de ?0,92?, ?0,73? e ?0,72?, nas cultivares Grafite, Ouro Negro e Radiante, respectivamente. No experimento em 2013, os n?dulos apresentaram deltas de 9,11? e 8,36? nas cultivares Radiante e Grafite. O valor B da parte a?rea foi de ?1,06? e ?1,40? nas cultivares Radiantee Grafite, respectivamente. O valor B m?dio da parte a?rea das cultivares foi de ?1,23?, sendo o valor B de ?1,2 utilizado nos c?lculos da contribui??o da FBN nos experimentos de campo desse estudo. Oito cultivares de feijoeiro foram crescidas em condi??es de campo em 2011 e 2012, sob duas fontes de N (inocula??o com inoculante comercial com riz?bio ou aduba??o com 90 kg ha-1 de N mineral), com quatro repeti??es, na Embrapa Arroz e Feij?o, em Santo Antonio de Goi?s, GO. Foram efetuadas amostragens de biomassa de parte a?rea, raiz, n?dulos e gr?os e an?lises de N total e abund?ncia natural de 15N na parte a?rea e gr?os. No experimento em 2011, a cultivar Ouro Negro produziu maior massa de n?dulos sob inocula??o, inclusive nos est?dios reprodutivos, e as cultivares Jalo Precoce e Radiante apresentaram a menor massa de n?dulos. O rendimento m?dio de gr?os das oito cultivares foi de 1614 e 2942 kg ha-1 sob inocula??o ou N mineral, respectivamente. Sob inocula??o, a cultivar Ouro Negro apresentou os maiores ac?mulos de N na parte a?rea e nos gr?os e a maior produtividade, atingindo 2200 kg ha-1 de gr?os, equivalente a 73% da produ??o sob N mineral. Em 2011, o ac?mulo de N derivado da FBN nos gr?os das oito cultivares variou de 5,8 a 16,4 kg ha-1, que correspondeu a 17% e 33% de contribui??o da FBN nas cultivares Marfim e Ouro Negro, respectivamente. Em 2012, a maior massa de n?dulos ocorreu nas cultivares Vereda e Estilo, na primeira e segunda coletas, respectivamente, e a cultivar Radiante apresentou a menor massa de n?dulos. O rendimento m?dio de gr?os das oito cultivares foi de 3284 e 3919 kg ha-1 sobinocula??o e N mineral, respectivamente. O ac?mulo de N derivado da FBN nos gr?os foi de 68,4 kg ha-1 na cultivar Ouro Negro, 38,7 kg ha-1 na cultivar Grafite e 21,6 kg ha-1 na cultivar Radiante, que correspondeu a 49, 29 e 32% de contribui??o da FBN, respectivamente. A t?cnica da abund?ncia natural de 15N possibilita a identifica??o do potencial de FBN para o fornecimento de N em diferentes gen?tipos de feijoeiro, e mostra-se como uma ferramenta capaz de fornecer subs?dios para orientar os programas de melhoramento da esp?cie, visando aumentar a efici?ncia da FBN.

Rhizobium leguminosarum is a Gram negative nitrogen-fixing soil bacterium. Due to the limited bioavailability of iron, bacteria utilize siderophores that scavenge and bind available iron. The transport of iron-siderophore complexes is achieved by the TonB-ExbB-ExbD complex. We have previously shown that a functional TonB protein is necessary for iron transport by creating ΔtonB mutants and assessing their growth and 55Fe-siderophore transport ability. We attempted to identify and characterize the roles of putative exbB and exbD genes using a similar approach. Growth curves and sequence analyses suggest putative exbB and exbD may be the tolpal-associated genes tolQ and tolR. Phenotypic and sensitivity assays showed mutants do not exhibit the characteristic tol phenotype and are not sensitive to detergents or changes in ionic strength of the growth medium. We also expressed and purified the 120 amino acid fragment of the TonB C-terminus for further physical and chemical characterization.