The purple color of the caryopses in common wheat (Triticum aestivum L.) is an example of the countless diversity of the Mother Nature. Red and white caryopses are typical in common wheat. Genotypes with purple caryopses are also described. This coloring is caused by anthocyanins which deposit in the pericarp (purple). The anthocyanins biosynthetic pathway is well described. The key enzyme is chalcone synthase (CHS). It catalyzes the first step. We observed the deposition of anthocyanins in the pericarp, the expression of a chalcone synthase gene and the amount of the major anthocyanin - cyanidin-3-glycoside (pericarp of purple caryopses) and delphinidin 3 gycoside during caryopsis development. Purple pigment deposition was not homogeneous and/or uniform. At first, small isolated spots of purple color were formed and thereafter they expanded. The expression of chalcone synthase mRNA occurred five days before pigment deposition and finished earlier than expected. Amounts of cyanidin-3-glycoside increased continuously. Amounts of these fell at the end of caryopses development probably due to formation of more complex substances, process which is described as copigmentation.

Uma estratégia bem reconhecida para aumentar o pool gênico do trigo consiste na introdução de genes de espécies selvagens afins. Aegilops tauschii Coss. possui muitas características agronomicamente desejáveis, não facilmente encontradas em trigo (Triticum aestivum L. em Thell), tal como a resistência a patógenos. Com o objetivo de aumentar a resistência do trigo cultivado à ferrugem da folha, quatro hexaplóides sintéticos (PF844005, PF964001, PF964004 e PF964009), desenvolvidos a partir do cruzamento de T. durum L. (AABB) X Ae. tauschii (DD), foram cruzados com quatro cultivares brasileiras de trigo (AABBDD - BRSAngico, RS120, BRS209 e CD104). Foram realizadas análises citogenéticas visando avaliar a estabilidade meiótica dos hexaplóides sintéticos, cultivares e suas progênies F1, F2 e RC1F1. Nas cultivares, os índices meióticos variaram de 85,1 a 94,1 indicando uma estabilidade citológica relativamente alta. Três formas sintéticas apresentaram índices meióticos variando de 78,2 a 80,6, o que indica um comportamento meiótico razoavelmente regular. A quarta forma sintética apresentou um índice meiótico estatisticamente mais baixo (40,4). A meiose foi estudada em algumas plantas, mostrando que univalentes e retardatários são as causas da formação de micronúcleos. A freqüência de grãos de pólen viáveis variou de 90,4 a 94,0% para as cultivares, enquanto as formas sintéticas exibiram viabilidade polínica variando de 79,9 a 92,0%. Assim como para o índice meiótico, a comparação das médias gerais mostrou que as freqüências de grãos de pólen viáveis das cultivares são estatisticamente superiores às das formas sintéticas. O efeito da combinação de cruzamento bem como das gerações no índice meiótico e na viabilidade do pólen foi estatisticamente significante. Entretanto, na viabilidade do pólen, houve uma interação significativa entre combinação de cruzamento X geração. Embora a análise estatística não tenha discriminado claramente as combinações genotípicas, uma tendência foi evidenciada nos dados de viabilidade do pólen e índice meiótico, sendo que os cruzamentos envolvendo a cultivar CD104 apresentaram repetidamente médias mais elevadas. Por outro lado, as combinações incluindo a cultivar BRS120 apareceram com as médias mais baixas. A resposta à raça SPJ-RS de Puccinia triticina foi avaliada ao longo das gerações. Oito combinações genotípicas exibiram resistência à ferrugem da folha em todas as gerações. Estes resultados confirmam que Ae. tauschii pode ser usado como fonte de recursos genéticos para aumentar a resistência à ferrugem da folha em cultivares comerciais, usando linhas hexaplóides sintéticas como ponte. O tamanho do grão de pólen foi avaliado nos níveis diplóide (2n=2X=14, Ae. tauschii = T. tauschii, um acesso), tetraplóide (2n=4X=28, T. durum, quatro cultivares) e hexaplóide (2n=6X=42, T. aestivum, quatro cultivares brasileiras e quatro formas sintéticas). Grãos de pólen com o menor diâmetro (39,14 μm) foram encontrados na espécie diplóide Ae. tauschii. Os grãos maiores (55,82 a 59,87 μm) foram observados nas cultivares e sintéticos hexaplóides. Valores intermediários foram apresentados pelas cultivares tetraplóides de T. durum (46,57 a 47,64 μm). Além da associação entre tamanho de pólen e nível de ploidia, foi verificado em todos os genótipos que o diâmetro dos grãos de pólen viáveis foi significativamente maior do que aquele observado para os grãos inviáveis. A detecção de diferenças significativas no diâmetro dos grãos de pólen permitiria o uso de citômetro de fluxo para obter uma estimativa rápida tanto do nível de ploidia como da viabilidade do pólen em Triticum. / One well-recognized means to increase the wheat gene pool is to introduce genes from wild relatives. Aegilops tauschii Coss. posses many agronomically identified desirable characteristics not readily found in wheat (Triticum aestivum L. em Thell), such as resistance to pathogens. Aiming to improve the resistance of cultivated wheat to leaf rust, four synthetic hexaploids (PF844005, PF964001, PF964004 and PF964009), developed from T. durum L. (AABB) and Ae. tauschii (DD), were crossed with four Brazilian commercial wheat cultivars (AABBDD - BRSAngico, RS120, BRS209 and CD104). Cytogenetical analyses were performed aiming to evaluate the meiotic stability of the synthetic hexaploids, cultivars and their F1, F2 and BC1F1 progenies. Meiotic indices varied from 85.1 to 94.1, indicating a relatively high cytological stability of the cultivars. Three synthetic forms presented meiotic indices that varied from 78.2 to 80.6, indicating a quite regular meiotic behavior. The fourth synthetic form presented a statistically lower meiotic index (40.4). Meiosis was studied in some plants, showing that univalents and laggards were the causes of micronuclei formation. The frequency of viable pollen grains varied from 90.4 to 94.0% for T. aestivum cultivars and from 79.9 to 92.0% for synthetic forms. As well as for meiotic index, the comparison between general means showed that the frequencies of viable pollen grains are statistically higher in cultivars than in synthetic forms. The effect of cross combinations as well as generations on the meiotic index and pollen viability was highly significant. However, in pollen viability, statistical analysis showed that interaction between cross combinations and generations, as well as their simple effects were significant. Although the statistical analysis had not clearly discriminated the genotype combinations, there was a clear tendency in pollen viability and meiotic index data, with crosses involving CD104 cultivar showing up repeatedly with higher means. On the other hand, combinations including BRS120 cultivar appeared with the lowest means. The responses to the Puccinia triticina SPJ-RS race were evaluated over generations. Eight genotype combinations exhibited leaf rust resistance in all generations. These results confirm that Ae. tauschii can be used as a good genetic source for improving leaf rust resistance in commercial cultivars, using synthetic hexaploid lines as a bridge. Pollen grain size was evaluated in diploid (2n=2X=14, Aegilops tauschii = T. tauschii, one accession), tetraploid (2n=4X=28, T. durum, four commercial cultivars), and hexaploid (2n=6X=42, T. aestivum, four Brazilian cultivars, and four synthetic forms) levels. The pollen grains with the smallest diameter (39.14 μm) were found in Ae. tauschii, the diploid species. The largest pollen grains (55.82 to 59.87 μm) were observed in the hexaploids T. aestivum and synthetic forms. Intermediate values were presented by tetraploid cultivars of T. durum (46.57 to 47.64 μm). In addition to an association between pollen size and ploidy level, it was found that the mean diameter of viable grains was significantly larger than that of inviable grains for all the genotypes studied. The significant differences detected in pollen diameter could allow the use of particle counters to obtain a rapid estimation of ploidy level as well as pollen viability in Triticum.

A ferrugem da folha é a doença que causa maiores prejuízos à triticultura. A resistência genética é comprovadamente o método mais eficiente e econômico de controle. Em trigo, a resistência à ferrugem da folha pode ser específica à raça e não específica à raça. Atualmente a melhor estratégia para manter uma proteção efetiva contra a ferrugem da folha consiste em empregar combinações de genes, independente do tipo de resistência que conferem. A piramidização de genes é facilitada com o uso de marcadores moleculares. Os mecanismos moleculares de resistência dos genes que conferem resistência específica à raça têm sido amplamente estudados, no entanto da resistência não específica à raça pouco se sabe. Assim, este projeto teve como objetivos: I) validar marcadores moleculares para seleção assistida para a resistência à ferrugem da folha em genótipos brasileiros de trigo; II) identificar marcadores moleculares potencialmente associados a genes de resistência não específica à raça à ferrugem da folha; III) identificar e caracterizar análogos a genes de resistência em trigo;IV) caracterizar mecanismos moleculares da resistência não específica à raça a ferrugem da folha em trigo. Para a validação foram avaliados cinco marcadores PCR-específcos associados aos genes Lr1, Lr9, Lr10 e Lr24. Os marcadores associados aos genes Lr9, Lr10 e Lr24 apresentaram potencial para uso na seleção assistida, pois foram específicos para plantas contendo estes genes. Para a identificação de RGAs foram utilizadas três combinações de primers degenerados. A maioria das seqüências apresentou os motivos comuns a genes de resistência. Uma seqüência apresentou alta homologia com genes de resistência previamente identificados. Os primers derivados das seqüências identificadas apresentaram alto polimorfismo, sendo que um destes mostrou-se associado ao gene Lr26 e a resistência de planta adulta à ferrugem da folha. A combinação da técnica de AFLP com linhagens diferenciais contrastantes para os genes Lr13 e Lr34 permitiu identificar duas seqüências potencialmente associadas ao gene Lr34. O uso da SSH permitiu identificar genes diferencialmente expressos na resistência não específica à raça à ferrugem da folha no cultivar Toropi. Dentre as seqüências identificadas estão genes codificadores de proteínas de membranas potencialmente associados à percepção do patógeno e genes com domínios característicos de sinalizadores secundários para a resistência como NPR1, Rar1, Sgt1 e calmodulina. Além destas, foram identificados também seqüências com homologia a genes codificadores de enzimas chaves no controle de rotas de síntese de substâncias relacionadas à defesa e envolvidas no metabolismo primário, principalmente produção de energia. Os marcadores e seqüências obtidas e mecanismos elucidados neste trabalho representam ferramentas valiosas para a obtenção de cultivares de trigo com resistência ampla e durável à ferrugem da folha. / Leaf rust is one of the most important wheat diseases worldwide. The genetic resistance is the most efficient and economical method to leaf rust control. Host resistance to leaf rust can either be race-specific or no race-specific. The best strategy to maintain an effective protection against leaf rust consists in resistance gene combinations, independent of the resistance type. Marker-assisted selection greatly facilitates gene pyramidization. The molecular mechanisms of race-specific resistance genes have been well studied, however there is little known about the no race-specific resistance gene mechanisms. The objectives of this project were: I) to validate molecular markers for marker-assisted selection to leaf rust resistance genes in Brazilian wheat cultivars; II) to isolate and characterize resistance gene analogues (RGAs) in wheat; III) to identify molecular markers potentially associated to leaf rust no race-specific resistance genes; IV) to characterize molecular mechanisms from no race-specific resistance genes to leaf rust in wheat. Five PCR-specific markers previously identified as associated to the Lr1, Lr9, Lr10 and Lr24 genes were evaluated. The markers associated to the Lr9, Lr10 and Lr24 genes were specific to the cultivars carrying them in the Brazilian wheat cultivars, demonstrating potential for marker-assisted selection. Three degenerate primer combinations were used for the RGAs identification and most of the identified sequences showed the conserved motifs from resistance genes. One sequence showed high homology with previous identified plant resistance genes. The primers from identified sequences showed high polimorphism, and one of these is associated to the Lr26 leaf rust resistance gene and to the adult plant resistance present in cultivar BR35(?). The use of AFLP (amplified fragment length polymorphism) technique with near-isogenic lines carrying Lr13 and Lr34 genes from wheat cv. Thatcher allowed to identify two sequences potentially associated to the Lr34 gene. SSH were used to identify leaf rust induced genes from no race-specific resistance wheat cultivar Toropi. Among the identified sequences there are proteins of membranes for genes potentially associated to the pathogen perception and genes with secondary signals resistance domains as NPR1, Rar1, Sgt1 and calmodulin binding protein. Besides these, we identified sequences with homology to genes for key enzymes in the control of the related defense substances synthesis and involved in the primary metabolisms, mainly energy production. The markers and sequences obtained and the mechanisms elucidated in this work represent a valuable tool for the development of wheat cultivars with more reliable resistance to leaf rust.

Uma estratégia bem reconhecida para aumentar o pool gênico do trigo consiste na introdução de genes de espécies selvagens afins. Aegilops tauschii Coss. possui muitas características agronomicamente desejáveis, não facilmente encontradas em trigo (Triticum aestivum L. em Thell), tal como a resistência a patógenos. Com o objetivo de aumentar a resistência do trigo cultivado à ferrugem da folha, quatro hexaplóides sintéticos (PF844005, PF964001, PF964004 e PF964009), desenvolvidos a partir do cruzamento de T. durum L. (AABB) X Ae. tauschii (DD), foram cruzados com quatro cultivares brasileiras de trigo (AABBDD - BRSAngico, RS120, BRS209 e CD104). Foram realizadas análises citogenéticas visando avaliar a estabilidade meiótica dos hexaplóides sintéticos, cultivares e suas progênies F1, F2 e RC1F1. Nas cultivares, os índices meióticos variaram de 85,1 a 94,1 indicando uma estabilidade citológica relativamente alta. Três formas sintéticas apresentaram índices meióticos variando de 78,2 a 80,6, o que indica um comportamento meiótico razoavelmente regular. A quarta forma sintética apresentou um índice meiótico estatisticamente mais baixo (40,4). A meiose foi estudada em algumas plantas, mostrando que univalentes e retardatários são as causas da formação de micronúcleos. A freqüência de grãos de pólen viáveis variou de 90,4 a 94,0% para as cultivares, enquanto as formas sintéticas exibiram viabilidade polínica variando de 79,9 a 92,0%. Assim como para o índice meiótico, a comparação das médias gerais mostrou que as freqüências de grãos de pólen viáveis das cultivares são estatisticamente superiores às das formas sintéticas. O efeito da combinação de cruzamento bem como das gerações no índice meiótico e na viabilidade do pólen foi estatisticamente significante. Entretanto, na viabilidade do pólen, houve uma interação significativa entre combinação de cruzamento X geração. Embora a análise estatística não tenha discriminado claramente as combinações genotípicas, uma tendência foi evidenciada nos dados de viabilidade do pólen e índice meiótico, sendo que os cruzamentos envolvendo a cultivar CD104 apresentaram repetidamente médias mais elevadas. Por outro lado, as combinações incluindo a cultivar BRS120 apareceram com as médias mais baixas. A resposta à raça SPJ-RS de Puccinia triticina foi avaliada ao longo das gerações. Oito combinações genotípicas exibiram resistência à ferrugem da folha em todas as gerações. Estes resultados confirmam que Ae. tauschii pode ser usado como fonte de recursos genéticos para aumentar a resistência à ferrugem da folha em cultivares comerciais, usando linhas hexaplóides sintéticas como ponte. O tamanho do grão de pólen foi avaliado nos níveis diplóide (2n=2X=14, Ae. tauschii = T. tauschii, um acesso), tetraplóide (2n=4X=28, T. durum, quatro cultivares) e hexaplóide (2n=6X=42, T. aestivum, quatro cultivares brasileiras e quatro formas sintéticas). Grãos de pólen com o menor diâmetro (39,14 μm) foram encontrados na espécie diplóide Ae. tauschii. Os grãos maiores (55,82 a 59,87 μm) foram observados nas cultivares e sintéticos hexaplóides. Valores intermediários foram apresentados pelas cultivares tetraplóides de T. durum (46,57 a 47,64 μm). Além da associação entre tamanho de pólen e nível de ploidia, foi verificado em todos os genótipos que o diâmetro dos grãos de pólen viáveis foi significativamente maior do que aquele observado para os grãos inviáveis. A detecção de diferenças significativas no diâmetro dos grãos de pólen permitiria o uso de citômetro de fluxo para obter uma estimativa rápida tanto do nível de ploidia como da viabilidade do pólen em Triticum. / One well-recognized means to increase the wheat gene pool is to introduce genes from wild relatives. Aegilops tauschii Coss. posses many agronomically identified desirable characteristics not readily found in wheat (Triticum aestivum L. em Thell), such as resistance to pathogens. Aiming to improve the resistance of cultivated wheat to leaf rust, four synthetic hexaploids (PF844005, PF964001, PF964004 and PF964009), developed from T. durum L. (AABB) and Ae. tauschii (DD), were crossed with four Brazilian commercial wheat cultivars (AABBDD - BRSAngico, RS120, BRS209 and CD104). Cytogenetical analyses were performed aiming to evaluate the meiotic stability of the synthetic hexaploids, cultivars and their F1, F2 and BC1F1 progenies. Meiotic indices varied from 85.1 to 94.1, indicating a relatively high cytological stability of the cultivars. Three synthetic forms presented meiotic indices that varied from 78.2 to 80.6, indicating a quite regular meiotic behavior. The fourth synthetic form presented a statistically lower meiotic index (40.4). Meiosis was studied in some plants, showing that univalents and laggards were the causes of micronuclei formation. The frequency of viable pollen grains varied from 90.4 to 94.0% for T. aestivum cultivars and from 79.9 to 92.0% for synthetic forms. As well as for meiotic index, the comparison between general means showed that the frequencies of viable pollen grains are statistically higher in cultivars than in synthetic forms. The effect of cross combinations as well as generations on the meiotic index and pollen viability was highly significant. However, in pollen viability, statistical analysis showed that interaction between cross combinations and generations, as well as their simple effects were significant. Although the statistical analysis had not clearly discriminated the genotype combinations, there was a clear tendency in pollen viability and meiotic index data, with crosses involving CD104 cultivar showing up repeatedly with higher means. On the other hand, combinations including BRS120 cultivar appeared with the lowest means. The responses to the Puccinia triticina SPJ-RS race were evaluated over generations. Eight genotype combinations exhibited leaf rust resistance in all generations. These results confirm that Ae. tauschii can be used as a good genetic source for improving leaf rust resistance in commercial cultivars, using synthetic hexaploid lines as a bridge. Pollen grain size was evaluated in diploid (2n=2X=14, Aegilops tauschii = T. tauschii, one accession), tetraploid (2n=4X=28, T. durum, four commercial cultivars), and hexaploid (2n=6X=42, T. aestivum, four Brazilian cultivars, and four synthetic forms) levels. The pollen grains with the smallest diameter (39.14 μm) were found in Ae. tauschii, the diploid species. The largest pollen grains (55.82 to 59.87 μm) were observed in the hexaploids T. aestivum and synthetic forms. Intermediate values were presented by tetraploid cultivars of T. durum (46.57 to 47.64 μm). In addition to an association between pollen size and ploidy level, it was found that the mean diameter of viable grains was significantly larger than that of inviable grains for all the genotypes studied. The significant differences detected in pollen diameter could allow the use of particle counters to obtain a rapid estimation of ploidy level as well as pollen viability in Triticum.

A ferrugem da folha é a doença que causa maiores prejuízos à triticultura. A resistência genética é comprovadamente o método mais eficiente e econômico de controle. Em trigo, a resistência à ferrugem da folha pode ser específica à raça e não específica à raça. Atualmente a melhor estratégia para manter uma proteção efetiva contra a ferrugem da folha consiste em empregar combinações de genes, independente do tipo de resistência que conferem. A piramidização de genes é facilitada com o uso de marcadores moleculares. Os mecanismos moleculares de resistência dos genes que conferem resistência específica à raça têm sido amplamente estudados, no entanto da resistência não específica à raça pouco se sabe. Assim, este projeto teve como objetivos: I) validar marcadores moleculares para seleção assistida para a resistência à ferrugem da folha em genótipos brasileiros de trigo; II) identificar marcadores moleculares potencialmente associados a genes de resistência não específica à raça à ferrugem da folha; III) identificar e caracterizar análogos a genes de resistência em trigo;IV) caracterizar mecanismos moleculares da resistência não específica à raça a ferrugem da folha em trigo. Para a validação foram avaliados cinco marcadores PCR-específcos associados aos genes Lr1, Lr9, Lr10 e Lr24. Os marcadores associados aos genes Lr9, Lr10 e Lr24 apresentaram potencial para uso na seleção assistida, pois foram específicos para plantas contendo estes genes. Para a identificação de RGAs foram utilizadas três combinações de primers degenerados. A maioria das seqüências apresentou os motivos comuns a genes de resistência. Uma seqüência apresentou alta homologia com genes de resistência previamente identificados. Os primers derivados das seqüências identificadas apresentaram alto polimorfismo, sendo que um destes mostrou-se associado ao gene Lr26 e a resistência de planta adulta à ferrugem da folha. A combinação da técnica de AFLP com linhagens diferenciais contrastantes para os genes Lr13 e Lr34 permitiu identificar duas seqüências potencialmente associadas ao gene Lr34. O uso da SSH permitiu identificar genes diferencialmente expressos na resistência não específica à raça à ferrugem da folha no cultivar Toropi. Dentre as seqüências identificadas estão genes codificadores de proteínas de membranas potencialmente associados à percepção do patógeno e genes com domínios característicos de sinalizadores secundários para a resistência como NPR1, Rar1, Sgt1 e calmodulina. Além destas, foram identificados também seqüências com homologia a genes codificadores de enzimas chaves no controle de rotas de síntese de substâncias relacionadas à defesa e envolvidas no metabolismo primário, principalmente produção de energia. Os marcadores e seqüências obtidas e mecanismos elucidados neste trabalho representam ferramentas valiosas para a obtenção de cultivares de trigo com resistência ampla e durável à ferrugem da folha. / Leaf rust is one of the most important wheat diseases worldwide. The genetic resistance is the most efficient and economical method to leaf rust control. Host resistance to leaf rust can either be race-specific or no race-specific. The best strategy to maintain an effective protection against leaf rust consists in resistance gene combinations, independent of the resistance type. Marker-assisted selection greatly facilitates gene pyramidization. The molecular mechanisms of race-specific resistance genes have been well studied, however there is little known about the no race-specific resistance gene mechanisms. The objectives of this project were: I) to validate molecular markers for marker-assisted selection to leaf rust resistance genes in Brazilian wheat cultivars; II) to isolate and characterize resistance gene analogues (RGAs) in wheat; III) to identify molecular markers potentially associated to leaf rust no race-specific resistance genes; IV) to characterize molecular mechanisms from no race-specific resistance genes to leaf rust in wheat. Five PCR-specific markers previously identified as associated to the Lr1, Lr9, Lr10 and Lr24 genes were evaluated. The markers associated to the Lr9, Lr10 and Lr24 genes were specific to the cultivars carrying them in the Brazilian wheat cultivars, demonstrating potential for marker-assisted selection. Three degenerate primer combinations were used for the RGAs identification and most of the identified sequences showed the conserved motifs from resistance genes. One sequence showed high homology with previous identified plant resistance genes. The primers from identified sequences showed high polimorphism, and one of these is associated to the Lr26 leaf rust resistance gene and to the adult plant resistance present in cultivar BR35(?). The use of AFLP (amplified fragment length polymorphism) technique with near-isogenic lines carrying Lr13 and Lr34 genes from wheat cv. Thatcher allowed to identify two sequences potentially associated to the Lr34 gene. SSH were used to identify leaf rust induced genes from no race-specific resistance wheat cultivar Toropi. Among the identified sequences there are proteins of membranes for genes potentially associated to the pathogen perception and genes with secondary signals resistance domains as NPR1, Rar1, Sgt1 and calmodulin binding protein. Besides these, we identified sequences with homology to genes for key enzymes in the control of the related defense substances synthesis and involved in the primary metabolisms, mainly energy production. The markers and sequences obtained and the mechanisms elucidated in this work represent a valuable tool for the development of wheat cultivars with more reliable resistance to leaf rust.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinária, Programa de Pós-Graduação em Agronomia, 2017. / Submitted by Raquel Almeida (raquel.df13@gmail.com) on 2017-11-29T18:09:48Z No. of bitstreams: 1 2017_FábioPedrodaSilvaBatista.pdf: 5773140 bytes, checksum: b2d7bf2ea006c8c12558b389a5125bf1 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-01-23T22:32:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_FábioPedrodaSilvaBatista.pdf: 5773140 bytes, checksum: b2d7bf2ea006c8c12558b389a5125bf1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T22:32:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_FábioPedrodaSilvaBatista.pdf: 5773140 bytes, checksum: b2d7bf2ea006c8c12558b389a5125bf1 (MD5) Previous issue date: 2018-01-23 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / O trigo e soja são plantas com excelente constituição genética e adaptabilidade devido a sua elevada interação genótipo x ambiente, no entanto, o estresse hídrico é um dos fatores que mais limita o desenvolvimento e produtividade dessas plantas no Cerrado. O objetivo deste estudo é avaliar o potencial de tolerância à seca de genótipos de trigo e soja em função do regime hídrico e o efeito do regime hídrico associado ao uso de reguladores de crescimento (Trinexapac-ethyl) e osmótico (K2CO2) na soja. Os três experimentos foram conduzidos na Embrapa Cerrados. No primeiro experimento, realizado com o trigo, o delineamento experimental foi o de blocos ao acaso com parcelas subdivididas, nas parcelas foram alocados os genótipos (Aliança, BR 18, BRS 254, BRS 264, Brilhante, CPAC 0544, PF 0100660, PF 080492, PF 37, PF 62 e a Mistura) e nas subparcelas as lâminas de irrigação (533, 438, 297, 202 e 184 mm). Na soja tratada com o regulador de crescimento (segundo experimento) o delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso com parcelas sub subdivididas, tendo por parcelas os genótipos de soja BRS 6980, BRS 7380RR e BRS 7580; as subparcelas, constituídas de aplicações foliares de Trinexapac-ethyl (1,02, 2,04 e 4,08 litros ha-1 e a testemunha) e as sub subparcelas constituídas das lâminas de irrigação (421, 400, 264, 207 e 174 mm). Na soja tratada com potássio via foliar (terceiro experimento) o delineamento utilizado foi o de blocos ao acaso com parcelas sub subdivididas, tendo por parcelas os genótipos BRS 6980, BRS 7380RR e BRS 7580; as subparcelas, constituídas de aplicações foliares de K2CO2 (0,98 litros ha-1, 1,57 litros ha-1 e testemunha) e a sub subparcela constituída das lâminas de irrigação (421, 400, 264, 207 e 174 mm). O regime hídrico afetou o desempenho agronômico e as características morfofisiológicas dos genótipos de trigo e de soja avaliados. O genótipo de trigo PF 080492 apresentou melhor desempenho agronômico (elevada produtividade, peso por hectolitro – PH; e Eficiência do Uso de Água Aplicada – EUAA) em condições de lâminas de irrigação mais elevadas e sob déficit hídrico. O genótipo de soja BRS 6980 apresentou maior produtividade e EUAA em condições de déficit hídrico (no segundo e terceiro experimento). A aplicação do Trinexapac-ethyl na soja elevou o porte, o peso de mil grãos (PMG), os teores de prolina e estabilizou a razão clorofila a/b dos genótipos. A suplementação foliar com K2CO2 pode minimizar os efeitos do déficit hídrico em genótipos de soja dependendo da interação do genótipo com a dose do produto. / Wheat and soybean are plants with excellent genetic constitution and adaptability due to their high interaction genotype x environment. However, water stress is one of the factors that most limits the development and productivity of these plants in the Cerrado region. The objective of this study was to evaluate the potential of drought tolerance of wheat and soybean genotypes as a function of the water regime and the effect of the water regime associated to the use of growth regulators (Trinexapac-ethyl) and osmotic (K2CO2) in soybean. The three experiments were conducted at Embrapa Cerrados. In the first experiment, with wheat, the experimental design was a randomized complete block with subdivided plots, in the plots the genotypes were allocated (Aliança, BR 18, BRS 254, BRS 264, Brilhante, CPAC 0544, PF 0100660, PF 080492 , PF 37, PF 62 and Mixture) and in the subplots the irrigation regimes (533, 438, 297, 202 and 184 mm). In the second experiment, soybean genotypes BRS 6980, BRS 7380RR and BRS 7580 were plotted in the soybean treated with the growth regulator using a randomized complete block design with sub subdivided plots. The subplots consisted of foliar applications of Trinexapac-ethyl (1.02, 2.04 and 4.08 liters ha-1 and the control) and the sub-plots consisted of irrigation regimes (421, 400, 264, 207 and 174 mm). In the Third experiment, soybean was treated with potassium via leaf, the design was randomized blocks with sub subdivided plots, with the BRS 6980, BRS 7380RR and BRS 7580 genotypes; (0.91 liters ha-1, 1.57 liters ha-1 and control) and the subplot constituted from the irrigation regimes (421, 400, 264, 207 and 174 mm). The water regime affected the agronomic performance and the morphophysiological characteristics of the wheat and soybean genotypes evaluated. The wheat genotype PF 080492 presented better agronomic performance (high productivity, weight per hectolitre - PH and Efficiency of Applied Water Use - USAA) under conditions of higher irrigation levels and under water deficit. The genotype of soybean BRS 6980 showed higher productivity and USAA under conditions of water deficit (in the second and third experiment). The application of Trinexapac-ethyl in soybean increased the size, the weight of a thousand grains (PMG), the contents of proline and stabilized the chlorophyll a/b ratio of the genotypes. Foliar supplementation with K2CO2 can minimize the effects of water deficit on soybean genotypes depending on the interaction of the genotype with the product dose.

Doctor of Philosophy / Department of Agronomy / Guihua Bai / Guorong Zhang / Fusarium head blight (FHB) is a devastating fungal disease in wheat, reducing not only grain yield but also quality. The pathogen produces the mycotoxin deoxynivalenol (DON) that induces severe toxicological problems in human and animals. Using host resistance has been the most efficient way to control the disease. To identify quantitative trait loci (QTLs) for FHB resistance in Chinese landrace Haiyanzhong (HYZ), a recombinant inbred lines (RILs) population derived from a cross between HYZ and Wheaton was developed. The RILs were evaluated for percentage of symptomatic spikelets (PSS) in three greenhouse experiments, and genotyped using simple sequence repeats (SSRs) and single nucleotide polymorphism (SNPs) developed from genotyping-by-sequencing (GBS). Eight QTLs were identified for type II (PSS) resistance on chromosomes 5A, 6B, 7D, 2B (2), 3B, 4B, and 4D, with 5A as the major QTL. Ten SNPs closely linked to 5A, 6B, and 2B QTLs were successfully converted to Kompetitave allelic specific PCR (KASP) assays. To identify common QTLs across different populations, we constructed high-density GBS-SNP maps in an additional four RIL populations derived from the Chinese landraces, Wangshuibai (WSB), Baishanyuehuang (BSYH), Huangfangzhu (HFZ), and Huangchandou (HCD) and conducted meta-analysis of the QTLs for FHB resistance using a consensus map developed from the five populations. We identified six MQTLs on chromosomes 3BS (2), 3A, 3D, 2D, and 4D and 23 tightly linked GBS-SNPs to the MQTLs. These GBS-SNPs were successfully converted to KASPs. The KASPs linked to MQTLs can be used for pyramiding these QTL in breeding programs. To quickly reduce FHB damage in U.S. hard winter wheat (HWW), we transferred Fhb1, a major QTL with stable effects on FHB resistance, from Ning7840 into three adapted HWW cultivars Overland, Jagger, and Overley, by marker-assisted backcross (MAB), and assessed the effect of Fhb1 on FHB resistance in these different backgrounds. The results showed that Fhb1 can significantly lower FHB severity, Fusarium-damaged kernel (FDK), and DON accumulation in the all the three HWW backgrounds. Some of the selected lines showed high levels of FHB resistance, but agronomically similar traits as recurrent parents, can be used as resistant parents to improve HWW FHB resistance.

Orientador: Paulo Cezar Ceresini / Resumo: Na primeira parte de nosso estudo descrevemos a associação de Pyricularia pennisetigena e P. zingibericola a gramíneas invasoras de áreas de trigo no centro-sul do Brasil. Desconhece-se, entretanto, qual o potencial de P. pennisetigena e P. zingibericola como patógenos de poáceas de interesse econômico para a agricultura brasileira. Dessa forma, objetivamos caracterizar o espectro de patogenicidade de P. pennisetigena e P. zingibericola a braquiária, cevada e trigo e compará-lo com aP. grisea e com a espécie até até recentemente descrita como P. oryzae patotipo Triticum, de ocorrência generalizada no agroecossistema brasileiro. Foram testados 20 isolados de Pyricularia spp. obtidos de amostras de folhas infectadas de plantas invasoras de campos de trigo. A classificação dos isolados em espécies distintas de Pyricularia foi efetuada usando-se filogenia molecular baseada nas sequencias parciais dos genes actina e calmodulina. Pyricularia pennisetigena e P. zingibericola inoculadas em folhas, foram patogênicas a braquiária, cevada e trigo, com diferenças na agressividade entre as espécies. Pyricularia zingibericola foi a espécie mais agressiva a braquiária e cevada, enquanto P. pennisetigena foi a espécie mais agressiva em plantas jovens de trigo. Por outro lado, P. grisea isolada de Digitaria sanguinalis ou de Urochloa spp. não infectou trigo. A análise filogenética das regiões ACT e CAL concatenadas reproduziu as relações filogenéticas e a magnitude das diferenças descritas e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the first part of our study we described the association Pyricularia pennisetigena and P. zingibericola associated with invasive grasses from wheat cropping areas in South-Central Brazil. Howeever, the potential of P. pennisetigena and P.zingibericola as pathogens to poaceous plants of economic interest for Brazilian agriculture is still unknown. Thereforne, this study aimed to characterize the pathogenicity spectrum of P. pennisetigena and P. zingibericola to signal grass, barley and wheat and compare with P. grisea and with the species until recently described as P. oryzae pathotype Triticum, of widespread occurrence in the Brazilian agro-ecosystem. Twenty isolates of Pyricularia spp. obtained from samples of infected leaves of weed species in wheat fields were tested. Classification of isolates into different species of Pyricularia was performed using molecular phylogeny based on the partial actin and calmodulin gene sequences. Pyricularia pennisetigena and P. zingibericola inoculated on leaves were pathogenic to signal grass, barley and wheat, with differences in aggressiveness between species. Pyricularia zingibericola was the most aggressive species to signal grass and barley, while P. pennisetigena was the most aggressive species to young plants of wheat. On the other hand, P. grisea isolated from Digitaria sanguinalis or Urochloa spp. did not infect wheat. Phylogenetic analysis of the concatenated regions ACT and CAL reproduced the phylogenetic relationships and ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Uma estratégia bem reconhecida para aumentar o pool gênico do trigo consiste na introdução de genes de espécies selvagens afins. Aegilops tauschii Coss. possui muitas características agronomicamente desejáveis, não facilmente encontradas em trigo (Triticum aestivum L. em Thell), tal como a resistência a patógenos. Com o objetivo de aumentar a resistência do trigo cultivado à ferrugem da folha, quatro hexaplóides sintéticos (PF844005, PF964001, PF964004 e PF964009), desenvolvidos a partir do cruzamento de T. durum L. (AABB) X Ae. tauschii (DD), foram cruzados com quatro cultivares brasileiras de trigo (AABBDD - BRSAngico, RS120, BRS209 e CD104). Foram realizadas análises citogenéticas visando avaliar a estabilidade meiótica dos hexaplóides sintéticos, cultivares e suas progênies F1, F2 e RC1F1. Nas cultivares, os índices meióticos variaram de 85,1 a 94,1 indicando uma estabilidade citológica relativamente alta. Três formas sintéticas apresentaram índices meióticos variando de 78,2 a 80,6, o que indica um comportamento meiótico razoavelmente regular. A quarta forma sintética apresentou um índice meiótico estatisticamente mais baixo (40,4). A meiose foi estudada em algumas plantas, mostrando que univalentes e retardatários são as causas da formação de micronúcleos. A freqüência de grãos de pólen viáveis variou de 90,4 a 94,0% para as cultivares, enquanto as formas sintéticas exibiram viabilidade polínica variando de 79,9 a 92,0%. Assim como para o índice meiótico, a comparação das médias gerais mostrou que as freqüências de grãos de pólen viáveis das cultivares são estatisticamente superiores às das formas sintéticas. O efeito da combinação de cruzamento bem como das gerações no índice meiótico e na viabilidade do pólen foi estatisticamente significante. Entretanto, na viabilidade do pólen, houve uma interação significativa entre combinação de cruzamento X geração. Embora a análise estatística não tenha discriminado claramente as combinações genotípicas, uma tendência foi evidenciada nos dados de viabilidade do pólen e índice meiótico, sendo que os cruzamentos envolvendo a cultivar CD104 apresentaram repetidamente médias mais elevadas. Por outro lado, as combinações incluindo a cultivar BRS120 apareceram com as médias mais baixas. A resposta à raça SPJ-RS de Puccinia triticina foi avaliada ao longo das gerações. Oito combinações genotípicas exibiram resistência à ferrugem da folha em todas as gerações. Estes resultados confirmam que Ae. tauschii pode ser usado como fonte de recursos genéticos para aumentar a resistência à ferrugem da folha em cultivares comerciais, usando linhas hexaplóides sintéticas como ponte. O tamanho do grão de pólen foi avaliado nos níveis diplóide (2n=2X=14, Ae. tauschii = T. tauschii, um acesso), tetraplóide (2n=4X=28, T. durum, quatro cultivares) e hexaplóide (2n=6X=42, T. aestivum, quatro cultivares brasileiras e quatro formas sintéticas). Grãos de pólen com o menor diâmetro (39,14 μm) foram encontrados na espécie diplóide Ae. tauschii. Os grãos maiores (55,82 a 59,87 μm) foram observados nas cultivares e sintéticos hexaplóides. Valores intermediários foram apresentados pelas cultivares tetraplóides de T. durum (46,57 a 47,64 μm). Além da associação entre tamanho de pólen e nível de ploidia, foi verificado em todos os genótipos que o diâmetro dos grãos de pólen viáveis foi significativamente maior do que aquele observado para os grãos inviáveis. A detecção de diferenças significativas no diâmetro dos grãos de pólen permitiria o uso de citômetro de fluxo para obter uma estimativa rápida tanto do nível de ploidia como da viabilidade do pólen em Triticum. / One well-recognized means to increase the wheat gene pool is to introduce genes from wild relatives. Aegilops tauschii Coss. posses many agronomically identified desirable characteristics not readily found in wheat (Triticum aestivum L. em Thell), such as resistance to pathogens. Aiming to improve the resistance of cultivated wheat to leaf rust, four synthetic hexaploids (PF844005, PF964001, PF964004 and PF964009), developed from T. durum L. (AABB) and Ae. tauschii (DD), were crossed with four Brazilian commercial wheat cultivars (AABBDD - BRSAngico, RS120, BRS209 and CD104). Cytogenetical analyses were performed aiming to evaluate the meiotic stability of the synthetic hexaploids, cultivars and their F1, F2 and BC1F1 progenies. Meiotic indices varied from 85.1 to 94.1, indicating a relatively high cytological stability of the cultivars. Three synthetic forms presented meiotic indices that varied from 78.2 to 80.6, indicating a quite regular meiotic behavior. The fourth synthetic form presented a statistically lower meiotic index (40.4). Meiosis was studied in some plants, showing that univalents and laggards were the causes of micronuclei formation. The frequency of viable pollen grains varied from 90.4 to 94.0% for T. aestivum cultivars and from 79.9 to 92.0% for synthetic forms. As well as for meiotic index, the comparison between general means showed that the frequencies of viable pollen grains are statistically higher in cultivars than in synthetic forms. The effect of cross combinations as well as generations on the meiotic index and pollen viability was highly significant. However, in pollen viability, statistical analysis showed that interaction between cross combinations and generations, as well as their simple effects were significant. Although the statistical analysis had not clearly discriminated the genotype combinations, there was a clear tendency in pollen viability and meiotic index data, with crosses involving CD104 cultivar showing up repeatedly with higher means. On the other hand, combinations including BRS120 cultivar appeared with the lowest means. The responses to the Puccinia triticina SPJ-RS race were evaluated over generations. Eight genotype combinations exhibited leaf rust resistance in all generations. These results confirm that Ae. tauschii can be used as a good genetic source for improving leaf rust resistance in commercial cultivars, using synthetic hexaploid lines as a bridge. Pollen grain size was evaluated in diploid (2n=2X=14, Aegilops tauschii = T. tauschii, one accession), tetraploid (2n=4X=28, T. durum, four commercial cultivars), and hexaploid (2n=6X=42, T. aestivum, four Brazilian cultivars, and four synthetic forms) levels. The pollen grains with the smallest diameter (39.14 μm) were found in Ae. tauschii, the diploid species. The largest pollen grains (55.82 to 59.87 μm) were observed in the hexaploids T. aestivum and synthetic forms. Intermediate values were presented by tetraploid cultivars of T. durum (46.57 to 47.64 μm). In addition to an association between pollen size and ploidy level, it was found that the mean diameter of viable grains was significantly larger than that of inviable grains for all the genotypes studied. The significant differences detected in pollen diameter could allow the use of particle counters to obtain a rapid estimation of ploidy level as well as pollen viability in Triticum.

Submitted by Helena Bejio (helena.bejio@unioeste.br) on 2018-08-30T01:12:53Z No. of bitstreams: 2 Lorena _Noreto_2018.pdf: 1204647 bytes, checksum: 8be20b04a0a8a1ec5d5fdbe30bb1b6fe (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-30T01:12:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Lorena _Noreto_2018.pdf: 1204647 bytes, checksum: 8be20b04a0a8a1ec5d5fdbe30bb1b6fe (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-21 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The objective of the present study was to determine the minimum basal temperature, growing degree-day and cycle duration, for different phenological stages of wheat development. As well as evaluating the grain yield components and the wheat yield estimation model at different sowing dates and location. The experiments were carried out in the field at COODETEC Research Centers, located in the municipalities of Cascavel and Palotina, in Paraná State. The experimental design used was in randomized blocks in a factorial scheme (7 x 3). The treatments consisted of seven wheat cultivars (CD 108, CD 1104, CD 1440, CD 150, CD 154, CD 1550 e QUARTZO) and three sowing dates for Cascavel (04/22/15, 04/30/15 and 05/21/15) and Palotina (03/31/015, 04/16/15 and 04/27/15), with three repetitions. The variables evaluated were: duration of the periods in days for the intervals of the sowing to the silking and, sowing to the physiological maturation, minimum basal temperature, growing degree-day, number of ears per square meter, number of grains per spike, mass of one thousand grains and grain yield. The reduction in air temperature tends to increase up to 12 days the intervals between sowing and silking, and between sowing and physiological maturation, for both Cascavel and Palotina. For the different cultivars the minimum basal temperature varied from 0°C to 3.7°C for the sowing period to the silking and 5.8°C to 14,1°C for the silking period to the physiological maturation. The thermal requirements for the cultivars reach the reproductive stage (silking), vary from 817 degree-day (CD 108) to 1270 degree-day (QUARTZO). For cultivar CD 108, the sowing period to the ‘physiological maturation was not altered according to the sowing dates in Cascavel. For the other cultivars (CD 1104, CD 1440, CD 150, CD 154, CD 1550 and QUARTZO) there were variations in the sowing period to physiological maturation at different sowing dates. The number of ears per square meter has a greater contribution to increase the grain yield for the cultivars evaluated. The Sowing on 05/21/15 in Cascavel and 04/16/15 in Palotina resulted in grain yield with average of 5391 kg ha-1 and 3409 kg ha-1, respectively. The mathematical model of productivity estimation obtained a performance considered "Good" to estimate the grain yield of cultivars CD 1440 and QUARTZO. / O objetivo do presente estudo foi determinar a temperatura mínima basal, acúmulo de graus-dia e duração do ciclo, para diferentes estádios fenológicos de desenvolvimento do trigo. Além de avaliar os componentes de rendimento de grãos e o modelo de estimativa de produtividade de trigo em diferentes datas e locais de semeadura. Os experimentos foram desenvolvidos a campo, nos Centros de Pesquisas da COODETEC, localizados nos municípios de Cascavel e Palotina, no Estado do Paraná. O delineamento experimental utilizado foi em blocos ao acaso em esquema fatorial (7 x 3). Os tratamentos foram constituídos de sete cultivares de trigo (CD 108, CD 1104, CD 1440, CD 150, CD 154, CD 1550 e QUARTZO) e três datas de semeadura para Cascavel (22/04/15, 30/04/15 e 21/05/15) e Palotina (31/03/015, 16/04/15 e 27/04/15), com três repetições. As variáveis avaliadas foram: duração dos períodos em dias para os intervalos da semeadura ao espigamento e da semeadura a maturação fisiológica, temperatura mínima basal, acúmulo de graus-dia, número espigas por metro quadrado, número de grãos por espiga, massa de mil grãos e rendimento de grãos. A redução na temperatura do ar tende a proporcionar aumento de até 12 dias nos intervalos compreendidos entre a semeadura e o espigamento, e entre a semeadura e a maturação fisiológica, tanto para Cascavel quando para Palotina. Para os diferentes cultivares a temperatura mínima basal variou de 0°C a 3,7°C para o período da semeadura ao espigamento e de 5,8°C a 14,1°C para o período do espigamento a maturação fisiológica. As necessidades térmicas para os cultivares atingirem a fase reprodutiva (espigamento), variaram de 817 graus-dia (CD 108) a 1270 graus-dia (QUARTZO). Para o cultivar CD 108 o período da semeadura a maturação fisiológica não foi alterado em função das datas de semeadura em Cascavel. Enquanto que para os demais cultivares (CD 1104, CD 1440, CD 150, CD 154, CD 1550 e QUARTZO), ocorreu variações na duração do período da semeadura a maturação fisiológica nas diferentes datas de semeadura. O número de espigas por metro quadrado apresenta maior contribuição para aumentar o rendimento de grãos dos cultivares avaliados. As semeaduras em 21/05/2015 em Cascavel e 16/04/2015 em Palotina resultaram em rendimento de grãos com média de 5391 kg ha-1 e 3409 kg ha-1, respectivamente. O modelo matemático de estimativa de produtividade obteve desempenho considerado “Bom” para estimar o rendimento de grão dos cultivares CD 1440 e QUARTZO.