Desenvolvimento de cultivares de sorgo com adaptação ampla a solos com toxidez de alumínio e baixa disponibilidade de fósforo via marcadores gene-específicos
Descrição: O potencial produtivo das culturas é dramaticamente reduzido em ambientes onde fatores causadores de estresses abióticos estão presentes, como é o caso do Cerrado brasileiro, uma área de mais de 200 milhões de hectares. Os solos do cerrado são ácidos e, em valores de pH menores do que 5, o alumínio assume formas iônicas que danificam o sistema radicular das culturas, restringindo a absorção de água e de nutrientes minerais. Portanto, a combinação de estresse de seca e de toxidez causada pelo alumínio, tão comum na segunda safra, leva a grandes perdas de produtividade, reduzindo a competitividade do agronegócio nacional. A baixa disponibilidade de fósforo nos solos tropicais resulta da fixação do fósforo, principalmente aos óxidos de ferro e de alumínio prevalentes na fração argila desses solos. A Embrapa Milho e Sorgo identificou genes em sorgo que aumentam a tolerância ao alumínio e a absorção de fósforo em solos ácidos. O gene SbMATE codifica um transportador de citrato ativado por alumínio, que confere tolerância ao alumínio em sorgo. Por sua vez, genes SbPSTOL1, que codificam proteínas do tipo quinase, alteram a morfologia do sistema radicular e aumentam a absorção de fósforo e a produção de grãos de sorgo cultivado em solos com baixa disponibilidade do nutriente. Marcadores gene-específicos foram desenvolvidos para esses genes. Em publicação recente, a equipe proponente mostrou que o gene SbMATE leva a um aumento de produção de cerca de 0.6 ton ha-1, tanto em linhagens quanto em combinações híbridas de sorgo, o que se traduz em um aumento de 26% na produção de grãos. No caso de genes SbPSTOL1, foram detectados efeitos alélicos positivos para área radicular e também para produção de grãos sob baixo fósforo no solo. Esta proposta visa promover a integração efetiva desses produtos tecnológicos ao programa de geração de cultivares de sorgo para cultivo em solos ácidos. A estratégia elaborada combina seleção fenotípica em solução nutritiva e em campo e seleção assistida por marcadores, de maneira a permitir a estimativa do efeito dos marcadores no contexto do programa de melhoramento genético e a geração de linhagens e híbridos com potencial de lançamento no mercado de cultivares de sorgo. Para isso, seis linhagens elites de sorgo granífero sensíveis ao alumínio foram cruzadas com duas linhagens tolerantes. A partir destes cruzamentos foram geradas 3000 progênies F2 que foram avançadas pelo método de pedigree até a geração F2:5, obtendo-se 480 linhagens com boas características de planta (3-anão), produção de grãos, formato de panícula, tolerância à antracnose e ciclo precoce. Esses cruzamentos servirão como base para a utilização de marcadores gene-específicos para a seleção de genótipos tolerantes ao alumínio e eficientes na utilização de fósforo para cultivo no Cerrado brasileiro. A estratégia inclui, ainda, a predição dos valores genéticos, a partir dos efeitos de um conjunto de marcadores gene-específicos estimados em um painel associativo, para auxiliar na escolha futura de linhagens superiores. Espera-se que a valoração dos marcadores gene-específicos possa atrair o interesse da iniciativa privada, com potencial de formação de parcerias público-privadas com a Embrapa para utilização futura. Espera-se, ainda, que os cultivares a serem gerados tenham potencial de impacto na sustentabilidade dos sistemas agrícolas estabelecidos em regiões de solos ácidos..
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Coordenador / Robert Eugene Schaffert - Integrante / Vera Carvalho Alves - Integrante / Maria Marta Pastina - Integrante / Cicero Beserra de Menezes - Integrante.
Financiador(es): Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Auxílio
financeiro.
Caracterização Molecular Dos Genes Phosphorus Starvation Tolerance 1 Em Sorgo
Descrição: A baixa disponibilidade de fósforo (P) no solo é uma séria limitação para a produção agrícola em solos tropicais. Phosphorus starvation tolerance 1 em arroz (OsPSTOL1) é uma serina/treonina quinase previamente implicada no aumento do crescimento radicular e da absorção de P. O nosso grupo de pesquisa mostrou que alelos de polimorfismos de nucleotídeo único (single nucleotide polymorphism, SNP) em genes PSTOL1 de sorgo (SbPSTOL1) foram associados conjuntamente com redução de diâmetro radicular e maior absorção de P, bem como com aumento de superfície radicular e da produção de grãos sob baixo fósforo no solo. O mecanismo molecular que governa as alterações radiculares via PSTOL1, levando a uma maior absorção de P, é ainda desconhecido. Predições indicam que as proteínas SbPSTOL1 apresentam um peptídeo sinal, sugerindo uma rota secretória, domínios de asssociação com a parede celular e um domínio transmembrana, sendo assim quinases associadas com a parede celular (wall associated kinases, WAKs). Como hipótese coloca-se que a natureza da associação das proteínas SbPSTOL1 com a parede celular das células radiculares é parte do mecanismo molecular que leva a modificações da parede celular, resultando em aumento da superfície radicular sob estresse de fósforo. Buscar-se-á definir os compartimentos sub-celulares aos quais essas proteínas se localizam por meio de fusões de SbPSTOL1 com genes repórteres e transformação em células de tabaco e cebola. Para isso, a sequência completa dos transcritos SbPSTOL1 será obtida por meio da técnica rapid amplification of cDNA ends (RACE). O perfil de expressão dos genes SbPSTOL1 será obtido em raízes e parte aérea de genótipos de sorgo que possuem fenótipos radiculares contrastantes. Tendo como base eventos transgênicos de milho superexpressando OsPSTOL1 e três genes SbPSTOL1 que apresentam diferentes domínios, buscar-se-á estabelecer a relação entre a estrutura dessas proteínas e a intensidade dos fenótipos radiculares.
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Coordenador / Robert Eugene Schaffert - Integrante / Vera Carvalho Alves - Integrante / Beatriz de Almeida Barros - Integrante.
Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - Auxílio
financeiro.
Microrganismos promotores de crescimento de plantas visando a sustentabilidade agrícola e a responsabilidade ambiental
Descrição: Conduzir pesquisas básicas e de desenvolvimento biotecnológico, formar recursos humanos e realizar transferência de conhecimento, produtos e tecnologias para setores públicos e privados, visando incrementar o uso de microrganismos promotores do crescimento de plantas (MPCP), processos microbianos e biomoléculas de origem microbiana na agricultura brasileira, maximizando a nutrição das plantas e o rendimento das culturas com menor aporte de fertilizantes químicos e impacto ambiental..
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (2) / Mestrado acadêmico: (1) / Mestrado profissional: (1) / Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Eliane Aparecida Gomes - Integrante / Ubiraci Gomes de Paula Lana - Integrante / Ivanildo Evódio Marriel - Integrante / Christiane A. de Oliveira Paiva - Integrante / Flavia Cristina dos Santos - Integrante / Mariangela Hungria da Cunha - Coordenador.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio
financeiro.
Tecnologias para o desenvolvimento e validação de novos fertilizantes e fontes de nutrientes para a agricultura brasileira - Rede FertBrasil Fase II
Descrição: O projeto tratará do avanço do conhecimento em bases tecnológicas em fertilizantes como estratégia para a geração de tecnologias e produtos com potencial de inovação e alavancar uma nova indústria nacional de fertilizantes e aumentar a eficiência de uso e minimizar o impacto ambiental negativo dos fertilizantes e as novas fontes de nutrientes. Um cenário de baixa disponibilidade de matérias-primas e alta de preços pode comprometer seriamente, e até inviabilizar, alguns setores da agropecuária nacional a médio prazo. O prejuízo para o país seria grande, uma vez que o agronegócio foi responsável por 30% do PIB brasileiro na última década. Atualmente, os fertilizantes podem representar, em média de 25 a 40 % do custo variável dos principais sistemas de produção agrícolas brasileiros e são responsáveis entre 30 e 50% do potencial de produção agrícola. Além disso, grandes quantidades de nutrientes aplicados via fertilizantes são perdidas, pois a eficiência do uso desses insumos ainda é muito baixa: entre 50 a 70% para o nitrogênio, de 15 a 30% para fósforo e de 50 a 70% para o potássio. Por isso, o desenvolvimento de fontes de fertilizantes utilizando matérias-primas disponíveis no país e que apresentem alta eficiência pode representar uma grande contribuição ao setor. Esse processo resultará em novos fertilizantes e fontes de nutrientes que serão validados na rede nacional de experimentos para a avaliação agronômica e validação agronômica de fertilizantes, que se consolidará como referência em aplicação de métodos científicos eficientes onde a aplicação e protocolos robustos gerará resultados confiáveis para que a indústria e o agronegócio brasileiro se apropriem adequadamente das tecnologias e produtos. Estudos de mitigação de emissões de gases de efeito estufa, e outros impactos negativos que o uso de fertilizantes pode causar no ambiente, terão seus resultados compilados em análises de ciclo de vida, o que ajudará o País a consolidar o plano ABC ? Programa para Redução da Emissão de Gases na Agricultura, contribuindo para cumprir metas mundiais de redução de GEEs no convenção de Copenhague, em 2009, bem como ajudar a melhorar ainda mais a imagem da agricultura brasileira no Brasil e no exterior..
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (1) / Especialização: (0) / Mestrado acadêmico: (0) / Mestrado profissional: (1) / Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Eliane Aparecida Gomes - Integrante / Ubiraci Gomes de Paula Lana - Integrante / Ivanildo Evódio Marriel - Integrante / Christiane A. de Oliveira Paiva - Integrante / Daniel Basílio Zandonadi - Integrante / JOSE CARLOS POLIDORO - Coordenador / VINICIUS DE MELO BENITES - Integrante.
Financiador(es): Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Auxílio
financeiro.
Análise funcional de genes relacionados à morfologia radicular de milho e sorgo em plantas transgênicas de tabaco
Descrição: A baixa disponibilidade de fósforo (P) é um dos fatores mais limitantes para o aumento da produtividade dos cereais, uma vez que o P é um dos macronutrientes com menor eficiência de uso pelas plantas. Recentemente, o gene de efeito maior no locus Pup1, Pstol1, relacionado com comprimento radicular foi identificado em arroz. A superexpressão desse gene em arroz leva ao aumento do comprimento radicular, seguido do aumento na eficiência na aquisição de P e na produção de grãos. Estudos que envolvam morfologia de raiz são de grande relevância para o desenvolvimento de cultivares mais produtivos e que apresentem uma maior eficiência na utilização de nutrientes. Após a busca por similaridade encontramos três homólogos em milho e sorgo com similaridade de 70% ao Pstol1 de arroz, que também co-localizaram com clusters de QTLs de raiz e aquisição de P. Outro gene interessante é o Rtcs, que é um fator de transcrição responsável pela iniciação de raízes seminais embriônicas e pós-embriônicas em milho e que pode estar relacionado com a regulação da expressão do Pstol1. Nosso grupo mostrou que esse gene é mais expresso no genótipo de milho eficiente na aquisição de P e sob baixo P. Considerando as evidências apresentadas, torna-se de grande importância estudos mais aprofundados dos genes PstoI1 e Rtcs, pois esses genes tem o potencial de aumentar a superfície radicular e consequentemente a eficiência na aquisição de P. O presente trabalho propõe avaliar a expressão desses genes em diferentes tecidos e estádios de desenvolvimento em milho e sorgo e expressar esses genes em plantas transgênicas de tabaco para verificar o fenótipo com relação a morfologia de raiz e os efeitos na absorção de P. Adicionalmente, será avaliada a atividade quinase do Pstol1 pela fosforilação in vitro. Esses estudos ajudarão a compreender o papel dos genes Pstol1 de milho e sorgo e do Rtcs de milho na regulação da absorção de P, o que poderá ter um grande impacto na utilização fertilizantes fosfatados..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (1) / Mestrado acadêmico: (1) / Mestrado profissional: (1) / Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Andrea A Carneiro - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante.
Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - Auxílio
financeiro.Número de orientações: 4
Genética, morfo-fisiologia e interação solo-planta-microrganismo para eficiência no uso de fósforo em gramíneas - Fase II
Descrição: O Brasil tem na agricultura um meio para promover avanços sócio-econômicos consideráveis de maneira sustentável, no entanto, a produtividade de culturas de cereais como o milho, arroz, trigo e o sorgo está aquém do seu potencial. A baixa disponibilidade de fósforo (P) assim como a adubação inadequada são alguns dos grandes desafios da agricultura moderna. O P é um dos macronutrientes mais limitantes às culturas nos solos brasileiros e com menor eficiência de uso pelas plantas. Nos solos tropicais, a adubação fosfatada é realizada pela adição de altas doses de fosfatos solúveis, uma vez que a maior parte do fósforo adicionado torna-se indisponível devido ao processo de fixação, aumentando significativamente os custos de produção. Adicionalmente, esse nutriente não é renovável. Mantendo-se as estimativas, o pico de exploração das reservas de P deve ser atingido no meio deste século, o que deve resultar em um significativo aumento de seu custo. A eficiência na aquisição de P pelas plantas é uma característica complexa e ainda pouco conhecida, sendo, portanto, pouco utilizada em programas de melhoramento. Por outro lado, as plantas diferem em sua capacidade de utilizar diferentes formas químicas de fosfato do solo sob condições de limitação desse nutriente, indicando a existência de variabilidade genética e fisiológica para aumentar a aquisição e a eficiência no uso de P pelas plantas. A Embrapa vem buscando o aumento da eficiência de aquisição de P em cereais por meio da exploração da variabilidade genética e de práticas de manejo de solo aliadas com a interação com microrganismos. O gene de efeito maior no lócus Pup1, Pstol1, relacionado com comprimento radicular foi identificado em arroz. A superexpressão desse gene em arroz leva ao aumento do comprimento radicular, seguido do aumento na eficiência na aquisição de P e na produção de grãos. No projeto MP2P anterior, identificamos homólogos do Pstol1 de arroz em milho e sorgo e identificamos genótipos que possuem o lócus Pup1 dentro da população de arroz, além de termos avançado na fenotipagem de genótipos da coleção nuclear de trigo. Dentro desse contexto, o presente projeto objetiva definir características morfo-fisiológicas e genéticas associadas com a eficiência na aquisição e utilização de P em gramíneas para desenvolver genótipos mais eficientes no uso de P. Para tanto, serão fenotipados materiais genéticos de milho, arroz, trigo e sorgo em campo . Além disso, será realizada fenotipagem em casa de vegetação e solução nutritiva para determinação dos mecanismos morfo-fisiológicos de milho, arroz, sorgo e trigo. Serão também caracterizados genótipos de milho e sorgo quanto a variabilidade genética para a formação de micorrizas. O conjunto de dados fenotípicos, juntamente com dados de marcadores moleculares, genes candidatos e padrões de expressão em painéis e populações apropriadas, serão analisados por meios de estratégias genético-moleculares e de bioinformática visando à identificação e validação de regiões genômicas e/ou genes associados com os diferentes mecanismos envolvidos com a eficiência no uso de P em milho, sorgo e arroz. Adicionalmente, todas as informações genômicas geradas no projeto estarão integradas em bancos de dados apropriados, contribuindo efetivamente na elucidação de mecanismos moleculares e fisiológicos associados com a eficiência na utilização de P em gramíneas. Adicionalmente serão estudadas características ligadas a eficiência na aquisição de P, como micorrização, arquitetura radicular e aspectos que influenciam o uso de P, como a interação com solo e patógenos em diferentes sistemas de produção. Assim, espera-se que tais esforços tenham impacto no desenvolvimento de genótipos mais eficientes na aquisição de P, com maior adaptabilidade e produtividade de grãos em solos tropicais..
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (4) / Mestrado acadêmico: (1) / Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante / Maria José V. Vasconcelos - Integrante / Robert Eugene Schaffert - Integrante / Eliane Aparecida Gomes - Integrante / Lauro Jose Moreira Guimaraes - Integrante / Ubiraci Gomes de Paula Lana - Integrante / Maria Marta Pastina - Integrante / Fabiano Daniel De Bona - Integrante.
Financiador(es): Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Auxílio
financeiro.Número de orientações: 3
Caracterização dos homólogos do gene Pstol1 de arroz em milho
Descrição: A baixa disponibilidade de fósforo (P) é um dos fatores mais limitantes para o aumento da produtividade do milho, uma vez que o P é um dos macronutrientes com menor eficiência de uso pelas plantas. Em milho, a eficiência de uso de P em solos está mais ligada à capacidade da planta em adquirir P do solo do que à capacidade da mesma em utilizar de forma mais eficiente o P no interior da planta. Pup1 é um QTL (Quantitative Trait Locus) de efeito maior na absorção de P que foi identificado em arroz e que tem o potencial de aumentar a aquisição de P em outros cereais. Recentemente o gene responsável por esse loco foi identificado, a quinase Phosphorus-starvation tolerance 1 (Pstol1). Quando esse gene é superexpresso aumenta o comprimento radicular, a eficiência na aquisição de P e consequentemente a produção de grãos em arroz. Uma vez que o genoma do milho foi todo sequenciado, foram feitas buscas por similaridade que apontaram seis homólogos com identidade maior do que 55%. Esse genes co-localizaram com clusters de QTLs relacionados à arquitetura radicular, peso seco total da planta e eficiência na aquisição de P. Apesar dessas evidências, é necessário realizar a caracterização funcional desses homólogos. Para isso, serão utilizadas linhagens contrastantes para eficiência na aquisição de P e morfologia radicular. Será verificada tecido-especificidade e a expressão temporal desses genes. Além disso, serão feitas transformações com o gene Gus para caracterização das regiões promotores e fosforilação in vitro para verificação da atividade quinase. Esses estudos moleculares ajudarão na definição do homólogo funcional do Pstol1 em milho. Posteriormente, se comprovado que o homólogo de milho aumenta a eficiência na aquisição de P, poderão ser selecionadas/produzidas plantas que utilizem uma menor quantidade de fertilizantes fosfatados. Além disso, a região promotora dos homólogos poderá ser utilizada na geração de plantas transgênicas..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (2) / Mestrado acadêmico: (2) / Doutorado: (3) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Fábio Papes - Integrante / Andrea A Carneiro - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Newton Portilho Carneiro - Integrante / Felipe Rodrigues da Silva - Integrante.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio
financeiro.
Número de produções C, T & A: 35 / Número de orientações: 7
Aumento da eficiência da aquisição de fósforo em gramíneas por meio de estratégias morfo-fisiológicas, genéticas e microbiológicas
Descrição: O Brasil tem na agricultura um meio para promover avanços sócio-econômicos consideráveis de maneira sustentável, no entanto, a produtividade de culturas de cereais como o milho, arroz, trigo e o sorgo está aquém do seu potencial. A baixa disponibilidade de fósforo (P) assim como a adubação inadequada são alguns dos grandes desafios da agricultura moderna. O P é um dos macronutrientes mais limitantes às culturas nos solos brasileiros e com menor eficiência de uso pelas plantas. Nos solos tropicais, a adubação fosfatada é realizada pela adição de altas doses de fosfatos solúveis, uma vez que a maior parte do adubo adicionado torna-se indisponível devido ao processo de fixação, aumentando significativamente os custos de produção. Adicionalmente, esse nutriente não é renovável. Mantendo-se as estimativas, o pico de exploração das reservas de P deve ser atingido no meio deste século, o que deve resultar em um significativo aumento de seu custo. A eficiência na aquisição de P pelas plantas é uma característica complexa e ainda pouco conhecida, sendo, portanto, pouco utilizada em programas de melhoramento. Por outro lado, as plantas diferem em sua habilidade de utilizar diferentes formas químicas de fosfato do solo sob condições de limitação desse nutriente, indicando a existência de variabilidade genética e fisiológica para aumentar a aquisição e a eficiência no uso de P pelas plantas. A Embrapa vem buscando o aumento da eficiência de aquisição de P em cereais por meio da exploração da variabilidade genética e de práticas de manejo de solo aliadas com a interação com microorganismos. Dentro desse contexto, o presente projeto objetiva definir características morfo-fisiológicas e genéticas associadas com a eficiência na aquisição e utilização de P em gramíneas. Para tanto, serão caracterizados sítios de fenotipagem para P, onde serão analisados materiais genéticos de milho, arroz e sorgo em campo. Além disso, será realizada fenotipagem em casa de vegetação e solução nutriti.
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante / Eliane Aparecida Gomes - Integrante / João Herbert Moreira Vieira - Integrante / Lauro Jose Moreira Guimaraes - Integrante / Francisco Adriano de Souza - Integrante / Felipe Rodrigues da Silva - Integrante / Vera Carvalho Alves - Integrante / Roberto Willians Noda - Integrante.
Financiador(es): Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Auxílio
financeiro.
Cloning characterization and validation of PUP1/P efficiency in maize
Descrição: A multidisciplinary team involving USDA, Embrapa, JIRCAS, IRRI and Moi University will work on the successful implementation of the identification and characterization of genes associated with maize P efficiency. Bioinformatics will be used to identify homologues of the rice Pup-1 gene in maize and a set of markers for these genes will be developed. An Embrapa inbred line panel will be phenotyped in the field for P efficiency (grain yield under contrasting P conditions) and in the greenhouse/lab for root architecture traits and the Buckler association panel will be phenotyped for P efficiency and root architecture traits in the green house/lab at USDA-Cornell. A linkage map will be developed using SSR, STS and SNP markers in 150 RILs from the cross of a highly P efficient tropical maize line (L3) with a P inefficient line (L22). These lines will be field phenotyped in Kenya and Brazil on high P (25 ppm P) and low P (<6 ppm P) soils. QTLs for P acquisition, internal P efficiency and root architecture traits will be mapped in this cross, as well the Pup-1 homologues, in order to verify the co-segregation of Pup-1 homologs with QTLs for different P-efficiency traits. Inheritance studies for root morphology traits will be conducted using seven different generations of the cross L3 x L22 (P1, P2, F1, F2, BC1-L3, BC1-L22, BC2-L3 and BC2-L22). Association analysis using Embrapa s elite inbred lines panel and the Buckler maize association panel will be carried out to validate candidate genes, and also characterization of near isogenic lines developed from BC2F2 (L3xL22)xL22xL22) for P efficiency.
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (1) / Mestrado acadêmico: (1) / Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Coordenador / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante / Lauro Jose Moreira Guimaraes - Integrante / Leon Kochian - Integrante / Vera Carvalho Alves - Integrante.
Financiador(es): Generation Challenge Program - Auxílio
financeiro.
Improving phosphorus efficiency in sorghum by the identification and validation of sorghum homologs for Pup1, a major QTL underlying phosphorus uptake in rice, and identification of other P efficiency QTLs
Descrição: Low productivity due to soil constraints and a lack of properly adapted crop cultivars is a
serious problem in many parts of Africa, where sorghum is a staple food supporting millions of the rural poor. Pup1 is a major QTL located on rice chromosome 12 that underlies phosphorus efficiency and has the potential to increase P acquisition efficiency in other cereals. Research findings from a long term collaboration between IRRI and JIRCAS has resulted in the fine mapping of the Pup1 locus to a ~150 Kb region on chr 12, and 2-4 high quality Pup1 candidate genes have been identified. Taking advantage of the complete sequence of the sorghum genome, we will establish a framework based on comparative genomics to identify sorghum Pup1 homologs and will validate their role as bona fide
genes underlying tolerance to P deficiency. This research will be based primarily on association analysis to identify statistically significant associations between allelic variation for Pup1 candidate genes and P efficiency assessed both in the field and under controlled conditions in the laboratory and greenhouse. Positive associations will be validated by bi-parental mapping and analysis of nearisogenic lines. The Al tolerance gene, AltSB, is an Al-induced root citrate efflux transporter and citrate can mobilize P that is fixed in the soil clay fraction and increase its availability for root P uptake. Therefore, we will use the same approach to study a possible synergistic role of AltSB in increasing P uptake into sorghum roots. The genetic framework that will be developed for this research will also be useful for identifying other novel QTL related to P efficiency, which can then be deployed into a molecular breeding platform (see sorghum marker assisted breeding project based on AltSB/Pup1 in this Challenge Initiative - SorghumMB) should functional Pup1 homologs not be found in sorghum. Thus, this project sets the foundation for a molecular breeding program targeting marginal soil areas in southern Mali, Niger and Kenya and other areas of Sub-Saharan Africa to improve food security and farmer?s income..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Coordenador / Maria José V. Vasconcelos - Integrante / Robert Eugene Schaffert - Integrante / João Herbert Moreira Vieira - Integrante / Flavia Cristina dos Santos - Integrante / Leon Kochian - Integrante / Jiping Liu - Integrante / Randy Clark - Integrante / Robert W. Holley - Integrante / Steve Kresovich - Integrante / Sharon Mitchell - Integrante / Theresa Fulton - Integrante / Soumana Souley - Integrante / Sam Gudu - Integrante.
Financiador(es): Generation Challenge Program - Auxílio
financeiro.
Morfo-fisiologia, genética e interação solo-planta-microrganismo para eficiência no uso de fósforo em milho e sorgo
Descrição: O Brasil assumiu nos últimos anos destaque mundial no setor agrícola, mas
apesar disso a produtividade do milho e do sorgo encontra-se aquém do potencial
genético dos genótipos disponíveis. Dentre os fatores que contribuem para a menor
produtividade destes cereais, destaca-se a baixa disponibilidade de fósforo nos
solos. O fósforo é um dos macronutrientes mais limitante às culturas no Cerrado
brasileiro e com baixa eficiência de uso pelas plantas. As plantas retiram o fósforo
inorgânico (Pi) do solo na forma de fosfato, que forma complexos altamente estáveis
com os óxidos de Al e Fe presentes nas argilas do solo, reduzindo drasticamente
sua disponibilidade para as plantas. Mecanismos bioquímicos, fisiológicos e
morfológicos podem ser utilizados pelas plantas para aumentar a capacidade de
aquisição de P. Assim, uma alternativa para aumentar a eficiência de absorção de P
seria explorar a variabilidade genética disponível para desenvolver cultivares mais
eficientes no uso de fósforo, combinando-os com práticas de manejo de solo aliadas à interação com microrganismos. A equipe da Embrapa Milho e Sorgo vêm
avaliando genótipos de milho e de sorgo ?per se? e em cruzamento, utilizando os
critérios de eficiência de utilização e absorção de P e produção de grãos em níveis
contrastantes de fósforo no solo há mais de quinze anos. Estes estudos têm
permitido identificar genótipos altamente contrastantes quanto à produção e
morfologia do sistema radicular sob estresse de fósforo. Além disso, pesquisas
envolvendo microrganismos do solo eficientes na aquisição de P, como fungos
micorrízicos e microrganismos solubilizadores de fosfato também estão em
andamento junto com outros grupos de pesquisa no país. O presente projeto
objetiva definir características fenotípicas, mecanismos e genes que estejam
associados com a eficiênica na utilização de fósforo em milho e sorgo, para
posterior aplicação no desenvolvimento de genótipos de milho e sorgo mais
eficientes na.
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (3) / Mestrado acadêmico: (1) / Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante / Maria José V. Vasconcelos - Integrante / Robert Eugene Schaffert - Integrante / Antônio Marcos Coelho - Integrante / Alvaro Vilela Resende - Integrante / Eliane Aparecida Gomes - Coordenador / Francisco Adriano de Souza - Integrante / Ubiraci Gomes de Paula Lana - Integrante / Sidney Netto Parentoni - Integrante / Leon Kochian - Integrante / Randy Clark - Integrante / Felipe Rodrigues da Silva - Integrante / Vera Carvalho Alves - Integrante / Roberto Willians Noda - Integrante / Paula Falcão - Integrante / Maria Lucia F. Simeone - Integrante / Marcelo Ferreira Fernandes - Integrante / José Marcelo Soriano Viana - Integrante / Francisco Morel - Integrante / Ivanildo Evódio Marriel - Integrante / Guilherme Oliveira - Integrante / Christiane A. de Oliveira Paiva - Integrante / Antônio Augusto Franco Garcia - Integrante.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Auxílio
financeiro.
Aumento da Produtividade de Milho e de Sorgo em Solos Ácidos pela Modulação Molecular de um Mecanismo de Tolerância de Alumínio Baseado na Liberação Radicular de Citrato Mediada pelo Gene AltSB
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Andrea Almeida Carneiro - Integrante / Claudia Teixeira Guimarães - Coordenador / Newton Portilho Carneiro - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante / Maria José V. Vasconcelos - Integrante / Robert Eugene Schaffert - Integrante / Antônio Marcos Coelho - Integrante / Alvaro Vilela Resende - Integrante / Eliane Aparecida Gomes - Integrante / João Herbert Moreira Vieira - Integrante / Flavia Cristina dos Santos - Integrante / Flavio Dessaune Tardin - Integrante / Lauro Jose Moreira Guimaraes - Integrante / Jose Avelino S. Rodrigues - Integrante / Francisco Adriano de Souza - Integrante / Ubiraci Gomes de Paula Lana - Integrante / Sidney Netto Parentoni - Integrante / Silvia Neto Jardim - Integrante.
Financiador(es): Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária - Auxílio
financeiro.
Análise da morfologia do sistema radicular e da expressão de genes visando a associação com a eficiência na aquisição de fósforo em milho e sorgo
Descrição: O Brasil tem se destacado no setor agrícola, mas apesar disso a produtividade do milho e do sorgo ainda encontra-se aquém do potencial genético dos materiais disponíveis. Dentre os fatores que contribuem para a baixa produtividade destes cereais, destaca-se a baixa disponibilidade de fósforo nos solos. O fósforo é um dos macronutrientes mais limitante às culturas no cerrado brasileiro e com baixa eficiência de uso pelas plantas. As plantas retiram o fósforo inorgânico (Pi) do solo na forma de fosfato, que forma complexos altamente estáveis com os óxidos de Al e Fe presentes nas argilas do solo, reduzindo drasticamente sua disponibilidade para as plantas. As plantas sofrem ajustes bioquímicos, fisiológicos e morfológicos para aumentar a capacidade de absorção de P. Assim, uma alternativa para aumentar a absorção de P seria explorar a variabilidade genética disponível para desenvolver cultivares mais eficientes no uso de fósforo, combinando-os com práticas de manejo do solo adequadas. A equipe da Embrapa Milho e Sorgo vêm avaliando genótipos de milho e de sorgo ?per se? e em cruzamento, utilizando os critérios de eficiência de utilização e absorção de P e produção de grãos em níveis contrastantes de fósforo no solo. O presente projeto objetiva avaliar a expressão de genes relacionados com a estrutura radicular e a eficiência na aquisição de P em genótipos de milho e sorgo previamente caracterizados em condições de campo. Inicialmente, serão avaliados diferentes aspectos da morfologia do sistema radicular de 150 genótipos de milho e de 150 genótipos de sorgo em solução nutritiva com baixo e alto P. A partir destes resultados, os genótipos serão agrupados nas diferentes características de raiz e subgrupos desses genótipos serão avaliados quanto ao padrão de expressão de genes relacionados com a estrutura de raiz. Tais informações serão avaliadas em conjunto, visando a correlação entre o padrão de expressão dos genes e características do sistema radicular sob diferentes.
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Claudia Teixeira Guimarães - Integrante / Jurandir Vieira Magalhães - Integrante / Maria José V. Vasconcelos - Integrante / Robert Eugene Schaffert - Integrante / Sidney Netto Parentoni - Integrante.
Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais - Auxílio
financeiro.Número de orientações: 1
Estudo Fisiológico, Molecular e Bioquímico de Recursos Genéticos de Milho em Relação à Eficiência ao Uso de Fósforo
Descrição: O Brasil tem se destacado no setor agrícola, mas apesar disso a produtividade do milho ainda encontra-se aquém do potencial genético dos materiais disponíveis. Dentre os fatores que contribuem para a baixa produtividade do milho, destaca-se a baixa disponibilidade de fósforo nos solos. O fósforo é um dos macronutrientes mais limitante às culturas no cerrado brasileiro e com menor eficiência de uso pelas plantas. As plantas retiram o fósforo (Pi) do solo por meio das raízes, na forma de fosfato, que forma complexa com cátions (Al3+, Fe2+) e argilas do solo, reduzindo drasticamente sua disponibilidade para as plantas. Para aumentar a capacidade de absorção de P, as plantas precisam adaptar a bioquímica, fisiologia e morfologia do sistema radicular. Uma alternativa para contornar este problema é a exploração da variabilidade genética disponível para gerar cultivares mais eficientes no uso de fósforo e a implementação de uma combinação de práticas de manejo do solo com o uso desses cultivares. A equipe da Embrapa Milho e Sorgo vêm avaliando genótipos de milho tanto ?per se? quanto em cruzamento, utilizando os critérios de eficiência de utilização e absorção de P e produção de grãos em níveis contrastantes de fósforo. Assim, o presente projeto irá utilizar materiais genéticos contrastantes e previamente avaliados quanto à eficiência de utilização e absorção de P em campo para realizar uma caracterização detalhada de parâmetros morfológicos e da arquitetura de raiz em solução nutritiva sob condições controladas. Para isso será realizado inicialmente a padronização das condições de cultivo em solução nutritiva (tempo, concentração de P, etc.), assim como os parâmetros a serem avaliados como comprimento e volume de raízes de diferentes diâmetros, quantidade de pêlos radiculares, dentre outros critérios. A partir destes resultados será avaliado o padrão de expressão de alguns genes que já foram descritos como relacionados com a estrutura de raiz. Evidências sugerem a forte i.
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador.
Roles and regulation of sorbitol metabolism in maize
Descrição: New data indicate that sorbitol metabolism in maize may be more centrally important than previously recognized. Kernels accumulated a mean of 21% less dried-seed weight if they lacked a functional gene for the single sorbitol dehydrogenase in maize (Sdh1) (preliminary results). Mutations in this gene conferred a small-kernel phenotype that was evident when sdh1 plants were compared to wildtype siblings in a uniform genetic background. The extent of impact for the sdh1 mutation was initially unexpected because maize does not use sorbitol for its long-distance vascular transport. Instead, kernels synthesize and metabolize sorbitol internally, suggesting a role for these processes in the grain itself. We thus hypothesize that sorbitol metabolism can contribute prominently to kernel capacity for sucrose import and use. We propose to further test this possibility and explore mechanisms of regulation as follows:
Objective 1: Identify physiological roles of sorbitol dehydrogenase (SDH) in maize. Objective 2: Determine the metabolic basis for these physiological roles of SDH.
Objective 3: Analyze Sdh1 roles in genetically and transgenicly altered systems. The newly-identified sdh1 mutant will be central to proposed research, but so too will a combination of genetic, molecular, biochemical, and classical approaches..
Situação: Em andamento; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Karen E Koch - Integrante.
Financiador(es): United States Department of Agriculture - Auxílio
financeiro.
Estudos cristalográficos de aldoses redutases de milho.
Descrição: Esse projeto tem como principal foco a realização de estudos cristalográficos de oxirredutases de milho que realizam a interconversão de diferentes açúcares utilizando NADP/H como cofator, em particular aldose redutases. Em humanos, elas estão envolvidas em complicações advindas do diabetes e, por isso, são alvos em potencial para o desenvolvimento de fármacos contra a doença. Os resultados que vêm sendo obtidos deverão contribuir para um melhor entendimento do mecanismo de ação das enzimas em estudo..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Mestrado acadêmico: (1) Doutorado: (1) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Eduardo Kiyota - Integrante / Jose Andres Yunes - Integrante / Marcelo Leite dos Santos - Integrante / Ricardo Aparicio - Coordenador.
Metabolismo do sorbitol e o transporte de carbono para o embrião de milho
Descrição: Analisando o banco de ESTs de endosperma de milho (MAIZEST), descobriu-se que o gene da Sorbitol Desidrogenase (SDH) é o transcrito mais abundante no início do desenvolvimento (10 dias após a polinização) da semente. Na semente do milho, a SDH cataliza a redução da frutose, que é largamente produzida pela quebra da sacarose, em sorbitol. A semente de milho não acumula sorbitol, que portanto, deve ser um metabólito intermediário. Até o momento, o destino do sorbitol produzido no endosperma ainda é desconhecido. Segundo análise de bancos de ESTs de milho, é o embrião e não o endosperma, que apresenta uma enzima, a Aldose Redutase, capaz de metabolizar o sorbitol. A injeção de sorbitol-C13 no endosperma e sua posterior identificação no embrião sugere que o sorbitol produzido no endosperma é translocado para o embrião. Um possível Transportador de Sorbitol expresso no endosperma foi identificado. Em experimentos in vitro, o embrião de milho apresenta desenvolvimento normal tendo sorbitol como única fonte de carbono. A obtenção e sequenciamento do clone genômico do gene SDH permitiu identificar em banco de milhos mutantes uma planta heterozigota SDH/sdh, que quando autopolinizada deu sementes sdh/sdh severamente atrofiadas. Além de indicar que a ?via do sorbitol? é fundamental para o desenvolvimento da semente, estes resultados são os únicos que se conhecem em relação ao transporte de carbono para o embrião de milho. Para melhor caracterizar a ?via do sorbitol?, propõe-se: (1) caracterizar anatômica e fisiologicamente sementes mutantes sdh/sdh e SDH/sdh ao longo do desenvolvimento, (2) analisar o transporte de sorbitol dentro da semente em tempo real, (3) determinar expressão in situ e caracterizar funcionalmente o Transportador de Sorbitol do endosperma do milho, e (4) caracterizar a atividade da Aldose Redutase do embrião de milho..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Coordenador / Karen E Koch - Integrante.
Financiador(es): Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Bolsa.
Maizest: the maize endosperm genome project
Descrição: O projeto Maizest visa obter e analisar um grande numero de sequencias expressas em endosperma de milho, identificando principalmente aquelas relacionadas a processos regulatorios especificos para este tecido.
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Graduação: (0) / Especialização: (0) / Mestrado acadêmico: (0) / Mestrado profissional: (0) / Doutorado: (5) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Paulo Arruda - Coordenador / Natália Cristina Verza - Integrante / Thaís Rezende e Silva - Integrante / Paulo Henrique Fisch de Brito - Integrante / Fábio Tebaldi Silveira Nogueira - Integrante / Vicente Eugenio de Rosa Júnior - Integrante / Marcelo Martins Rebelo - Integrante.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - Bolsa / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Bolsa / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Bolsa.
Número de produções C, T & A: 3
PROJETO TEMÁTICO DE EQUIPE (99/02198-3) - SEMENTES: (1) REGULAÇÃO GÊNICA DA SÍNTESE DE PROTEÍNAS DE RESERVA E METABOLISMO DE LISINA; (2) ESTUDOS DE EXPRESSÃO DE PROTEÍNAS HETERÓLOGAS
Descrição: O desenvolvimento, diferenciação e adaptação dos seres vivos ao ambiente requerem a expressão coordenada de genes funcionalmente relacionados. Em plantas superiores, a expressão das proteínas de reserva e enzimas envolvidas no metabolismo de aminoácidos, durante o desenvolvimento das sementes, representa um excelente modelo para o estudo de mecanismos de regulação coordenada de expressão gênica. O presente projeto tem como objetivo principal dar continuidade a diversos estudos da regulação coordenada da expressão de genes relacionados com a síntese das proteínas de reserva e com o metabolismo de lisina. Serão realizados estudos visando a identificação e caracterização de novos elementos regulatórios presentes ou capazes de interagir com as regiões promotoras de genes que codificam proteínas de reserva e enzimas envolvidas na síntese e catabolismo de lisina. Estes estudos forneceram também subsídios para o desenvolvimento de um sistema de expressão de proteínas heterólogas em sementes. Durante o desenvolvimento do projeto serão realizados estudos visando o aperfeiçoamento de um cassete de expressão de proteínas heterólogas em sementes. Serão também realizados ensaios de expressão de hormônio de crescimento e insulina humanos em sementes de tabaco e milho transgênico..
Situação: Concluído; Natureza: Pesquisa.
Alunos envolvidos: Especialização: (0) / Mestrado acadêmico: (1) / Mestrado profissional: (0) / Doutorado: (5) .
Integrantes: Sylvia Morais de Sousa - Integrante / Paulo Arruda - Integrante / Adilson Leite - Coordenador / Paulo Cezar De Lucca - Integrante / Mário Del Giúdice Paniago - Integrante / Michel Vincentz - Integrante / Arnaldo da Silva Júnior - Integrante / Letícia Jungmann Cançado - Integrante / Luciane Gauer - Integrante.
Financiador(es): Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - Auxílio
financeiro.
Número de produções C, T & A: 5