Somatic embryos of the commercial soybean (Glycine max) cultivar IAS5 were co-transformed using particle bombardment with a synthetic form of the Bacillus thuringiensis delta-endotoxin crystal protein gene cry1Ac, the beta-glucuronidase reporter gene gusA and the hygromycin resistance gene hpt. Hygromycin-resistant tissues were proliferated individually to give rise to nine sets of clones corresponding to independent transformation events. The co-bombardment resulted in a co-transformation efficiency of 44%. Many histodifferentiated embryos and 30 well-developed plants were obtained. Twenty of these plants flowered and fourteen set seeds. The integration and expression of the cry1Ac, gusA and hpt transgenes into the genomes of a sample of transformed embryos and all T0, T1, T2 and T3 plants were confirmed by Gus activity, PCR, Southern and western blot, and ELISA techniques. Two T0 plants out of the seven co-transformed plants produced seeds and were analyzed for patterns of integration and inheritance until the T3 generation. Bioassays indicated that the transgenic plants were highly toxic to the velvetbean caterpillar Anticarsia gemmatalis, thus offering a potential for effective insect resistance in soybean.

Foi avaliada a influência de diferentes tratamentos com antibióticos durante a transformação genética de soja. Inicialmente, desenvolveu-se um estudo para identificar como diferentes tratamentos com antibióticos afetam o tecido embriogênico da soja. O efeito da carbenicilina a 500 mg L-1 foi genótipo-dependente. Esse antibiótico não afetou a sobrevivência dos embriões da cv. IAS5, enquanto a proliferação dos embriões da cv. Bragg foi três vezes maior quando comparada com o controle. Por outro lado, cefotaxima, a 350 e 500 mg L-1, causou a morte dos tecidos embriogênicos de ambas as cultivares. Por fim, a associação de cefotaxima (250 mg L-1) + vancomicina (250 mg L-1) não afetou negativamente os embriões somáticos das cultivares testadas durante os 63 dias de tratamento. Posteriormente, foi realizado um segundo experimento para determinar a eficiência de diferentes tratamentos com antibióticos na supressão da linhagem LBA4404 de Agrobacterium tumefaciens durante a transformação genética. Nas condições da cultura, a carbenicilina, a 500 e 1000 mg L-1, não foi eficiente para a supressão de Agrobacterium. Por outro lado, os tratamentos com cefotaxima, 350 e 500 mg L-1, ou cefotaxima + vancomicina suprimiram eficientemente Agrobacterium após 49 dias. Os dados dos dois experimentos sugerem a cefotaxima + vancomicina por 49-63 dias como o tratamento mais apropriado. Esse é o primeiro registro do efeito de antibióticos sobre tecidos de soja. Foi identificada uma combinação de antibióticos que suprimiram A. tumefaciens com efeitos fitotóxicos mínimos, podendo ser recomendada para a otimização do método de transformação genética de soja mediada por Agrobacterium.

The influence of different antibiotic treatments in soybean genetic transformation was evaluated. First, an assay was performed to verify how different antibiotic treatments affect soybean embryogenic tissues. The effect of carbenicillin at 500 mg L-1 was genotype-dependent. This antibiotic did not affect embryo survival of cv. IAS5, but a three-fold increase of embryo proliferation was observed for cv. Bragg, when compared to the control. On the other hand, cefotaxime at 350 and 500 mg L-1 caused death of embryogenic tissues of both cultivars. Finally, the association of cefotaxime (250 mg L-1) + vancomycin (250 mg L-1) did not affect negatively the somatic embryos of tested cultivars until 63 days of treatment. Thereafter, a second experiment was carried out to determine the efficacy of different antibiotic treatments in suppressing LBA4404 Agrobacterium tumefaciens strain in genetic transformation. On tissue culture conditions, carbenicillin at 500 and 1000 mg L-1 was not active against Agrobacterium. On the other hand, treatments with cefotaxime at 350 and 500 mg L-1, and cefotaxime + vancomycin efficiently suppressed Agrobacterium during 49 days. Data of both experiments suggested cefotaxime + vancomycin for 49-63 days as the most appropriate treatment. This is the first work reporting the effect of antibiotics on soybean tissues. By identifying an antibiotic combination that suppressed A. tumefaciens with minimal phytotoxic effects, we are able to recommend it for improvement of soybean Agrobacterium-mediated transformation procedure.

Os insetos constituem uma das principais causas de danos à produção agrícola no mundo. O controle de insetos tem sido realizado por meio de agroquímicos e, em muito menor escala, pelo emprego de inseticidas biológicos. As plantas transgênicas resistentes a insetos representam uma nova alternativa no combate aos insetos-praga das lavouras. A bactéria entomopatogênica Bacillus thuringiensis Berlinier (Bt) é a fonte dos genes de resistência nas chamadas plantas-Bt, produzidas comercialmente. No presente trabalho de revisão, são abordados os aspectos relacionados à bactéria Bt como fonte de genes de resistência a insetos-pragas, plantas geneticamente modificadas, vantagens do uso de plantas-Bt, bem como perspectivas dessa ferramenta biotecnológica.

Insect pests are a major worldwide cause of damage to agriculture. The control of insect pests was primarily relied on agrochemical and, in a much smaller scale, on biological insecticides. Insect-resistant transgenic plants represent a new alternative to the protection of crops against insect pests. The entomopathogenic bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) is the source of resistance genes for the commercial production of the so called Bt-plants. In this review, the main features of Bt as source of resistance genes will be described as well as the main aspects of insect-resistant transgenic plants and advantages of using Bt-plants.

Calo embriogênico tem sido o tecido-alvo mais utilizado para transformação genética de cereais. O objetivo deste trabalho foi investigar o estabelecimento de calos embriogênicos e a regeneração de plantas in vitro a partir de embriões maduros de genótipos de aveia (Avena sativa L.). Embriões maduros foram retirados das sementes e colocados em meio MS (Murashige & Skoog), contendo 30,0 g L-1 de sacarose e 2,0 mg L-1 de ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D). Após o período de indução de calos, agregados embriogênicos foram isolados e subcultivados a cada 21 dias para meio fresco. Os calos embriogênicos foram então transferidos para meio de indução de parte aérea, e, na seqüência, as partes aéreas foram transferidas para meio de indução de raízes. Houve diferenças entre genótipos quanto à capacidade de embriogênese somática e regeneração de plantas in vitro a partir de embrião maduro. Este explante permitiu a indução de calos embriogênicos, que se multiplicaram, e que regeneraram in vitro um grande número de plantas de genótipos como UFRGS 7 e UFRGS 19, o que o faz passível de ser utilizado na transformação genética da aveia.

Embryogenic callus has been the most used target tissue for cereal genetic transformation. Therefore, the objective of this study was to investigate the establishment of embryogenic calli and the in vitro plant regeneration from mature embryos of oat genotypes (Avena sativa L.). Mature embryos were taken out of the seeds and placed on a culture medium MS (Murashige & Skoog), containing 30,0 mg L-1 of sucrose and 2,0 mg L-1 of 2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D). From the induction period, embryogenic aggregates were isolated and subcultivated each 21 days into a fresh medium. After this period, embryogenic calli were transferred to a medium for shoot regeneration. Subsequently, the shoot was transferred to a medium for root induction. There was variability among genotypes for somatic embryogenesis and in vitro plant regeneration from mature embryos. This explant allowed the induction of calli with ability to multiply and regenerate high number of plants from genotypes as UFRGS 7 and UFRGS 19, what makes it capable for oat genetic transformation.

Com o objetivo de estabelecer um sistema alternativo de regeneração de plantas para cultivares de soja [Glycine max (L.) Merrill] utilizadas em programas de melhoramento no Brasil, dez genótipos foram testados quanto ao seu potencial embriogênico. Os cotilédones utilizados como explantes foram excisados de sementes imaturas de plantas provindas do campo. Após 45 dias em meio de indução, o número de cotilédones embriogênicos e o número de embriões somáticos por cotilédone imaturo foram avaliados. A porcentagem de explantes que produziram embriões somáticos variou de 1 a 70% entre cultivares. O número médio de embriões somáticos produzidos por par de cotilédones variou de 0,01 a 10,3, com uma média de 3,4. Culturas em suspensão foram iniciadas a partir de três cultivares suscetíveis a Agrobacterium tumefaciens. Suspensões foram estabelecidas com sucesso para os cultivares Bragg e IAS5. Em um mês, o volume celular aumentou 8,1 vezes para Bragg e 3,5 vezes para IAS5 e o peso fresco aumentou 6,6 e 2,8 vezes, respectivamente. Todo o tecido de cada cultivar foi transferido para meio de maturação e, subseqüentemente, para meio de regeneração. A freqüência de germinação foi de 45,7 e 54,9% para Bragg e IAS5, respectivamente. Durante uma semana, as plantas foram expostas gradualmente à umidade do ambiente, sendo então plantadas em solo em casa de vegetação. Todas as plantas produziram sementes.

In an attempt to establish an alternative plant regeneration system for soybean [Glycine max (L.) Merrill] cultivars used in Brazilian breeding programs, ten genotypes were tested for their embryogenic potential. Cotyledons were removed as explants from immature seeds harvested from field-grown plants. After 45 days on induction medium, the number of responding cotyledons and the number of somatic embryos per immature cotyledon were evaluated. The percentage of explants that produced somatic embryos varied from 1 to 70% among cultivars. The average number of somatic embryos produced per cotyledon pair ranged from 0.01 to 10.3 with a mean of 3.4. Suspension cultures were initiated with three Agrobacterium tumefaciens susceptible cultivars. Suspensions were successfully developed from Bragg and IAS5 cultivars. The packed cell volume, in one-month growth, increased 8.1 fold for Bragg and 3.5 fold for IAS5 and the fresh weight increased 6.6 and 2.8 fold, respectively. The cultivars differed for the analysed parameters. All tissue from each cultivar was transferred to the maturation medium and subsequently to the germination medium. The germination frequency was 45.7 and 54.9% for Bragg and IAS5, respectively. Plants were gradually exposed to ambient humidity over one week and then planted in soil. All plants yielded seeds in the greenhouse.

A regeneração de plantas in vitro é uma limitação encontrada na maioria dos cereais. Uma forma de minimizar essa dificuldade tem sido a busca de fontes alternativas de tecidos com habilidade para esse fim. O objetivo deste trabalho foi investigar o potencial e o período necessário para regeneração de plantas in vitro de genótipos brasileiros de aveia (Avena sativa L.) a partir de segmentos da base da folha. Segmentos de 1-2mm retirados do coleóptilo de genótipos de aveia foram cultivados por 21 dias em meio MS (MURASHIGE & SKOOG, 1962) suplementado com 2,0mg L-1 de 2,4-D (ácido 2,4-diclorofenoxiacético) e, posteriormente, transferidos para meio de regeneração de plantas. Não foi encontrada variabilidade entre os genótipos quanto à capacidade de induzir calos embriogênicos e regenerar plantas a partir de segmentos da base da folha, tendo sido possível regenerar genótipos de aveia antes considerados sem habilidade para o cultivo in vitro. O uso desse explante possibilitou reduzir o tempo de regeneração de plantas de aveia para cinco meses e a não correlação entre a percentagem de embriogênese somática e regeneração de plantas indica que a embriogênese não é o único caminho de regeneração a partir desse explante.

The ability for in vitro plant regeneration is limited in most of the cereal crops. One way to minimize this problem has been to search for alternative sources of tissues with the ability for in vitro cultivation. This report aims at the investigation of the potential and the amount of time necessary for in vitro plant regeneration of Brazilian oat (Avena sativa L.) genotypes from leaf base segments. One to two millimeter coleoptile segments of oat genotypes were cultivated for 21 days on MS medium (MURASHIGE & SKOOG, 1962) plus 2,0mg L-1 de 2,4-D (2,4-dichlorophenoxyacetic acid), and transferred to plant regeneration media. Variability among genotypes for somatic embryogenesis and plant regeneration from leaf base segments was not found, but it was possible to regenerate oat genotypes previously considered recalcitrants for in vitro regeneration. Besides that, it was possible to reduce to 5 months the plant regeneration period with this explant. The non-significant correlation between the percentage of somatic embryogenesis and plant regeneration indicates that the embryogenesis is not the only way for plant regeneration from this explant.

A bactéria Bacillus thuringiensis (Bt) é caracterizada pela sua habilidade de produção de corpos paraesporais durante a esporulação. As proteínas cry1 têm atividade inseticida e são altamente específicas para certos insetos e não são tóxicas para outros insetos, plantas e vertebrados. Neste trabalho, a patogenicidade de doze isolados foram testados contra Anticarsia gemmatalis, um dos mais importantes insetos pragas da cultura da soja. Para tanto, foi aplicada sobre a superfície da dieta uma suspensão de esporo-cristal e a mortalidade de lagartas de Anticarsia gemmatalis foi avaliada sete dias após a aplicação. Quando comparado com uma linhagem de Bt controle, conhecido pela sua alta toxicidade para lagartas da soja, quatro novos isolados exibiram atividade tóxica superior, acima de 90% de mortalidade. Foi utilizada a técnica de PCR para amplificar fragmentos de DNA de regiões codificantes de genes cry1. Os isolados de Bt com alta mortalidade produziram produtos de PCR de tamanho esperado, em torno de 280 pb, isolados não tóxicos ou pouco tóxico não produziram qualquer produto de PCR ou mostraram fragmentos amplificados com padrões diferentes do esperado. Os isolados de Bt com alta atividade contra a lagarta da soja mostraram a presença de proteínas com tamanho de aproximadamente 150 kDa, quando o extrato protéico total foi analisado em SDS-PAGE.

The bacterium Bacillus thuringiensis (Bt) is characterized by its ability to produce proteic crystalline inclusions during sporulation. Cry1 protein has insecticidal activity and is highly specific to certain insects and not toxic to unrelated insects, plants or vertebrates. In this work, the patogenicity of twelve Bt isolates was tested against Anticarsia gemmatalis, one of the most important insect pests of soybeans. Spore-crystal complex was applied to the surface of artificial diets and the mortality of A. gemmatalis larvae was assessed seven days after each treatment. When compared to a control Bt isolate known by its high toxicity to A. gemmatalis larvae, four novel Bt isolates exhibited even higher toxic activities against the insect, resulting in more than 90% mortality. PCR was used to amplify DNA fragments related to known cry1 genes. Bt strains with high toxicity produced expected PCR products of around 280 bp, whereas non-toxic or low toxic strains did not produce any PCR product or showed amplified fragments of different sizes. Toxic Bt isolates also exhibited an expected protein profile when total protein extracts were evaluated by SDS-PAGE.