ABSTRACT Searching for novel sources of resistance to head blast is essential to strengthen wheat production in the Cerrado´s biome. The objective of this work was to evaluate disease intensity measures and yield for 2NS and non-2NS carriers wheat genotypes with varying heading times in Minas Gerais, Brazil. A total of fourteen wheat genotypes, two susceptible and twelve resistant to head blast, were sown in 2014, 2015, and 2017 at the Sertãozinho Experimental Station of Empresa de Pesquisa Agropecuária de Minas Gerais (Epamig) during three sowing dates without fungicide applications. The experimental design was a randomized complete block with three replicates. Blast incidence, severity, disease index and grain yield were influenced by the cycle of wheat genotypes and the sowing date, with the highest disease intensities and the lowest yields in the earliest sowing date. Blast incidence and disease index correlated negatively with grain yield and positively with percent yield losses. The group of wheat genotypes with higher grain yield (between 2,104.7 and 2,917.8 kg ha-1) and lower yield losses (between 44.3 and 54.8%) includes BR 18 as well as other five that do not carry the 2NS/2AS translocation: BRS Angico, PF 909, BRS 229, Embrapa 27, and CPAC 07340.

Abstract The objective of this work was to evaluate the effect of the presence of 2NVS translocation on the inheritance of wheat resistance to head blast, in F2 segregating lines from two biparental crosses. The IPF 86766 and 'Santa Fe' genotypes were used as female parents (both 2NVS carriers), and 'BRS 404', as the common male parent (non 2NVS carrier). Using a mixture of three isolates of Pyricularia oryzae Triticum, wheat spikes and rachises were evaluated for bleaching severity at five (%BS_5dpi) and seven days post-inoculation (%BS_7dpi), as well as for the number of infection points (IPR) and pathogen sporulation (SPO). Chi-square analyses showed that segregation follows a 3:1 Mendelian hypothesis, with a major locus with a dominant allele: %BS_7dpi for IPF 86766 × 'BRS 404' and IPR for 'Santa Fe' x 'BRS 404'. Therefore, this is the first known study to show that the 2NVS translocation responsible for resistance to head blast is a major locus with a dominant allele. In a controlled environment, 'BRS 404' shows bleaching severity and SPO similar with those occurring on IPF 86766 and 'Santa Fe'.

Resumo O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da presença da translocação 2NVS sobre a herança da resistência de trigo à brusone, em linhagens segregantes F2 de dois cruzamentos biparentais. Os genótipos IPF 86766 e 'Santa Fe' foram usados como genitores femininos (ambos portadores d a 2NVS), e 'BRS 404', como genitor masculino comum (não por tador da 2NVS ). A partir da mistura de três isolados de Pyricularia oryzae Triticum, espigas e ráquis de trigo foram avaliadas quanto à severidade de branqueamento aos cinco (%BS_5dpi) e aos 7 dias após inoculação (%BS_7dpi), bem como quanto ao número de pontos de infecção (IPR) e à esporulação do patógeno (SPO). Análises de qui-quadrado mostraram que a segregação segue a hipótese mendeliana 3:1, com um loco de efeito maior, com alelo dominante: %BS_7dpi para IPF 86766 × 'BRS 404' e IPR para 'Santa Fe' × 'BRS 404'. Portanto, este é o primeiro estudo conhecido a mostrar que a translocação 2NVS responsável pela resistência à brusone de trigo é um loco principal com um alelo dominante. Em condições controladas de ambiente, 'BRS 404' apresenta severidade de branqueamento e SPO similares às que ocorrem em IPF 86766 e 'Santa Fe'.

Resumo Esta revisão apresenta o contexto atual da produção de trigo no Brasil, as estratégias de manejo para reduzir perdas de rendimento de grãos devido à brusone e as abordagens biotecnológicas para melhorar a resistência do trigo. A brusone do trigo é causada pelo fungo Magnaporthe oryzae patótipo Triticum (MoT) que pode infectar toda a parte aérea da planta. O principal sintoma da doença é o branqueamento das espigas que prejudica a produção de grãos, com perdas que podem chegar a 100% em cultivares suscetíveis. O primeiro relato mundial de brusone em espigas de trigo foi feito no Brasil, em 1985, e a doença atualmente é a principal restrição ao cultivo de trigo nas áreas tropicais e subtropicais dos biomas Cerrado e Mata Atlântica. Por muito tempo, o uso de fungicidas foi considerado ineficaz sob condições de alta pressão de doença. No entanto, trabalhos recentes apontam que a eficácia dos fungicidas depende da integração de outras medidas de controle, principalmente da escolha de cultivares com resistência moderada. Neste artigo de revisão, apresentam-se a alta variabilidade de reação do trigo ao MoT, bem como um painel de cultivares resistentes ou moderadamente resistentes (incluindo não portadoras da translocação 2NS), prontamente disponíveis para cultivo em regiões onde a brusone é endêmica.

Abstract This review paper presents the current context of wheat production in Brazil, the management strategies to reduce yield losses due to blast, and the biotechnological approaches to improve wheat resistance. Wheat blast or brusone is caused by the Magnaporthe oryzae Triticum (MoT) pathotype fungus that can infect all the aboveground parts of the plant. The main symptom of the blast disease is spike bleaching that impairs grain production, causing yield losses up to 100% in susceptible wheat cultivars. The first world report of blast in wheat spikes was in Brazil, in 1985, and, currently, the disease is the main constraint to wheat cultivation in tropical and subtropical areas of the Cerrado and Mata Atlântica biomes. For a long time, the use of fungicides has been found to be ineffective under high-pressure disease conditions. However, recent works have pointed out that fungicide efficiency depends on the integration of other control measures, particularly the choice of cultivars with moderate resistance. In this review paper, the high variability of wheat reaction to MoT is presented, as well as a panel of resistant or moderately resistant cultivars (including non-2NS carriers), promptly available for cultivation in regions where blast is endemic.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi determinar as subunidades de gluteninas de alto peso molecular (HMW-GS) e a sua relação com os parâmetros de qualidade tecnológica em uma coleção de genótipos de trigo (Triticum aestivum). Foram avaliados 272 acessos em SDS-Page, e empregados marcadores moleculares para identificação do alelo 7oe e da translocação 1BL.1RS. Para 219 acessos com perfil de gluteninas homogêneo, foram identificados 53 perfis e 21 alelos. A combinação mais frequente foi 2*/7+9/5+10 (11,9%). A média de diversidade genética para os três locos Glu-1 avaliados foi de 0,67. Com base no perfil de HMW-GS e na presença da translocação 1BL.1RS, foi calculado o escore Glu-1 e analisada sua correlação com os parâmetros de qualidade tecnológica. Os efeitos principais dos locos Glu-1 e da translocação 1BL.1RS foram estimados. O escore Glu-1 mostrou correlação positiva significativa com volume de sedimentação, força de glúten, tenacidade da massa, extensibilidade da massa, índice de elasticidade, índice de dureza do grão e estabilidade, com valores entre 0,23 e 0,51. Os acessos com os alelos 1, 7oe+8 e 5+10 apresentaram os maiores valores para força de glúten e estabilidade. O escore dos alelos Glu-A1 deve ser ajustado para os genótipos e as condições de cultivo de trigo brasileiros.

Abstract: The objective of this work was to determine high-molecular-weight glutenin subunits (HMW-GS) and their relationship with technological quality parameters in a collection of wheat (Triticum aestivum) genotypes. Two hundred and seventy-two accessions were evaluated on SDS-Page, and molecular markers were used to identify the 7oe allele and 1BL.1RS translocation. For 219 accessions with a homogenous glutenin profile, 53 profiles and 21 alleles were identified. The most frequent combination was 2*/7+9/5+10 (11.9%). The mean value of genetic diversity for the three assessed Glu-1 loci was 0.67. Based on the HMW-GS profile and on the presence of the 1BL.1RS translocation, the Glu-1 score was calculated and its correlation with technological quality parameters was analyzed. The main effects of the Glu-1 loci and of the 1BL.1RS translocation were estimated. The Glu-1 score showed a significant positive correlation with sedimentation volume, gluten strength, dough tenacity, dough extensibility, elasticity index, grain hardness index, and farinograph stability, with values between 0.23 and 0.51. The accessions with the 1, 7oe+8, and 5+10 alleles showed the highest values for gluten strength and farinograph stability. The score of the Glu-A1 alleles should be adjusted to Brazilian wheat genotypes and cultivation conditions.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar a resposta androgênica, via cultura de micrósporos, de genótipos de trigo com diferentes graus de resistência à Gibberella zeae. Contou-se o número de embriões androgenéticos por espiga, e de plantas verdes e albinas para os genótipos BRS 179 (moderadamente resistente), Frontana e Sumai 3 (resistentes), e BRS 194, Embrapa 27 e Fielder (suscetíveis). A interferência dos genótipos doadores de ovários Fielder, Pavon 76 e Sumai 3, utilizados para cocultivo das células de micrósporos, também foi avaliada na resposta androgênica. A eficiência de indução variou de 0,33 embrião por espiga para Embrapa 27 a 109,8 embriões para Frontana. Sumai 3 apresentou a segunda melhor resposta, e Embrapa 27 se comportou como altamente recalcitrante. O cocultivo de ovários do genótipo Fielder se destaca dos demais e interfere positivamente na indução dos embriões. Não foram observadas diferenças significativas para a regeneração de plantas verdes; no entanto, para plantas albinas, BRS 194 produziu as taxas mais altas. Frontana e Sumai 3 apresentam as mais elevadas taxas de resposta androgênica e podem ser explorados em programas de melhoramento para o rápido desenvolvimento de cultivares resistentes à Gibberella zeae.

Abstract: The objective of this work was to assess the androgenic response, via microspore culture, of wheat genotypes with different levels of resistance to Gibberella zeae. The number of androgenic embryos per spike, and of green and albino plants was counted for the BRS 179 (moderately resistant), Frontana and Sumai 3 (resistant), and BRS 194, Embrapa 27, and Fielder (susceptible) genotypes. The degree of interference by the Fielder, Pavon 76, and Sumai 3 ovary-donor genotypes, used for co-culture with the microspore cells, was also assessed regarding androgenic response. Induction efficiency ranged from 0.33 embryo per spike for Embrapa 27 to 109.8 embryos for Frontana. Sumai 3 presented the second best response, and Embrapa 27 behaved as highly recalcitrant. The co-culture of ovaries from the Fielder genotype stands out from the others and positively interferes in the embryo induction rate. No significant differences were observed for the regeneration frequency of green plants; however, for albino plants, BRS 194 produced the highest rate. Frontana and Sumai 3 present the highest androgenic response rates and can be used in breeding programs for the rapid development of cultivars resistant to Gibberella zeae.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi utilizar a análise de gluteninas, como um método simples e confiável, para identificar sementes F1 de trigo (Triticum aestivum) autofecundadas, para o desenvolvimento de populações de mapeamento via duplo-haploides (DH). Sementes F1 foram submetidas a análises de glutenina com eletroforese em gel, para verificação dos perfis heterozigóticos. As análises foram realizadas com a metade do endosperma de cada uma das 87 sementes F1. A outra metade do endosperma foi usada para desenvolver a população de mapeamento via DH. Plantas com padrões de banda diferentes dos esperados foram descartadas. Embora a incidência de sementes autofecundadas tenha sido relativamente baixa (apenas 8%), o rastreamento dos perfis heterozigóticos é extremamente importante, particularmente no desenvolvimento de populações de mapeamento confáveis.

Abstract: The objective of this work was to apply glutenin analysis, as a simple and reliable method, to identify self-pollinated wheat (Triticum aestivum) seeds in F1 crosses, when developing mapping populations using doubled-haploid (DH) technology. F1 seeds were subjected to glutenin analyses using gel electrophoresis, to verify and confirm their heterozygotic profiles. Glutenin analyses were carried out using one half of the endosperm of each of the 87 F1 seeds. The other half of the endosperm was used to develop the mapping population through DHs. Plants with band patterns different from the expected ones were discarded. Although the incidence of self-pollinated seeds was relatively low (only 8%), the screening of F1 heterozygotic profiles is extremely important, particularly when creating reliable mapping populations.

Abstract Drought limits wheat production in the Brazilian Cerrado biome. In order to search for candidate genes associated to the response to water deficit, we analyzed the gene expression profiles, under severe drought stress, in roots and leaves of the cultivar MGS1 Aliança, a well-adapted cultivar to the Cerrado. A set of 4,422 candidate genes was found in roots and leaves. The number of down-regulated transcripts in roots was higher than the up-regulated transcripts, while the opposite occurred in leaves. The number of common transcripts between the two tissues was 1,249, while 2,124 were specific to roots and 1,049 specific to leaves. Quantitative RT-PCR analysis revealed a 0.78 correlation with the expression data. The candidate genes were distributed across all chromosomes and component genomes, but a greater number was mapped on the B genome, particularly on chromosomes 3B, 5B and 2B. When considering both tissues, 116 different pathways were induced. One common pathway, among the top three activated pathways in both tissues, was starch and sucrose metabolism. These results pave the way for future marker development and selection of important genes and are useful for understanding the metabolic pathways involved in wheat drought response.

Abstract Barley is a major cereal grown widely and used in several food products, beverage production and animal fodder. Genetic diversity is a key component in breeding programs. We have analyzed the genetic diversity of barley accessions using microsatellite markers. The accessions were composed of wild and domesticated barley representing genotypes from six countries and three breeding programs in Brazil. A total of 280 alleles were detected, 36 unique to Brazilian barley. The marker Bmag120 showed the greatest polymorphism information content (PIC), with the highest mean value found on chromosome three, and the lowest on chromosomes four and six. The wild accessions presented the highest diversity followed by the foreign genotypes. Genetic analysis was performed using Principal Coordinates Analysis, UPGMA clustering, and Bayesian clustering analysis implemented in Structure. All results obtained by the different methods were similar. Loss of genetic diversity has occurred in Brazilian genotypes. The number of alleles detected in genotypes released in 1980s was higher, whereas most of the cultivars released thereafter showed lower PIC and clustered in separate subgroups from the older cultivars. The use of a more diverse panel of genotypes should be considered in order to exploit novel alleles in Brazilian barley breeding programs.

O uso de ferramentas moleculares e avaliações da virulência de Pyricularia grisea, agente causal da brusone do arroz e do trigo, têm permitido identificar variantes do patógeno, especialmente aqueles que ocorrem na cultura do arroz. Nesse sentido, os marcadores microssatélites já demonstraram que são eficientes para classificar isolados de P. grisea em grupos geneticamente relacionados. Os objetivos deste trabalho foram caracterizar a diversidade genética de 18 isolados de P. grisea do trigo com o auxílio de oito primers de microssatélites e relacionar os dados da análise molecular com os dados do espectro de virulência desses isolados, inoculados em plantas jovens de 70 genótipos de trigo. Dos 8 loci analisados, o primer mais informativo foi PG 5, que apresentou 4 alelos. Além disso, os primers MG 21 e PG 12 permitiram separar os isolados Py 5020 e Py 5038 em um grupo bastante distinto, com menos de 50% de similaridade em relação aos demais isolados. A maioria dos isolados (16) apresentou mais de 75% de similaridade entre si. Na análise de virulência, 15 dos 18 isolados testados apresentaram mais de 85% de similaridade entre si. Com exceção do isolado Py 5002, o agrupamento dos isolados de acordo com o grau de similaridade que os mesmos apresentaram entre si foi muito semelhante nos dois critérios utilizados nesta pesquisa. O fato de não ter sido encontrado um genótipo que fosse resistente a todos os isolados confirma a necessidade de se buscar novas fontes ou melhores combinações genética de genótipos de trigo mais resistentes à doença.

The use of molecular tools and virulence evaluations of Pyricularia grisea, the causal agent of rice and wheat blast, has permitted identification of strains of the pathogen, especially those occurring in the rice crop. Microsatellites have already demonstrated efficiency to classify P. grisea isolates by genetic similarity groups. The objectives of this work were to characterize the genetic diversity of 18 isolates of P. griseacollected from wheat by applying 8 microsatellite primers; and to compare the molecular and virulence results of isolates, when inoculated in seedlings of 70 wheat genotypes. The most informative primer was PG 5 with 4 alleles. The primers MG 21 and PG 12 permitted separation of Py 5020 and Py 5038 in distinct groups, with less than 50% similarity in relation to others. The genetic similarity of isolates presented more than 75% similarity among them. In the virulence analysis, 15 out of 18 tested isolates showed more than 85% of similarity. The molecular pattern and virulence were similar for the isolates, except for Py 5002 isolate. The absence of resistance to all isolates confirms the need to seek new sources or better genetic combinations of wheat that are more resistant to disease.

O gene Opaco-2 (O2), expresso especificamente no grão de milho, transcreve para um fator de transcrição da família "leucine-zipper". Mutantes o2 apresentam grãos opacos, redução na quantidade de zeínas e aumento na proporção de lisina e triptofano. Genes cuja expressão é controlada diretamente pelo O2 são conhecidos (alfa-zeínas de 22 kDa, beta-zeínas de 14 kDa, b-32 e cyPpdk1). Nesta revisão, nós apresentamos resultados da caracterização genética de genes relacionados com o O2, através de abordagens de transcritoma, proteoma e de atividades enzimáticas da via metabólica do aspartato e da degradação da lisina. O polimorfismo do locus O2 foi avaliado utilisando-se a técnica de RFLP em 51 linhagens de milho. A maioria dos polimorfismos foi observada nas regiões não codificadoras da proteína. Análises de correlação foram realizadas entre os polimorfismos de RFLP e (i) quantidade de RNAm do O2, cyPpdk, Lor/Sdh e Ahas (ii) quantidade de isoformas de zeínas e (iii) atividade da enzima SDH. Sítios polimórficos foram correlacionados com a quantidade de RNAm do próprio O2, do gene Lor/Sdh e com a quantidade de duas isoformas de a-zeinas de 19 kDa. Nossos resultados indicam a presença de relações entre o polimorfismo do locus O2 e o nível de expressão de genes sob o seu controle. A utilização de um maior número de linhagens e o uso de dados de seqüência do O2 permitirá uma análise precisa da conseqüência do polimorfismo deste fator de transcrição sobre o controle do seu próprio nível de expressão e dos genes por ele controlados.

The Opaque-2 (O2) gene encodes a transcriptional activator specifically expressed for grain development of maize. o2 mutants have an opaque and chalky kernel, with a decrease in zein storage protein content, and an increase in the proportions of lysine and tryptophan. In this review, we present recent results investigating genetic properties of the O2 network, using transcriptome and proteome approaches, associated with measurements of activities of enzymes of the aspartate pathway and lysine degradation. The structural polymorphism at the O2 locus was investigated by RFLP in a collection of 51 maize inbred lines. Most polymorphic sites were found outside the coding regions. We then searched for relationships between RFLP polymorphism and (i) mRNA abundance of O2 and of known or suspected target genes, (ii) activity of SDH and (iii) amount of zein isoforms. Polymorphic restriction sites in the 5' upstream regions of the O2 gene were found associated with O2 mRNA abundance (three sites) and the amount of two 19 kDa alpha-zein isoforms (two sites). One restriction site on the 3' side of the O2 gene was found associated with Lor/Sdh mRNA abundance. Our results indicate relationships between polymorphism at the O2 locus and the expression of some of its target genes. Evidence of these associations has to be confirmed on larger samples, and the analysis of the O2 gene sequence should allow more precise testing of the actual involvement of O2 polymorphism in its own transcriptional expression, and in the expression of its target genes.