Abstract A key procedure for ensuring statistical confidence in differential gene expression analyses is to use biological replicates to compare distinct groups. Biological replicates allow the estimation of the residual variation in the gene expression levels among samples of a given experimental condition. In sugarcane, it is possible to obtain an estimate of residual variability at two levels: among samples of distinct genotypes of the same experimental treatment, or clonal replicates of the same genotype. The sequencing costs are often a limitation to leveraging both these levels in the same study, stressing the relevance of efforts to determine an appropriate experimental design. We aim to investigate this question by comparing the transcriptional profiles of young sugarcane culms with different sucrose levels using both sampling strategies. Our results show that clonal replicates provided enough statistical power to identify nearly three times more deferentially expressed genes than the more diverse strategy. However, it resulted in potentially less meaningful biological results, because many of the significant genes were likely related to the particular genotype of choice, rather than representing a common expression profile for the compared groups. This study supports the development of sound experimental designs in new studies regarding differential expression for sugarcane. groups condition treatment design strategies strategy However choice

RESUMO A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é uma cultura importante para países tropicais e subtropicais, utilizada principalmente para produção de açúcar e biocombustível. A ferrugem alranjada, doença causada pelo fungo Puccinia kuehnii, pode reduzir a produtividade e prejudicar toda a cadeia industrial. Marcadores moleculares associados com genes de resistência podem auxiliar programas de melhoramento a confirmar introgressão de alelos favoráveis, encontrar novas fontes de resistência e liberar novas cultivares com resistência durável. No presente estudo os objetivos foram: (i) avaliar em campo a resistência a ferrugem alaranjada de 24 cultivares comerciais brasileiras; (ii) acessar a frequência do alelo do marcador G1 no conjunto de cultivares; e (iii) avaliar a utilidade do marcador G1 na predição de fenótipo resistente e seu pontencial na seleção assistida por marcadores. Uma escala diagramática, a qual varia de 1 (plantas sem sintomas) até 9 (plantas altamente suscetíveis), foi utilizada para determinar a severidade da doença. Quando consideramos como cultivares resistentes àquelas que tiveram média de severidade até 3, a eficiência do marcador G1 na predição do fenótipo resistente foi de 71.43%. Em adição, houve uma redução de 35% na média geral de severidade quando o marcador G1 foi presente. O marcador G1 é uma importante ferrramenta molecular que pode ser usada por programas de melhoramento na busca por cultivares de cana-de-açúcar resistentes a ferrugem alaranjada.

ABSTRACT Sugarcane (Saccharum spp.), an important crop for tropical and subtropical countries, is used in the production of sugar and biofuel. Orange rust, a disease caused by the fungus Puccinia kuehnii, can reduce the yield and harm the sugarcane industry. Molecular markers linked to resistance genes can help breeding programs confirm introgression of favorable alleles, find new resistance sources and release new cultivars that have durable resistance. In the current study, the aims were (i) to evaluate in the field the resistance to orange rust of 24 Brazilian commercial cultivars; (ii) to assess the frequency of the allele at G1 marker locus in the set of cultivars, and (iii) to study the usefulness of G1 marker to predict the resistant phenotype and its potential for marker assisted selection. A diagrammatic scale, which ranged from 1 (plants without symptoms) to 9 (highly susceptible plants), was used to determine the disease severity. Considering resistant cultivars those with mean severity up to 3, G1 marker efficiency in predicting the resistant phenotype was 71.43%. In addition, there was a reduction of 35% in the overall mean severity when G1 marker was present. G1 marker is an important molecular tool that can be used by breeding programs in the search for sugarcane cultivars resistant to orange rust.

Abstract RB985476 has a high tillering capacity, excellent canopy cover, high longevity, high agro-industrial yield, medium to low fiber content and high germination capacity after mechanical harvesting. RB985476 is resistant to smut, brown and orange rusts and recommended for harvest in the middle growing season in the south-central region of Brazil.

Abstract RB005014 was developed for the Brazilian central-south region, for harvesting between July and September and planting on soils that have moderate or higher fertility levels. It has high tillering, high sucrose yield, excellent ratooning ability after mechanical harvesting, resistance to the main diseases and carries the Bru1 gene of brown rust resistance.

RESUMO A ferrugem marrom causada pelo fungo Puccinia melanocephala é uma importante doença em cana-de-açúcar (Saccharum spp.) e está presente em praticamente todas as áreas de cultivo. Um gene de efeito maior, Bru1, foi descrito como fonte de resistência durável da cana-de-açúcar contra isolados de P. melanocephala. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de dois marcadores moleculares fortemente associados ao gene Bru1, R12H16 e 9O20-F4-RsaI, para predição da resistência genética à ferrugem marrom em variedades de cana-de-açúcar. Para tanto, foram utilizadas neste estudo 14 variedades RB, desenvolvidas pela RIDESA (Rede Interuniversitária para o Desenvolvimento do Setor Sucroenergético), as quais estão entre as 10 mais cultivadas na região Centro-Sul do Brasil no período de 1974 a 2015. Para avaliação da doença a campo foi conduzido um experimento em blocos casualizados com quatro repetições. A severidade da ferrugem marrom foi quantificada de acordo com escala diagramática que varia de 1 (mais resistente) a 9 (mais suscetível) e os dados obtidos foram analisados através de modelo misto linear generalizado (GLMM). Concomitantemente, foi extraído o DNA total das 14 variedades e, em seguida, foi realizada amplificação dos marcadores moleculares, que foram classificados em haplótipos. Do total de variedades, 12 não mostraram sintomas da doença e, através da análise via GLMM, apresentaram probabilidade de 99,35% de serem resistentes; destas, 91,66% foram haplótipo 1, ou seja, tiveram a presença de ambos os marcadores associados ao gene Bru1. Portanto, pode-se concluir que os marcadores moleculares R12H16 e 9O20-F4-RsaI foram altamente eficientes em predizer fenótipos resistentes e que provavelmente o gene Bru1 seja a principal fonte de resistência de cana-de-açúcar à ferrugem marrom nos campos comerciais do Brasil.

ABSTRACT Brown rust caused by the fungus Puccinia melanocephala is an important disease affecting sugarcane (Saccharum spp.) and is present in almost all growing areas. A major effect gene, Bru1, was described as a durable resistance source in sugarcane against isolates of P. melanocephala. The aim of this study was to evaluate the efficiency of two molecular markers strongly associated with Bru1 gene, R12H16 and 9O20-F4-RsaI, for prediction of genetic resistance to brown rust in sugarcane varieties. Thus, this study included 14 RB varieties, developed by RIDESA (Interuniversity Network for the Development of the Sugarcane Industry), which were among the 10 most cultivated varieties in the central-south region of Brazil in the period of 1974-2015. To evaluate the disease in the field an experiment was conducted in randomized blocks with four replicates. The severity of brown rust was quantified according to a diagrammatic scale ranging from 1 (most resistant) to 9 (most susceptible), and the obtained data were analyzed by using a generalized linear mixed model (GLMM). Concomitantly, total DNA was extracted from the 14 varieties, followed by amplification of the molecular markers, which were classified into haplotypes. Out of the total varieties, 12 had no symptoms of the disease and showed 99.35% probability of being resistant according to analysis via GLMM; among them, 91.66% were haplotype 1, i.e., had the presence of both markers associated with Bru1 gene. Therefore, we can conclude that the molecular markers R12H16 and 9O20-F4-RsaI were highly efficient in predicting resistant phenotypes and that Bru1 gene is probably the main source of sugarcane resistance to brown rust in commercial fields in Brazil.

Abstract The sugarcane varieties RB975201 and RB975242 were developed and released for harvest at the end of the season (late maturation) in the Central-South region of Brazil. In specific environments, these varieties were compared with commercial standards in sugar yield per area. They are resistant to major sugarcane diseases and present the Bru1 gene of resistance to brown rust.

RB975952 is an early maturing sugarcane cultivar released for the South-Central region of Brazil. It should be harvested between April and May, and it is recommended for planting in environments with medium to high production potential. RB975952 has high resistance levels to the main diseases of the crop, it also has a good shoot development after mechanical harvesting, and high sucrose yields.

Foi desenvolvido um método eficiente, rápido e de baixo custo para extração de DNA de Puccinia kuehnii, patógeno causador da ferrugem alaranjada em cana-de-açúcar, importante doença de recente emergência no ocidente. O protocolo de extração foi testado em esporos recém-coletados e em esporos armazenados a -80ºC por 7 meses. Com uma quantidade inicial de 15 mg de esporos foi obtido concentrações médias de DNA variando de 880,8 mg/mL a 1115,9 mg/mL. A amplificação do DNA extraído foi positiva para as amostras avaliadas.

An efficient, rapid and low-cost DNA extraction method was developed for Puccinia kuehnii, the causal pathogen of orange rust in sugarcane, an emerging disease in the western hemisphere. The extraction protocol was tested for recently collected spores, as well as for spores stored at -80ºC for 7 months. An initial amount of 15 mg of spores led to average DNA concentrations ranging from 880.8 mg/mL to 1115.9 mg/mL. Amplification of the extracted DNA was positive for the evaluated samples.

O objetivo deste trabalho foi identificar clones de cana-de-açúcar produtivos, com boa estabilidade e adaptabilidade no estado de São Paulo e, também, identificar locais mais representativos para seleção e experimentação. Foram avaliados dez clones e duas testemunhas comerciais de maturação média-tardia em primeira soca de experimentos colhidos em agosto de 2009, utilizando o método de regressão bissegmentada e análise AMMI (Additive Main Effects and Multiplicative Interaction Analysis). Os resultados dos dois métodos foram comparados e evidenciaram que os clones RB975201, RB975157, RB975932, RB975242 e RB975162 foram os mais promissores devido à produtividade superior à das testemunhas, a alta estabilidade verificada em um ou nos dois métodos e a adaptabilidade ampla ou específica. O ambiente Tarumã apresentou maior estabilidade e capacidade de discriminação entre os genótipos, o que permite um ordenamento mais confiável em relação à média geral dos ambientes testados.

The objective of this study was to identify clones of sugarcane with good stability and adaptability in the State of São Paulo, Brazil, and also identifying locations most representative for selection and experimentation. Ten clones and two commercial checks of medium-late maturation were evaluated in the first-ratoon of experiments harvested in August 2009, using bissegmented regression and AMMI (Additive Main Effects and Multiplicative Interaction Analysis) methods. The results of two methods were compared and they evidenced that the clones RB975201, RB975157, RB975932, RB975242 and RB975162 are the most promising, showing higher production when compared to the checks, higher stability observed in one or both statistical methods and broader or more specific adaptability. The environment Tarumã presented higher stability and capacity to discriminate genotypes, allowing an ordering more reliable as compared to the overall mean of the environments tested.

As variedades RB965902 e RB965917 foram desenvolvidas e liberadas para colheita no início até o meio da safra (maturação precoce/média) na região Centro-Sul do Brasil. Em ambientes específicos, essas variedades superam o padrão comercial RB855453 em produção de pol por área. Apresentam resistência às principais doenças da cana-de-açúcar.

The varieties RB965902 and RB965917 were developed for harvesting at the beginning to the middle of the sucrose extraction period (early/medium maturity) and released for the South-Central region of Brazil. In specific environments, the tons of Pol per area (sucrose yield) of these varieties is higher than of the commercial standard RB855453 and they are resistant to the main diseases of the crop.

O objetivo do trabalho foi determinar o controle genético da resistência do feijoeiro comum ao patótipo FOP 46 de Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli e estimar parâmetros genéticos da resistência a doença. Em casa de vegetação, as avaliações da resistência foram conduzidas em famílias F2:3 dos cruzamentos Milionário 1732 x Macanudo e FT-Tarumã x Macanudo. Os sintomas da doença foram avaliadas nas plantas aos doze dias após a inoculação, atribuindo-se notas que variavam de 1 (plantas sem sintomas) a 9 (plantas totalmente murchas e ou mortas). A análise das freqüências observadas de plantas resistentes e suscetíveis na população F2:3 resultantes da autofecundação das plantas F2 dos cruzamentos Milionário 1732 x Macanudo e FT Tarumã x Macanudo, sugeriu um gene efeito maior com ação gênica de dominância incompleta. O aparecimento na família F2:3 de genótipos transgressivos sugere a natureza oligogênica da resistência da murcha do fusário. As estimativas de herdabilidade e predição de ganho por seleção foram elevadas em ambos os cruzamentos.

The purpose of this study was to determine the genetic control of common bean resistance to pathotype FOP 46, Fusarium oxysporum f.sp. phaseoli and estimate the genetic parameters of disease resistance. In greenhouse, the resistance evaluations were conducted in F2:3 families from crosses Milionário 1732 x Macanudo and FT Tarumã x Macanudo. Disease severity was evaluated 12 days after inoculation using a scale ranging from 1(no symptoms of wilting) to 9 (plants totally wilted and/or dead). The observed frequency of susceptible and resistant F2:3 plants derived from selfing of F2 plants from the cross Milionario 1732 x Macanudo and FT Tarumã x Macanudo indicated one major gene effect with incomplete dominance. The appearance of transgressive genotypes in family F2:3 suggests the oligogenic nature of resistance to Fusarium wilt. High heritability and prediction of selection gain were estimated for both crosses.

Ao lado dos projetos de seqüenciamento e das análises do cariótipo pelas técnicas de hibridização in situ, o desenvolvimento de mapas genéticos fundamentados em marcadores de DNA tem propiciado consideráveis avanços à genômica de plantas. Esta revisão aborda as premissas básicas utilizadas para o mapeamento genético e suas principais aplicações, especialmente para o melhoramento vegetal. Fundamentos teóricos sobre segregação, recombinação e ligação são considerados e relacionados à construção de mapas genéticos com marcas moleculares. Apresentam-se informações sobre tipos de marcadores, populações de mapeamento, cálculo da freqüência de recombinação, distorções da segregação, estabelecimento dos grupos de ligação e da ordenação dos marcadores. Discute-se, também, o uso de mapas de ligação em programas de seleção assistida por marcadores, na clonagem de genes e em estudos sobre sintenia.

In addition to genome projects and karyotype analysis by in situ hybridization techniques, a major advance in plant genome analysis came from the development of genetic maps based on molecular markers (<a href="#figura1">Figure 1</a>). This review clarifies the basic premises used for genetic mapping and its main applications, especially in plant breeding. The theories of segregation, recombination and linkage are considered and related to the construction of genetic maps based on molecular markers. Information about marker types, population mapping, calculation of the recombination rate, segregation distortion, linkage groups and genetic order determination is presented. Exploitation of linkage mapping for marker assisted selection, gene cloning and synteny comparisons is discussed.