Genes diferentes podem conferir resistência ao Cowpea severe mosaic virus em caupi

Different genes can confer resistance to Cowpea severe mosaic virus in cowpea

ARTIGOS ARTICLES

Genes diferentes podem conferir resistência ao Cowpea severe mosaic virus em caupi

Different genes can confer resistance to Cowpea severe mosaic virus in cowpea

Iraildes P. Assunção^I; Liliane R. M.-Filho^II; Luciane V. Resende^II; Márcia C. S. Barros^I; Gaus S. A. Lima^I; Rildo Sartori B. Coelho^II; J. Albérsio A. Lima^{III, *}

^IUniversidade Federal de Alagoas, Departamento de Fitotecnia e Fitossanidade, Campus Delza Gitaí, BR 104 Norte, Km 85, Rio Largo, Alagoas, CEP 57100-000, e-mail: [e-mail]

^IIUniversidade Federal Rural de Pernambuco, Área de Fitossanidade, Av. D. Manuel de Medeiros, S/N, Recife, PE, CEP 52191-900

^IIIUniversidade Federal do Ceará, Departamento de Fitotecnia, Laboratório de Virologia Vegetal, CEP 60451-070, e-mail: [e-mail]

RESUMO

O caupi (Vigna unguiculata) é uma importante leguminosa cultivada principlamente por pequenos agricultores da região Nordeste. Doenças ocasionadas por vírus podem constituir o principal fator limitante da produção do caupi, destacando-se, nesse aspecto, o mosaico severo, causado pelo Cowpea severe mosaic virus (CpSMV), família Comoviridae, gênero Comovirus. A resistência tem sido considerada como a melhor alternativa no controle dessa virose e diversas fontes promissoras têm sido relatadas, como as cultivares Macaibo e CNC 0434, e a linhagem L254.008. As investigações sobre a base genética da resistência ao CpSMV nesses materiais têm conduzido a resultados semelhantes, sendo a resistência herdada como uma característica monogênica recessiva. No entanto, até então, nenhum trabalho havia investigado o alelismo dos genes de resistência dessas fontes. No presente trabalho foram realizados estudos visando esclarecer essa questão nas três fontes de resistência; 'Macaibo', 'CNC0434' e L254.008. Plantas dos referidos genótipos foram cruzadas de maneira direta e recíproca originando seis populações F₁ e F₂. Inoculações controladas dessas populações com o isolado CpSMV-Re1 permitiram concluir que o gene de resistência de 'Macaibo' é o mesmo de 'CNC-0434', distinto daquele encontrado na linhagem L254.008.

Palavras-chave adicionais:Comovirus, herança da resistência, teste de alelismo, genótipos de caupi.

ABSTRACT

Cowpea (Vigna unguiculata) is an important vegetable crop in Northeast Brazil and has been traditionally cultivated by small farmers. Virus diseases are considered to be the main factor in yield limiting cowpea yield in the region. The severe mosaic disease caused by Cowpea severe mosaic virus (CpSMV), family Comoviridae, genus Comovirus, seems to be one of the most prevalent diseases responsible for high losses. Resistant cultivars may be considered the best alternative for disease control, and several promising sources of resistance such as Macaibo, CNC 0434 cultivars, and the line L 254.008 have been reported. More recent investigations into the genetic basis of these resistant plant genotypes have pointed to similar results, and the inheritance of this resistance has been recognized as monogenic recessive. On the other hand, any research aimed to investigate if the resistance genes are alleles or not. In the present investigation a test was conducted to elucidate this question. Plants of the genotypes Macaibo, CNC 0434 and L 254.008 were bred in reciprocal and direct ways producing six populations. Evaluation of those cowpea genotypes using one isolate of CpSMV indicated that the resistance gene of Macaibo is the same as that for CNC 0434 and distinct from the gene L 254.008 found in that line.

Additional keywords:Comovirus, disease inheritance, allele tests, cowpea genotypes.

INTRODUÇÃO

O feijão caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.], também conhecido como feijão-de-corda, feijão vigna ou feijão macassar, desempenha importante papel econômico-social na região Nordeste, onde constitui o feijão mais consumido (May et al., 1988). A cultura gera 2,4 milhões de empregos diretos e abastece a mesa de 27,5 milhões de nordestinos (Benevenutti, 1996). O cultivo do caupi é geralmente praticado por pequenos produtores, que normalmente consomem toda sua produção. Nestas situações o caupi constitui a principal fonte protéica na dieta desses agricultores. Em função do baixo custo de produção, além de outras razões, o caupi é apontado pela FAO como uma das melhores alternativas para o aumento da oferta de proteínas (Simon, 2002).

A produtividade média registrada para a cultura do caupi no Nordeste é de 356 Kg/ha. No entanto, em campos experimentais são observadas produtividades cerca de quatro vezes superiores às médias obtidas pelos produtores (Benevenutti, 1996). A baixa produtividade reflete a forma de cultivo, feita predominantemente por pequenos agricultores numa exploração de subsistência, sem a adoção de tecnologias adequadas, como o controle de pragas e doenças.

O mosaico severo do caupi, causado pelo vírus do mosaico severo do caupi (Cowpea severe mosaic virus, CpSMV), família Comoviridae, gênero Comovirus (Chen & Bruening, 1992), é considerada uma das principais doenças do caupi, sendo relatada em praticamente todos os estados produtores do Norte e Nordeste do Brasil. No Ceará o primeiro isolado do vírus obtido foi designado de CpSMV-Ce (Lima & Nelson, 1977). Em seguida, vários isolados de CpSMV foram obtidos no Laboratório de Virologia Vegetal da Universidade Federal do Ceará em plantios de caupi naturalmente infetados: CpSMV-Pi isolado no estado do Piauí (Lima et al.,1986a); CpSMV-Pe isolado no estado de Pernambuco; CpSMV -Pr isolado de soja [Glycine max (L.) Merril.], no estado do Paraná (Bertacini et al., 1998 ) e o CpSMV-Mc, assim designado por infetar a cv 'Macaibo', imune aos demais isolados até então obtidos no Brasil (Lima et al., 1992).

Medidas preventivas de controle do mosaico severo geralmente envolvem a aplicação de inseticidas visando a redução das populações dos insetos vetores (coleópteros da família Chrysomelidae) e conseqüentemente a diminuição da incidência da doença (Costa et al., 1978). Tal medida tem se apresentado ineficaz no período chuvoso, quando a planta cresce mais intensamente. O alto custo também tem desencorajado a adoção do controle químico dos vetores pelos agricultores. Em decorrência destas e de outras razões, a resistência genética tem sido apontada como a medida mais apropriada para o controle do CpSMV (Santos et al., 1987; Vale & Lima, 1995; Umaharan et al.1996; Paz et al., 1999).

Fontes de resistência ao CpSMV no germoplasma de caupi têm sido relatadas por diversos pesquisadores (Fulton & Allen, 1982; Lima et al., 1986b; Santos et al., 1987; Vale & Lima, 1995; Umaharan et al.1996, Paz et al., 1999). Com a descoberta de genes de resistência ao CpSMV e posterior incorporação dessa resistência em variedades cultivadas, a doença perdeu um pouco de sua importância, mas continua sendo um dos fatores limitantes da produção em se tratando de cultivares suscetíveis.

O estudo da base genética da resistência ao CpSMV tem apontado na maioria das vezes para uma herança recessiva monogênica. É o caso das cultivares CNC 0434 (Jiménez et al., 1989) e Macaibo (Vale & Lima, 1995), e da linhagem L 254.008 (Coelho et al., 1998). Entretanto, ainda não foi determinado se esses genes são alelos do mesmo loco ou se são genes distintos. Em uma outra situação a resistência ao CpSMV foi atribuída a três genes recessivos não ligados (Umaharam et al., 1996).

O presente trabalho teve como objetivo verificar se os genes de resistência ao CpSMV presentes nas cultivares Macaibo e CNC 0434 e na linhagem L 254.008 são alelos ou se estão localizados em lócus distintos.

MATERIAL E MÉTODOS

Material vegetal

Foram empregadas duas cultivares de caupi imunes ao CpSMV: CNC-0434 (Jimenez et al., 1989) e Macaibo (Lima et al., 1992) e), e a linhagem L254.008 (Coelho et al., 1998). Nesses genótipos a resistência é herdada como uma característica monogênica recessiva (Jiménez et al., 1989; Vale & Lima, 1995; Coelho et al., 1998). A cultivar Sempre Verde, altamente suscetível a esse vírus, foi empregada para multiplicação do inóculo e como controle nos experimentos de inoculação mecânica. A cultivar CNC 0434 foi desenvolvida pelo Centro Nacional de Pesquisa de Arroz e Feijão da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa), a partir de populações segregantes introduzidas do International Institute of Tropical Agriculture (IITA) (Rios et al., 1982). A cultivar Macaibo é proveniente da coleção de germoplasma de caupi mantida pela Empresa Pernambucana de Pesquisa Agropecuária (IPA), enquanto a linhagem L254.008 foi desenvolvida pelo programa de melhoramento genético do caupi do IPA.

Obtenção de populações segregantes

Plantas das cultivares Macaibo, CNC-0434 e Sempre Verde e da linhagem L-254.008, cultivadas em casa de vegetação, foram cruzadas de maneiras direta e recíproca, obtendo-se seis populações F₁ (CNC-0434 x L254.008, L254.008 x CNC-0434, Macaibo x L254.008, L254.008 x Macaibo, CNC-0434 x Macaibo e Macaibo x CNC-0434). Procederam-se os cruzamentos, coletando pólen na primeira hora da manhã e realizando-se a emasculação e a polinização a partir das 16 h. Parte das plantas F₁ foi inoculada com o isolado CpSMV-Rel, proveniente do município de Recife, Pernambuco, caracterizado por meio de testes sorológico e gama de hospedeiras. O restante das plantas foi reservado para autopolinização com o intuito de gerar populações F₂. A razão entre o número de plantas suscetíveis e o número de plantas resistentes nas populações F₁ e F₂ serviu para indicar se os genes são alelos ou distintos.

As plantas resultantes dos cruzamentos, bem como seus respectivos parentais, foram inoculadas com o isolado CpSMV-Re1 multiplicado na cv. Sempre Verde. A inoculação foi realizada por meio da fricção do extrato foliar obtido mediante maceração de folhas infetadas em tampão fosfato de potássio 0,01 M, pH 7,0 acrescido de 0,1% de sulfito de sódio, na proporção de 1:10 (p/v) sobre a superfície das folhas, com o auxílio de gaze estéril. Antes da inoculação, as folhas foram polvilhadas com uma pequena quantidade do abrasivo carborundum 600 mesh (Paz et al., 1999). Uma semana após a primeira inoculação, efetuou-se uma segunda inoculação para evitar escapes. Plantas da cv. Sempre Verde foram empregadas como controles.

Avaliação das populações segregantes

Durante 20 dias após a segunda inoculação as plantas foram inspecionadas periodicamente, anotando-se o desenvolvimento dos sintomas. Amostras de plantas assintomáticas foram maceradas em tampão fosfato de potássio e o extrato resultante empregado para inocular a planta indicadora Chenopodium quinoa L., para comprovar a ausência do vírus. O teste não paramétrico de c² foi empregado para ajustar modelos genéticos simples, os quais originaram hipóteses a testar, comparando-se freqüências observadas e esperadas em categorias discretas.

Avaliação contra a estirpe CpSMV-Mc que infeta a cv Macaibo

O comportamento da linhagem L-254.008 foi, também, avaliado em relação à estirpe CpSMV-Mc que infeta a cv Macaibo (Lima et al., 1992). Sementes da linhagem L-254.008 foram semeadas em solo esterilizado constituído por uma parte de esterco e duas de terra, contido em vasos, cultivando-se, após o desbaste quatro plantas por vaso. Foram usadas 12 plantas para inoculação artificial do CpSMV-Mc, ficando quatro plantas sem inoculação, como testemunha. As inoculações foram realizadas nas folhas primárias das plantas, conforme descrito anteriormente. As plantas inoculadas foram mantidas em casa de vegetação por 30 dias para observação de reações sintomatológicas e avaliação da presença do vírus por sorologia, usando anti-soro específico para o mesmo.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Os dados obtidos a partir da inoculação de plantas F₁ e F₂, geradas por cruzamentos diretos e recíprocos de plantas dos genótipos CNC-0434, Macaibo e L254.008 (Tabela 1) sugerem que o gene de resistência da cv. Macaibo deve ser o mesmo da cv. CNC-0434. Este por sua vez é um gene distinto daquele encontrado na linhagem L254.008. Esta hipótese pode ser sugerida em decorrência dos padrões de segregação observados nas gerações F₁ e F₂. Por exemplo, na F₁ todas as plantas resultantes dos cruzamentos entre CNC-0434 x Macaibo se comportaram como resistentes ao isolado CpSMV-Re1. Uma vez que em ambos os genótipos a resistência é determinada por um gene recessivo, a única possibilidade de as plantas F₁ se comportarem como resistentes é no caso desses genes serem alelos. O mesmo raciocínio pode ser aplicado para os cruzamentos entre L254.008 x CNC-0434, e L254.008 x Macaibo. O fato de todas as plantas da geração F₁ se comportarem como suscetíveis ao CpSMV-Re1 sugere que os genes de resistência presentes nestes genótipos são distintos, pois como demonstrado, a resistência nesses materiais é condicionada por um gene recessivo (Jiménez et al., 1989; Vale & Lima, 1995; Coelho et al., 1998). Dessa forma, as plantas da geração F1 são heterozigóticas para os dois lócus e, portanto, se comportaram como suscetíveis.

Os resultados obtidos na geração F₂ corroboram os dados de segregação obtidos na F₁. Nos cruzamentos entre CNC0434 x Macaibo todas as plantas se comportaram como resistentes (Tabela 1). A ausência de segregação, verificada para esses cruzamentos, apóia a hipótese de que os genes de resistência ao CpSMV dessas cultivares são alelos. Por outro lado, como pode ser observado nos cruzamentos envolvendo L254.008 x CNC 0434 e L254.008 x Macaibo (Tabela 1), a segregação se ajustou bem ao modelo de nove plantas suscetíveis para sete plantas resistentes. Essa é a razão esperada para características controladas por dois genes recessivos não ligados (Griffiths et al., 1992). Assim, pode-se afirmar que a linhagem L254.000, desenvolvida pelo Programa de Melhoramento Genético do Caupi do IPA apresenta um gene de resistência ao CpSMV distinto daquele apresentado pelas cultivares CNC 0434 e Macaibo.

O comportamento da linhagem L254.008 ao CpSMV-Mc reforça a hipótese da diferença do seu gene de resistência ao CpSMV. O CpSMV-Mc causa mosaico severo na cv. Macaibo (Lima et al., 1992) e apenas mosaico leve na linhagem L254.008, caracterizando uma reação de resistência. Todas as plantas inoculadas reagiram contra anti-soro para CpSMV-Mc, em dupla difusão em ágar, com fraca banda de precipitação, indicando baixa concentração do vírus nas células infetadas, confirmando a resistência da linhagem L-254.008 à referida estirpe de CpSMV. Tal comportamento ao CpSMV-Mc, difere dos apresentados por outros genótipos de caupi a esta e a outros isolados do vírus.

Apesar de existirem muitos relatos de genótipos de caupi com resistência ao CpSMV, os mecanismos envolvidos na resistência ainda não foram estudados. As cultivares CNC-0434 e Macaibo têm sido referidas como imunes ao vírus, por não apresentarem sintomas nas plantas inoculadas, e o vírus não ser detectado, em testes sorológicos ou biológicos (inoculação em hospedeiros de lesão local) (Rios et al., 1982; Vale & Lima, 1995; Paz et al., 1999). Na linhagem L254.008, características semelhantes foram observadas no presente trabalho, para o isolado CpSMV-Re1, uma vez que as plantas indicadoras (C. quinoa), inoculadas com extratos provenientes de plantas de caupi assintomáticas, não exibiram quaisquer sintomas.

Muitas vezes a natureza recessiva da herança da resistência é conseqüência da ausência de algum fator essencial para o vírus se replicar ou se movimentar no hospedeiro (Fraser, 1992). O fato de nenhum sintoma ter sido observado nas plantas resistentes ou nas plantas indicadoras reforça essa hipótese. Genes dominantes, por sua vez, geralmente codificam para fatores envolvidos no reconhecimento do vírus e ativação de vias que conduzem à reação de hipersensibilidade - hypersensitive response (HR) (Ellis et al., 2000).

A disponibilidade de um segundo gene de resistência ao CpSMV no germoplasma do caupi pode ser de grande importância caso sejam selecionadas estirpes contras as quais a resistência conferida pelo gene presente nas cultivares Macaibo e CNC-0434 seja ineficiente. Essa situação já foi verificada para um isolado do CpSMV (Lima et al., 1992). A demonstração de que genes diferentes podem conferir resistência ao CpSMV em caupi também fornece aos programas de melhoramento genético a oportunidade de combinar numa única cultivar dois genes de resistência distintos. Provavelmente essa cultivar hipotética apresentaria uma resistência mais duradoura e de espectro mais amplo.

Aceito para publicação em 15/03/2005

Autor para correspondência: Gaus S. de A. Lima

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Bolsista do CNPq

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  05 Out 2005
• Data do Fascículo
  Jun 2005

Histórico

• Recebido
  15 Mar 2005
• Aceito
  15 Mar 2005