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Soybean breeding strategies for resistance to Sclerotinia sclerotiorum
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Genética e Melhoramento de Plantas
Agência de fomento
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Sclerotinia sclerotiorum é o agente causal da podridão branca da haste da soja. A doença pode
causar perdas significativas de rendimento sob condições ambientais favoráveis ao progresso da
doença. Obter cultivares resistentes tem se mostrado difícil. Muito embora haja variabilidade no
germoplasma brasileiro, ainda há muitas questões a serem elucidadas no patossistema S.
sclerotiorum – Glycine max (L.) Merrill. Para isto, objetivou-se avaliar a variabilidade de
diferentes isolados de Sclerotinia sclerotiorum, bem como, estudar a resistência genética de
cultivares de soja ao patógeno; determinar o estádio fenológico mais indicado, na cultura da
soja, para inocular S. sclerotiorum, bem como comparar diferentes métodos de inoculação,
visando à identificação de cultivares de soja resistentes ao patógeno; verificar a existência de
variabilidade patogênica entre linhagens monoascospóricas de um mesmo isolado de S.
sclerotiorum utilizando o método straw test em cultivares de soja e avaliar o potencial de
algumas populações segregantes, para obtenção de progênies de soja resistentes a podridão
branca da haste. Para atingir esses objetivos foram conduzidos quatro trabalhos: a)- Para
esclarecer a tipo de resistência genética e virulência dos isolados, 20 cultivares de soja foram
inoculadas com quatro isolados: Mauá da Serra, Ingaí, Nazareno e UFLA 24, por meio da
metodologia da folha destacada. As plantas foram mantidas em casa de vegetação até o estádio
V2, com o primeiro trifólio totalmente expandido. Os isolados foram cultivados em meio de
cultura por cinco dias. Cada folíolo do trifólio recebeu um disco de ágar contendo o micélio. O
experimento foi conduzido em delineamento inteiramente casualizado, e cada folíolo foi
considerado uma repetição. Após 72 horas os folíolos foram avaliados por meio de uma escala
de notas que variou de 0 (sem sintomas) a 5 (sintomas severos). As análises estatísticas foram
realizadas utilizando o método dialélico (IV de Griffing), que forneceu informações sobre a
resistência vertical e horizontal das cultivares, além de informações sobre a agressividade dos
isolados. As cultivares BRS Baliza RR, M -SOY 8001, Emgopa 316, e M-SOY 8329 exibiram
resistência horizontal e BRS Favorita RR; Emgopa 315, MG/BR 46(Conquista), 7166RSF
IPRO, BRS Silvânia RR e BRS Milena apresentaram resistência específica para a maioria dos
isolados. O isolado UFLA 24, juntamente com o Ingaí foram o mais eficientes em causar
sintomas nas cultivares. b)- Para comparar diferentes métodos de inoculação, 20 cultivares
foram inoculadas com o isolado UFLA 24 em quatro experimentos distintos. Foram três
experimentos utilizando o método straw test: inoculação estádio V3, avaliação do comprimento
da lesão três dias após inoculação; inoculação estádio R1, avaliação do comprimento da lesão
sete dias após a inoculação; inoculação estádio R1, avaliação por meio de escala de notas sete
dias após a inoculação. Para esses três experimentos foi utilizado o delineamento inteiramente
casualizado com cinco repetições. O quarto experimento foi empregado o método da folha
destacada, inoculação no estádio V2, avaliação por meio de escala de notas, 72 horas após a
11 inoculação. O utilizado foi inteiramente casualizados com três repetições. A partir dos dados
obtidos foram realizadas as análises de variância e as médias dos quatro experimentos foram
comparadas. Foram utilizados um índice de coincidência e a correlação de Spearman para a
comparação da classificação das cultivares frente aos quatro experimentos. Constatou-se que em
relação às médias para os quatro experimentos, a cultivar EMPOPA 315 foi classificada como
mais resistente ao passo que a cultivar TGM123RR foi a mais suscetível. Foi observada
correlação mediana e significativa entre o método da folha destacada com o método do straw
test em R1, independente da estratégia de avaliação (comprimento da lesão ou escala de notas) e
também entre os experimentos inoculados em R1. O índice de coincidência indicou que, quando
é adotado o comprimento da lesão como estratégia de avaliação, tanto inocular em estádio V3
como em R1 confere a mesma reação ao patógeno, no caso das cultivares consideradas
resistentes. c)- Para verificar a existência de variabilidade patogênica entre linhagens
monoascospóricas de S. sclerotiorum, 20 cultivares de soja e cinco linhagens monoascospóricas
de S. sclerotiorum foram utilizados. Um experimento em casa de vegetação foi conduzido para
avaliar a variabilidade da agressividade entre monoascospóricas. As plantas no estádio R1,
foram inoculadas pelo método straw test. O experimento foi conduzido em delineamento
inteiramente casualizado, com três repetições no esquema fatorial . As avaliações foram
realizadas aos sete, 14 e 21 dias após a inoculação com o auxílio de uma régua graduada, por
meio da proporção da área lesionada. Foi estimada a área abaixo da curva do progresso da
doença (AACPD). As monoascospóricas 7.3, 7.4 foram mais agressivas e as cultivares BRSMG
790A e BRSMG 850GRR, apresentaram resistência mais estável frente às diferentes linhagens
monoascospóricas. A análise GGE biplot caracterizou as cultivares em relação ao nível de
resistência e os linhagens monoascospóricas quanto à agressividade. As cultivares BRSMG
790A e BRSMG 850GRR apresentaram resistência mais estável frente as diferentes linhagens
monoascospóricas. Além disso, essas duas cultivares foram agrupadas em clusters distintos, ou
seja, elas possuem diferentes grupos de alelos favoráveis relacionados a resistência a podridão
branca da haste. Houve variabilidade entre as linhagens monoascospóricas e estas devem ser
preferidas para inoculação em programas de melhoramento que visam obter cultivares de soja
resistentes a S. sclerotiorum. d)- Para avaliar o potencial de populações segregantes visando à
obtenção de progênies de soja resistentes a podridão branca da haste, 149 progênies F
2:3
provenientes de seis populações: população 1 (BRSMG Garantia x MG/BR 46 (Conquista));
população 2 (MG/BR 46 (Conquista) x Emgopa 316); população 3 (BRSMG 68 Vencedora x
Emgopa 316); população 4 (BRSMG 68 Vencedora x MG/BR 46 (Conquista)); população 5
(Emgopa 316 x BRSMG Garantia) e população 6 (BRSMG 68 Vencedora x BRSMG Garantia),
juntamente com 20 testemunhas foram avaliadas em campo, na safra 2017/2018 em latice
simples 13 x 13 e parcela de 1 linha de 2 metros. As progênies foram avaliadas quanto à
resistência à S. sclerotiorum por meio do método da folha destacada, quando as plantas
12
atingiram o estádio V2 (primeiro trifólio totalmente expandido). O trifólio foi coletado e levado
ao laboratório para instalação do experimento. Cada folíolo do trifólio recebeu um disco de
micélio do isolado UFLA 24, que foi mantido sob condições controladas até o momento da
avaliação, 72 horas após a inoculação. As avaliações foram por meio de escala de notas que
variavam de 0 (imune) até 5 (extremamente suscetível).O experimento, em laboratório, foi
conduzido no delineamento inteiramente casualizado (DIC), sendo que cada folíolo do trifólio
constituiu uma repetição. Os dados foram avaliados por meio de análises de variância,
individual e conjunta. As progênies apresentam variabilidade com relação à resistência a
Sclerotinia sclerotiorum. As progênies oriundas da população seis (BRSMG 68 - Vencedora x
BRSMG Garantia) obtiveram o maior potencial para a obter linhagens de soja com certo nível
de resistência a podridão branca da haste.
Abstract
Sclerotinia sclerotiorum, the causal agent of sclerotinia stem rot, is a devastating fungal
pathogen of soybean that can cause significant yield losses to growers when environmental
conditions are favorable for the disease. The development of resistant varieties has proven
difficult. Although there is variability in Brazilian germplasm, there are still many issues to be
elucidated in the S. sclerotiorum - Glycine max (L.) Merrill. The objectives of this study were to
evaluate the variability of different isolates of S. sclerotiorum, as well as to study the genetic
resistance of soybean cultivars to the pathogen; to determine the most appropriate phenological
stage in the soybean crop to inoculate S. sclerotiorum, as well as to compare different
inoculation methods for the identification of soybean cultivars resistant to the pathogen; to
verify the existence of pathogenic variability among monoascosporic strains of a single isolate
of S. sclerotiorum using the straw test method in soybean cultivars and to evaluate the potential
of some segregant populations to obtain soybean progenies resistant to sclerotinia stem rot. To
achieve these objectives, four studies were conducted: a) To clarify the type of genetic
resistance and virulence of the isolates, 20 soybean cultivars were inoculated with four isolates:
Mauá da Serra, Ingaí, Nazareno e UFLA 24 using the detached-leaf method. The plants were
kept in a greenhouse until the V 2 stage, characterized by the first fully expanded trefoil. The
isolates were grown in culture medium for five days. Each leaflet of the trefoil received an agar
disk containing the mycelium. The experiment was conducted in a completely randomized
design, and each leaflet was considered a replicate. After 72 hours, the leaflets were evaluated
using a scoring scale ranging from 0 (no symptoms) to 5 (susceptible). Statistical analyses were
performed using the diallel method (Griffing IV model), which provided information on the
vertical and horizontal resistance of the cultivars, as well as the aggressiveness of the isolates.
The cultivars BRS Baliza RR, M-SOY 8001, Emgopa 316 and M-SOY 8329 showed horizontal
resistance; BRS Favorita RR, Emgopa 315, MG/BR 46 (Conquista), 7166RSF IPRO, BRS
Silvânia RR and BRS Milena presented specific resistance to most isolates. The UFLA 24 and
Ingaí isolates were the most effective at causing symptoms in the soybean cultivars. b) To
compare different inoculation methods, 20 cultivars were inoculated with the UFLA 24 isolate
in four different experiments. There were three experiments using the straw test method: V3
stage inoculation, evaluation by lesion length three days after inoculation; R1 stage inoculation,
evaluation by lesion length seven days after inoculation; R1 stage inoculation, evaluation by
scale of notes seven days after inoculation. For these three experiments we have used the
completely randomized design with five replicates. The fourth experiment was used the
detached leaf method, inoculation at the V2 stage, evaluation by scale of notes, 72 hours after
inoculation. The design used was completely randomized with three replicates. From the
obtained data were performed the analysis of variance and the means of the four experiments
14 were compared. A coincidence index and the Spearman correlation were used for the
comparison of the classification of the cultivars against the four experiments. It was verified that
in relation to the means for the four experiments, the cultivar EMPOPA 315 was classified as
more resistant and the cultivar TGM123RR was the most susceptible. There was a mean and
significant correlation between the detached leaf test method and the straw test method at R1,
regardless of the evaluation strategy (lesion length or note scale) and also between the
experiments inoculated at R1. The coincidence index indicated that when the length of the
lesion is adopted as an evaluation strategy, both inoculation in stage V3 and in R1 gives the
same reaction to the pathogen, in the case of cultivars considered resistant. c) - To verify the
existence of pathogenic variability among S. sclerotiorum monoascosporic isolates, 20 soybean
cultivars and five monoascosporic isolates of S. sclerotiorum were used. A greenhouse
experiment was conducted to evaluate the variability of aggressiveness between
monoascosporic isolates. Plants in the R1 stage were inoculated by the straw test method. The
experiment was conducted in a completely randomized design, with three replicates in the
factorial scheme. Evaluations were performed at 7, 14 and 21 days after inoculation with the aid
of a graduated ruler, by means of the proportion of the injured area. The area under a disease
progression curve (AUDPC) was estimated. The monoascosporic isolates 7.3, 7.4 were more
aggressive and the cultivars BRSMG 790A and BRSMG 850GRR presented more stable
resistance to the different monoascosporic isolates. The GGE biplot analysis characterized the
cultivars in relation to the level of resistance and the monoascosporic isolates regarding the
aggressiveness. The cultivars BRSMG 790A and BRSMG 850GRR showed a more stable
resistance to the different monoascosporic isolates. In addition, these two cultivars were
grouped into distinct clusters, that is, they have different groups of favorable alleles related to
resistance to white stem rot. There was variability among the monoascosporic isolates and these
should be preferred for inoculation in breeding programs that aim to obtain soybean cultivars
resistant to S. sclerotiorum. d) - To evaluate the potential of segregating populations to obtain
soybean progenies resistant to sclerotinia stem rot, 149 F
2:3 progenies from six populations:
population 1 (BRSMG Garantia x MG / BR 46 (Conquista)); population 2 (MG / BR 46
(Conquista) x Emgopa 316); population 3 (BRSMG 68 Vencedora x Emgopa 316); population 4
(BRSMG 68 Vencedora x MG / BR 46 (Conquista)); population 5 (Emgopa 316 x BRSMG
Guarantia) and population 6 (BRSMG 68 Vencedora x BRSMG Guarantia), and 20 controls
were evaluated in the field, in the 2017/2018 crop season in a simple latice 13 x 13 and a plot of
1 line of 2 meters. The progenies were evaluated for resistance to S. sclerotiorum using the
detached leaf method, when the plants reached the V2 stage (first fully expanded trifolium). The
trifolium was collected and taken to the laboratory to install the experiment. Each leaflet of the
trifolium received a mycelial disc of the UFLA 24 isolate, which was maintained under
controlled conditions until the time of evaluation, 72 hours after inoculation. The evaluations
15 were by scale of scores ranging from 0 (no symptoms) to 5 (susceptible). The experiment in the
laboratory was conducted in a completely randomized design (DIC), with each leaflet of the
trefoil constituting a repetition. The data were evaluated through analysis of variance, individual
and joint. Progenies show variability in relation to resistance to S. sclerotiorum. Progenies from
population six (BRSMG 68 - Vencedora x BRSMG Garantia) obtained the greatest potential to
obtain soybean strains with a certain level of resistance to sclerotinia stem rot.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
LIMA, J. G. Soybean breeding strategies for resistance to Sclerotinia sclerotiorum. 2019. 88 p. Tese (Doutorado em Genética e Melhoramento de Plantas)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2019.
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