Resistance of sugarcane to brown rust, orange rust and smut

Orientador: Dr. Henrique da Silva Silveira Duarte

Coorientadores: Drª Lucimeris Ruaro, Dr. Ricardo Augusto de Oliveira, Drª Renata Faier Calegario, Dr. João Carlos Bespalhok Filho

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Agronomia - Produção Vegetal. Defesa : Curitiba, 30/03/2021

Inclui referências

Resumo: O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com aproximadamente 40% do total da produção mundial da cultura. Dentre os fatores que causam reduções na produtividade, destacam-se as doenças, em especial a ferrugem marrom (Puccinia melanocephala), ferrugem alaranjada (Puccinia kuehnii) e o carvão (Sporisorium scitamineum). As ferrugens são causadoras de pústulas salientes na face abaxial das folhas, gerando redução dos níveis de fotossíntese e, consequentemente, da produção. O carvão pode gerar redução da quantidade e da qualidade do açúcar produzido, além da morte dos colmos e redução da longevidade do canavial, por meio da produção de estruturas denominadas chicotes. Em cana-de-açúcar, o principal método de controle de doenças é a resistência genética, para tanto, os programas de melhoramento da cultura buscam genótipos que aliem resistência às principais doenças a altas produtividades. Contudo, os métodos para avaliação do comportamento dos genótipos em relação à resistência às ferrugens e ao carvão não são padronizados, sendo que novas técnicas como a utilização de marcadores moleculares podem ser utilizadas em prol da maior eficiência no desenvolvimento de cultivares de cana-de-açúcar. Dessa maneira, o presente estudo teve por objetivo: i) verificar a resposta de genótipos de canade- açúcar às ferrugens alaranjada e ferrugem marrom e obter a classificação destes quanto a sua resistência; ii) validar o marcador molecular G1 na detecção de resistência à ferrugem alaranjada em genótipos brasileiros de cana-de-açúcar, iii) propor uma metodologia padronizada para classificação de genótipos de cana-de-açúcar quanto à sua resistência ao carvão (S. scitamineum) e apresentar a reação de 35 genótipos brasileiros de cana-de-açúcar à doença. Os resultados encontrados nessa pesquisa mostraram que: i) Dos genótipos avaliados para ferrugem marrom, 4 foram classificados como suscetíveis, 6 como moderadamente suscetíveis e 1 apresentou resistência moderada. Para a ferrugem alaranjada, 3 genótipos foram classificados como suscetíveis, 7 como moderadamente suscetíveis e 1 como moderadamente resistente. A avaliação e classificação de genótipos de cana-de-açúcar é uma ferramenta que auxilia em ensaios preliminares e escolha de genótipos promissores para fases mais avançadas dos programas de melhoramento e fornece informações aos produtores na escolha das cultivares que serão plantadas; ii) Dos 63 genótipos suscetíveis, 27 apresentaram presença de banda relativa ao marcador molecular G1. Dos 17 genótipos classificados como resistentes por meio do teste a campo, 10 não apresentaram a respectiva banda. Foi calculado o coeficiente Phi (?) de correlação, por meio do qual observou-se que não existe correlação estatisticamente significativa entre resistência fenotípica e presença do marcador. De acordo com o observado, G1 não apresenta potencial de uso em seleção assistida para resistência de cana-de-açúcar à ferrugem alaranjada nas condições testadas; e iii) A maior parte dos genótipos testados para carvão (~78%) apresentou algum nível de resistência, dessa maneira, o método para a obtenção de resultados mais reproduzível quanto a classificação de resistência de genótipos de cana-deaçúcar ao carvão é recomendar para novos ensaios utilizar o genótipo padrão de suscetibilidade RB935621 e pelo menos um dos padrões de resistência (RB985476, CV6945 e RB956911), avaliar a incidência de chicotes em intervalos aproximados de 30 dias, partindo do surgimento dos primeiros chicotes, até por volta dos 250 dias da cultura, quando o número de perfilhos tende a se estabilizar, obter a AACPD e consequentemente a percentagem relativa da doença e no final enquadrar os genótipos quanto ao seu nível de resistência de acordo com os intervalos de cada nível de resistência ao carvão da cana-de-açúcar.

Abstract: Brazil is the world's largest sugarcane producer with approximately 40% of the world's total crop production. Among the factors that reduce productivity, diseases stand out, particularly brown rust (Puccinia melanocephala), orange rust (Puccinia kuehnii) and sugarcane smut (Sporisorium scitamineum). The rusts originate salient pustules in the abaxial face of the leaves reducing photosynthesis levels, therefore, production. The smut can reduce quality and quantity of sugar produced, besides the death of the culms and reduction of the longevity of the cane field through production of structures called "whips". In sugarcane the main method of disease control is genetic resistance, therefore, the culture improvement programs look for genotypes that ally resistance to the main diseases and high productivity. However, the evaluation methods of genotype behavior regarding their resistance to rusts and sugarcane smut are not standardized, in view of new techniques such as the usage of molecular markers can be used for higher efficiency in sugarcane cultivars development. As such, the present study aimed: i) verify the reaction of sugarcane genotypes to brown and orange rust in terms of their resistance using leaf whorl inoculation technique; ii) validate the molecular marker G1 in the detection of resistance to orange rust in Brazilian sugarcane genotypes, iii) propose a standardized methodology for sugarcane genotypes classification regarding their resistance to smut (S. scitamineum) and present the reaction of 35 Brazilian sugarcane genotypes to the disease. The results found in this research show that: i) of the genotypes evaluated for brown rust, 4 were classified as susceptible, 6 as moderately susceptible and 1 showed moderate resistance. For orange rust, 3 genotypes were classified as susceptible, 7 as moderately susceptible and 1 as moderately resistant. The evaluation and classification of sugarcane genotypes is a tool that aids preliminary tests and selection of promising genotypes for more advanced steps in the improvement programs and provides producers information in the choice of cultivars to be planted; ii) Of the 63 susceptible genotypes, 27 exhibited presence of relative band to the molecular marker G1. Of the 17 genotypes classified as resistant through field test, 10 did not presented such band. The correlation Phi (?) coefficient wherewith was observed that there is no statistically significant correlation between phenotypic resistance and the presence of the marker. According to the observed, G1 does not presents usage potential for assisted selection of sugarcane resistance to orange rust in the tested conditions; and iii) Most of the genotypes tested for smut (~78%) presented some level of resistance, in this way, the most reproducible method of obtaining results regarding resistance screening of sugarcane genotypes to smut is to recommend for new tests to use the standard susceptible genotype RB935621 and at least one of the resistance standards (RB985476, CV6945 e RB956911), evaluate the whips incidence at approximately 30-day intervals, starting from the emergence of the whips, until around 250 days of culture, when the number of tillers tends to stabilize, obtain the AUDPC and consequently the relative percentage of the disease and in the end fit the genotypes regarding their resistance level according to the intervals on each level of resistance to sugarcane smut.