Genetic Similarity Among Accessions of Paspalum notatum Flügge (Poaceae): a Potential to Parental Selection

HIGHLIGHTS Low genetic similarity in Paspalum notatum accessions. High genetic distance among diploid accessions. The accessions have good potential to breeding program.

Abstract Paspalum notatum is an important forage grass contributing significantly to the coverage of the natural fields of Southern Brazil. Simple sequence repeat (SSR) markers were used to evaluate the genetic similarity of strains within a P. notatum collection. Genomic DNA was extracted in bulk from young leaves of five plants from each accession obtained from the USDA. In the molecular analysis, the eight SSR markers evaluated formed seven distinct groups, and two isolated genotypes, with an average similarity index of 0.29, ranging from zero to 0.83. All the loci were polymorphic and the polymorphism information content ranging from 0.41 to 0.69. The results evidenced a low genetic similarity, which can be explored via parental selection in a breeding program.

Production fields and physiological quality of Panicum maximum jacq. cv. mombasa seeds / Campos de produção e qualidade fisiológica de sementes de Panicum maximum jacq. cv. mombasa

The physiological quality of seeds is influenced by the climatic factors of production fields. The identification of the best conditions of P. maximum cv. Mombasa production fields allows the improvement of the seed sector. The aim of this work was to identify which climatic conditions of production fields can affect the physiological quality of P. maximum cv. Mombasa seeds. Nineteen plots from states of São Paulo (six from municipalities of Auriflama and three from Guzolândia) and Goiás (eight from Quirinópolis and two from Serranópolis), were collected by soil sweeping. The following parameters were evaluated: water content, germination rate, first germination count and germination rate index, seedling emergence in sand and field. Completely randomized design was used for all variables, with the exception of seedling emergence in field, since this variable required block design. Means were compared by the Scott-Knott test, at 5% probability. For the identification of the influence of climatic conditions on the physiological quality of seeds, multivariate statistical analysis was applied through Group and Principal Component Analysis. Production fields of Panicum maximum cv. Mombasa seeds presenting maximum temperatures above 32 ºC at flowering and natural fall stages produce seeds of low physiological quality. Production fields in which precipitation and high temperatures occur during natural fall and harvest of P. maximum cv. Mombasa seeds are not favorable to the production of seeds with high physiological quality.

A qualidade fisiológica das sementes é influenciada pelos fatores climáticas doscampos de produção. A identificação das condições dos melhores campos de produção de P. maximum cv. Mombaça permite aprimoramento do setor de sementes. O objetivo desse trabalho foi identificar quais condições climáticas dos campos de produção podem afetar a qualidade fisiológica das sementes de P. maximum cv. Mombaça. Foram avaliados dezenove lotes procedentes do estado de São Paulo (seis de Auriflama e três de Guzolândia) e Goiás (oito de Quirinópolis e dois de Serranópolis), colhidos por varredura do solo. Foram avaliados por meio dos seguintes parâmetros: teor de água, germinação, primeira contagem de germinação e índice de velocidade de germinação, emergência de plântulas em areia e em campo. Adotou-se delineamento inteiramente casualizado para todas as variáveis, com exceção da emergência de plântulas em campo, pois neste adotou-se delineamento em blocos. As médias foram comparadas pelo teste Scott-Knott, a 5% de probabilidade. Para a identificação da influência das condições climáticas na qualidade fisiológica das sementes aplicou-se análise estatística multivariada por meio de Análise de Agrupamento e Componentes Principais. Campos de produção de sementes de Panicum maximum cv. Mombaça que apresentam temperaturas máximas superiores a 32 ºC nas épocasde florescimento e degrana produzem sementes de baixa qualidade fisiológica. Campos de produção em que ocorram precipitações e altas temperaturas durante a degrana e à colheita de sementes de P.maximum cv. Mombaça não são favoráveis a produção de sementes com alta qualidade fisiológica.

Intra-inflorescence pollen viability in accessions of Brachiaria ruziziensis / Viabilidade de pólen intra-inflorescência em acessos de Brachiaria ruziziensis

Knowledge about the pollen viability is important to ensure success in controlled hybridizations and, consequently, support breeding programs. The aims of this study were to evaluate the pollen viability in progenies of artificially induced tetraploid accessions of Brachiaria ruziziensis, and to verify if the position of the flower buds on the raceme affects the pollen viability rate. Staining of aborted and non-aborted pollen (Alexander's technique) was used to determine the viability of the pollen grains. Tetraploid accessions of B. ruziziensis plants had high pollen viability (x = 76.8% to x = 99.6%). Some of these plants had viability rates similar to diploid B. ruziziensis, showing that the induction of chromosome duplication by colchicine did not result in abnormalities in production and morphology of pollen grains. Pollen grains from middle and apical regions of the raceme presented higher viability rates (x = 97.9% and x = 97.7% respectively). The viability of pollen grains in artificially induced tetraploid accessions of B. ruziziensis plants was high, which may favor obtaining fertile descendants in possible crosses.

O conhecimento da viabilidade de grãos de pólen é imprescindível para assegurar o sucesso nas hibridações controladas e, consequentemente, auxiliar programas de melhoramento genético. O objetivo deste estudo foi avaliar a viabilidade de grãos de pólen em progênies de Brachiaria ruziziensis tetraploidizadas artificialmente, além de verificar se há efeito da posição dos botões florais no racemo sobre a taxa de viabilidade de pólen. A coloração de pólen abortado e não abortado (técnica de Alexander) foi usado para determinar a viabilidade dos grãos de pólen. Plantas de B. ruziziensis apresentaram elevada viabilidade de pólen (x = 76,8% a x = 99,6%). Algumas dessas plantas apresentaram taxas de viabilidade similares a B. ruziziensis diploide, mostrando que a indução de duplicação cromossômica usando colchicina não resultou em anormalidades na produção e na morfologia dos grãos de pólen. Grãos de pólen das regiões mediana e apical do racemo apresentaram maiores taxas de viabilidade (x = 97,9% e x = 97,7%, respectivamente). A viabilidade dos grãos de pólen em plantas de Brachiaria ruziziensis tetraploidizadas artificialmente foi alta, o que pode favorecer a obtenção de descendentes férteis em eventuais cruzamentos.

Soil flood tolerance of seven genotypes of Panicum maximum Jacq

The soil flood tolerance of seven genotypes of Panicum maximum Jacq. (PM11, PM34, PM40 and PM45, and the commercial cultivars Massai, Mombaça and Tanzânia) was evaluated in plants subjected to two conditions: flooded and not flooded, during a period of 14 days. Flooding significantly decreased the total and above ground biomass of PM40 and PM45. For cultivar Tanzânia, flooding decreased these two variables and also root biomass. The root, total and above ground relative growth rates were significantly reduced by flooding in cultivar Tanzânia, while in PM45 only the above ground relative growth rate was reduced. Cultivar Tanzânia showed significant differences for all variables analyzed, thus was not flood tolerant, as well as PM40 and PM45. It could be concluded that Massai, PM34, Mombaça and PM11 were the most flood tolerant genotypes.

Avaliou-se a tolerância ao alagamento do solo em sete genótipos de Panicum maximum Jacq. As plantas foram submetidas a duas condições: alagado e não alagado, avaliadas por um período de 14 dias. O alagamento reduziu a produção de biomassa seca da parte aérea e total (para PM40, PM45, p < 5 por cento). Para a cv. Tanzânia (p < 1 por cento), além destas variáveis, reduziu a biomassa da raiz. Quanto à taxa de crescimento relativo total sob alagamento em relação à testemunha foi significativa apenas para PM45 (p < 5 por cento), na parte aérea e para a cv. Tanzânia (p < 1 por cento) na taxa de crescimento relativo da raiz, parte aérea e total; a cv. Tanzânia apresentou diferenças significativas em todas as variáveis analisadas, não sendo tolerante ao alagamento, assim como PM40 e PM45; Massai, Mombaça, PM11 e PM34 são tolerantes ao alagamento, sendo que o mais tolerante foi a cv. Massai.

Identificación morfológica y molecular de Prosapia simulans (Walker) (Hemiptera: Cercopidae), y selección y mecanismos de resistencia a este salivazo en híbridos de Brachiaria / Morphological and molecular identification of Prosapia simulans (Walker) (Hemiptera: Cercopidae), and screening and mechanisms of resistance to this spittlebug in Brachiaria hybrids

Prosapia simulans (Walker) es una especie de salivazo que ataca los pastos del género Brachiaria (Trin.) Griseb. desde México hasta Colombia y ocasiona pérdidas económicas a la industria ganadera. El desarrollo de cultivares resistentes es considerado el mejor método de control del salivazo. Este trabajo tuvo los siguientes objetivos: corroborar la identificación de P. simulans originarias de México y Colombia, probar nuevos híbridos de Brachiaria por resistencia a esta especie y caracterizar los mecanismos de resistencia presentes en ellos. Mediante la combinación de caracteres morfológicos (uso de claves taxonómicas, disección de la genitalia del macho) y técnicas moleculares (RAPD-PCR) se logró corroborar que P. simulans es plaga de Brachiaria spp. desde México hasta Colombia. Para probar híbridos de Brachiaria y caracterizar los mecanismos de resistencia se realizó un ensayo de selección donde se sometieron 34 híbridos al ataque del salivazo. La metodología utilizada fue desarrollada en el CIAT. En el ensayo se infestó con seis huevos maduros de la especie P. simulans por planta. Se usaron diez repeticiones por genotipo en un diseño completamente al azar. En el ensayo de selección de los híbridos se detectaron siete híbridos susceptibles, 16 con resistencia intermedia y 11 resistentes. El mecanismo de resistencia que se expresó en los híbridos resistentes y en los testigos CIAT 6294 y CIAT 36062 fue el de antibiosis. BRX 4402 y CIAT 0606 fueron clasificados como muy susceptibles.

Prosapia simulans (Walker) is an important spittlebug species that attacks forage grasses of the genus Brachiaria (Trin.) Griseb. from Mexico to Colombia. This, and several other species of spittlebugs, cause important economic losses to the livestock production industry. Development of resistant cultivars is regarded as the best method of control. In the present study we used taxonomic keys, dissection of male genitalia and RAPD-PCR patterns to reconfirm the identity of P. simulans specimens collected in Colombia and Mexico. We were able to reconfirm that P. simulans occurs as a pest of Brachiaria from Mexico to Colombia. We also studied the levels and mechanisms of resistance present in 34 Brachiaria hybrids developed by CIAT. Infestations were made with six eggs per plant. We used 10 replications (plants) per genotype in a completely randomized design. Seven hybrids were found to be susceptible, 16 showed intermediate resistance and 11 were resistant. Antibiosis was the mechanism of resistance expressed in resistant hybrids as well as in the resistant checks CIAT 6294 and CIAT 36062. Tolerance was absent. The genotypes BRX 4402 and CIAT 0606 were classified as highly susceptible.

Evidence of allopolyploidy in Brachiaria brizantha (Poaceae: Paniceae) through chromosome arrangement at metaphase plate during microsporogenesis

In the hexaploid (2n = 6x = 54) accession B176 of Brachiaria brizantha, one cytological characteristic differentiated it from the other accessions previously analyzed with the same ploidy level. Nearly 40% of meiocytes displayed the chromosome set arranged at two metaphase plates at the poles of the cell, close to the membrane. In these cells, both metaphase plates were arranged in an angle to form a typical tripolar spindle. Therefore, cells did not show normal chromosome segregation at anaphase I. Only nine univalent chromosomes migrated from each plate to the opposite pole with the remainder staying immobile on the plate. As a result of such spindle orientation and chromosome behavior, trinucleate telophases I were recorded. After telophase, cytokinesis eliminated the small nuclei into a microcyte. The second division proceeded normally, with the presence of microcytes in all phases. The origin of such an abnormality was explained on the hexaploid level of the accession which could have resulted by chromosome doubling of a triploid derived from species that did not display the same behavior for spindle organization. The high percentage of meiotic abnormalities recorded in this accession compromises fertility and renders it inadequate for the breeding program.

Alternative methods for rearing grass-feeding spittlebugs (Hemiptera: Cercopidae) / Métodos alternativos para a criação das cigarrinhas-das-pastagens (Hemiptera: Cercopidae)

Duas metodologias para criação de cigarrinhas-das-pastagens são relatadas e avaliadas, utilizando-se Aeneolamia varia (Fabricius) sobre Brachiaria ruziziensis Germ. & Evrard. Desenvolveuse uma nova unidade de criação em pequena escala para manter a cigarrinha nos seus diferentes estágios de desenvolvimento, e assim promover estudos biológicos dos insetos. A unidade possui uma bandeja de plantas com raízes, que são os locais de alimentação e desenvolvimento das ninfas, junto com uma gaiola para emergência dos adultos contendo plantas e substrato para oviposição eobtenção de ovos. Para produção em larga escala, aperfeiçoou-se um método de criação massal, reduzindo-se os insumos e agilizando-se a produção. A principal característica é uma caixa coberta com raízes e condições de microclima adequados para o desenvolvimento de ninfas. A eficiência de produção de adultos a partir de ovos foi de 45,1%, produzindo 1002 adultos/m2 por geração, com um período de desenvolvimento ninfal de 36,1 dias. A emergência de adultos foi de 70,5% em uma semana. Esse método para produção massal é uma ferramenta efetiva para produção de cigarrinhas em larga escala, podendo ser utilizado para estudos como de controle com fungos entopatógenos, resistência da plantahospedeira e outros. São discutidas as possibilidades e necessidades futuras para se melhorar a técnica e ajustá-la a outras espécies de cigarrinhas.

Two methodologies for rearing grass-feeding spittlebugs are described and were evaluated with Aeneolamia varia (Fabricius) on Brachiaria ruziziensis Germ. & Evrard. To promote biologicalstudies, a new small-scale rearing unit was developed to maintain spittlebug life stages in the greenhouse year round. This unit features a plant tray established with roots as feeding sites for nymphal development alongside an adult emergence cage with plants and oviposition substrate for egg collection. For largescale production, an improved mass-rearing colony was designed to reduce inputs and streamline production. The major feature was a covered box with root and microclimate conditions adequate for nymphal development. Efficiency of adult production from eggs was 45.1%, yield 1002 adults/m2 pergeneration, nymphal development time 36.1 d, and adult emergence 70.5% in a 1-wk period. This massrearing method is a more effective tool for reliable and high-level production of spittlebugs for massive screening required for the evaluation of control tactics such as fungal entomopathogens and host plantresistance. The possibilities for further improving these designs and tailoring them to other spittlebug species are discussed.

Economic damage caused by spittlebugs (Homoptera: Cercopidae) in Colombia: a first approximation of impact on animal production in Brachiaria decumbens pastures / Dano econômico da cigarrinha-das-pastagens (Homoptera: Cercopidae) na Colômbia: primeira aproximação do impacto na produção animal em pastagens de Brachiaria decumbens

Usando um modelo de simulação como ferramenta de análise, quantificou-se o impacto econômico da cigarrinha-das-pastagens em termos de produção animal na Colômbia. Três níveis de infestação (10, 25, 50 adultos/m²) e de área infestada (25, 50, 100 por cento) foram avaliados usando dados obtidos no Brasil com Notozulia entreriana (Berg) em Brachiaria decumbens Stapf. O modelo considerou sistemas de produção de duplo propósito em dois ecossistemas contrastantes: (1) trópico-seco, caracterizado por seis meses bem definidos de estação chuvosa e (2) trópico-umido, caracterizado por distribuição uniforme de chuva durante o ano. Comparada com as pastagens não infestadas, a carga animal e a produtividade de leite e carne tiveram um decréscimo de 1-8, 8-34 e 38-54 por cento, respectivamente, aos níveis de infestação baixo, intermediário e alto, dependendo da área da fazenda infestada. O custo de produção de leite e carne aumentou 0-4, 3-16 and 18-30 por cento nos mesmos níveis de infestação, causando redução no lucro da ordem de 3-16, 17-69 e 67-100 por cento. Em nível regional, o dano econômico nos 1.140.000 ha plantados com pastagens suscetíveis à cigarrinha-das-pastagens nos trópicos úmidos da Colômbia variou de US$7-25, 28-36 e 39-47 milhões/ano. Nos 4.720.000 ha de pastagens suscetíveis no trópico-seco, o prejuízo econômico foi de US$33-118, 132-175 e 228-273 milhões/ano. O investimento requerido para desenvolver variedades resistentes à cigarrinha-das-pastagens e adaptadas a solos de baixa a média fertilidade (US$6 milhões em 12 anos) é baixo quando comparado com o dano econômico causado pelas cigarrinhas-das-pastagens na Colômbia constituindo-se, assim, grande incentivo ao apoio as pesquisas em melhoramento de variedades e manejo da cigarrinha-das-pastagens.

Using a simulation model as an analysis tool, the economic impact of spittlebugs in pastures of Colombia was quantified in terms of animal production. Three levels of abundance (10, 25, 50 adults/m²) and farm area affected (25, 50, 100 percent) were evaluated using data obtained in Brazil for Notozulia entreriana (Berg) on Brachiaria decumbens Stapf. The model considered dual-purpose production systems in two contrasting ecosystems: (1) the dry tropics, characterized by a well defined, 6-month rainy season and (2) the humid tropics, characterized by uniform rainfall distribution throughout the year. Compared to healthy pastures, stocking rate, milk and meat productivity decreased 1-8, 8-34 and 38-54 percent, respectively, at low, intermediate and high abundance levels, depending on farm area infested. The cost of producing milk and meat increased 0-4, 3-16 and 18-30 percent at the same infestation levels, causing net income to decrease 3-16, 17-69 and 67-100 percent. At the regional level, economic damage in the 1,140,000 ha sown to grasses susceptible to spittlebugs in the humid tropics of Colombia ranged from US$7-25, 28-36 and 39-47 million/yr. In the 4,720,000 ha of susceptible grasses in the dry tropics, economic damage was US$33-118, 132-175 and 228-273 million/yr. The investment required to develop grass varieties resistant to spittlebugs and adapted to soils with low to intermediate fertility (US$6 million over 12 yr) is low compared with the economic damage caused by spittlebugs in Colombia, and therefore presents a major economic incentive for support of research on varietal improvement and spittlebug management.