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Thèse de Habilitation à Diriger des Recherches
DOI
10.11606/T.10.2010.tde-30042010-111005
Document
Auteur
Nom complet
Luis Felipe Prada e Silva
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Pirassununga, 2009
Jury
Ortolani, Enrico Lippi (Président)
Albuquerque, Ricardo de
Costa, Ciniro
Machado, Paulo Fernando
Reis, Ricardo Andrade
Titre en portugais
Maturidade e lignificação em gramíneas tropicais utilizadas na alimentação de ruminantes.
Mots-clés en portugais
Digestibilidade
Expressão gênica
Fibra
Lignina
Panicum maximum
Sacharum spp
Zea mays
Resumé en portugais
A lignificação da parede celular que ocorre com o avanço da maturidade em forragens tropicais, é grande limitante à produtividade da pecuária brasileira. Apesar da importância das pastagens para a produção de ruminantes no Brasil, não existe nenhum estudo publicado envolvendo a alteração da síntese de lignina em forrageiras tropicais. Objetivou-se com o presente estudo: (1) avaliar o efeito da maturidade sobre a qualidade nutricional de três gramíneas tropicais, Panicum maximum, milho e cana-de-açúcar, (2) determinar a existência de variabilidade genética para parâmetros de qualidade nutricional, e (3) sequenciar e quantificar a expressão dos principais genes envolvidos com a síntese de lignina em P. maximum, de modo a identificar genes cuja expressão esteja relacionada com a lignificação e com a queda da digestibilidade da fibra do colmo. No experimento 1, onze genótipos de P. maximum foram avaliados em delineamento de blocos ao acaso, em esquema de parcela subdividida, com três repetições, colhidos com 30, 60 ou 90 dias. Os genótipos não diferiram quanto à composição química e digestibilidade da fração folha, porém apresentaram grande variação quanto à composição química e digestibilidade da fração colmo. A fração colmo apresentou maiores valores de FDN, FDA e lignina, e menores valores de PB. Entretanto, a fração colmo apresentou maior digestibilidade da MS com 60 dias de crescimento e maior digestibilidade da FDN (DIVFDN) com 30 e 60 dias de crescimento. Os resultados sugerem que, principalmente para sistemas intensivos de exploração do P. maximum, a digestibilidade da fração colmo tem grande validade como medida de qualidade da planta. No experimento 2, quinze híbridos de milho foram avaliados em ensaio sob delineamento de blocos ao acaso, com três repetições, colhidos com 90, 120 e 150 dias após a germinação. O 4° e 5° internódios do colmo, acima do solo, foram retirados para determinação da composição bromatológica e digestibilidade in vitro. Houve queda no teor de fibra e aumento na concentração de lignina com avanço da maturidade, em ambos os internódios. Houve aumento na digestibilidade da MS do 5° internódio com o avanço da maturidade, enquanto que não houve efeito sobre o 4° internódio. Ocorreu redução na digestibilidade da fibra do 4° internódio com o avanço da maturidade, enquanto que não houve efeito sobre o 5° internódio. A digestibilidade da fibra do 4° internódio foi negativamente correlacionada com a lignificação, enquanto que esta correlação foi inexistente no 5° internódio, indicando que o 4° internódio do colmo pode ser utilizado como indicador da queda de digestibilidade da fibra do colmo de híbridos de milho e ocorre com o avanço da maturidade. No experimento 3, nove genótipos de cana-de-açúcar foram colhidos em maio e setembro de 2006, em delineamento inteiramente ao acaso sem repetição de parcelas, por isso não se objetivou a classificação dos genótipos, mas sim a determinação do efeito da maturidade e a existência de variabilidade genética. Em maio, somente a fração planta inteira foi analisada, em setembro foram separados em colmos, folhas ou planta inteira para determinação da composição bromatológica e digestibilidade in vitro. Colmos apresentaram menor teor de fibra em detergente neutro (FDN) e lignina (LIG), e maior digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS) do que folhas. Em contrapartida, apresentaram menor DIVFDN, maior concentração de LIG e menor concentração de proteína bruta (PB) do que folhas. Houve redução no teor e digestibilidade da FDN com o avanço da maturidade, enquanto que DIVMS, POL e lignina aumentaram. A DIVMS se mostrou negativamente correlacionada com FDN e FDN/POL, porém não houve correlação entre DIVFDN e FDN ou FDN/POL. Conclui-se que o avanço da maturidade promove redução na DIVFDN e aumento na DIVMS, não existindo correlação genética entre acúmulo de açúcar e digestibilidade in vitro da fibra. No experimento 4, dos 11 genótipos de P. maximum utilizados no experimento 1, foram selecionados os' 6 genótipos mais divergentes quanto ao efeito da maturidade sobre a DIVFDN do colmo para estudo de expressão gênica de enzimas da via da lignificação. Estes genótipos foram separados em dois grupos: RÁPIDA ou LENTA queda da digestibilidade do colmo com o avanço da maturidade. O seqüenciamento de fragmentos amplificados por PCR demonstrou alta similaridade (89,5%) entre P. maximum, milho e arroz. A quantificação da expressão de 6 genes por PCR em tempo real identificou interação grupo x idade significativa para os genes COMT e C4H, e a decomposição da interação identificou o gene PAL como diferencialmente expresso. A expressão destes três genes aumentou ao longo do desenvolvimento somente no grupo RÁPIDA, sem sofrer alteração de expressão no grupo LENTA, posicionando-os como possíveis moduladores da DIVFDN em P. maximum. Conclui-se que existe grande variabilidade genética quanto ao efeito de maturidade sobre a digestibilidade do colmo, porém não da folha. A DIVFDN do colmo poderia ser utilizada como parâmetro de seleção em programas de melhoramento de gramíneas tropicais. A expressão dos genes COMT, C4H e PAL se mostrou correlacionada com o declínio da DIVFDN do colmo de P. maximum ao longo do desenvolvimento.
Titre en anglais
Maturity and lignification in tropical gasses used for ruminant nutrition.
Mots-clés en anglais
Digestibility
Fiber
Gene expression
Lignin
Panicum maximum
Sacharum spp
Zea mays
Resumé en anglais
The cell wall lignification resultant from the advance in maturity is an important limitation of productivity for the Brazilian cattle industry. Despite the undeniable importance of forages to ruminant production in Brazil, there is no published study with altered lignin synthesis in tropical forages. The objective with this study was to: (1) evaluate the effect of maturity over the nutritional quality of three tropical grasses, Panicum maximum, maize and sugarcane, (2) to determine the existing genetic variability on parameters of nutritional quality, and (3) to sequence and to quantify the expression of the main genes related with lignin biosynthesis in P. maximum, aiming to identify genes whose expression are related with lignifications and with the decline of stem fiber digestibility. In experiment 1, e1even P. maximum genotypes were evaluated in a randomized block design with split-plot, with three replications, harvested at 30, 60 and 90 days of regrowth. There was no variation among genotypes for chemical composition or digestibility for the leaf fraction; however, there was large variability for the chemical composition and digestibility of the stem fraction. The stem fraction had higher NDF, ADF and lignin content, and lower CP values. However, the stem fraction had higher DM digestibility with 60 days of regrowth, and higher NDF digestibility (IVNDFD) with 30 and 60 days of regrowth. The results suggest that, especially for intensive grazing systems using P. maximum, the stem digestibility has great value as a measure of plant quality. In experiment 2, fifieen com hybrids were evaluated in a random block design with three repetitions, harvested with 90, 120 and 150 days after germination. The 4th and 5th above soil stalk intemodes were removed for determination of chemical composition and in vitro digestibility. The fiber content decreased and lignin content increased with advanced maturity, in both intemodes. The DM digestibility of the 5th intemode increased with maturity, while there was no change in the 4th intemode. The fiber digestibility of the 4th intemode was reduced with advanced maturity, while there was no effect on the 5th intemode. Fiber digestibility of the 4th intemode was negatively correlated with lignification, while this correlation was inexistent for the 5th intemode, indicating that the 4th intemode could be used as an indicator of the decrease in stalk fiber digestibility that occurs with advanced maturity of com hybrids. ln experiment 3, nine sugarcane genotypes were harvested in May and in September of 2006, in a completely randomized design, without plot repetition, and therefore it was not the objective to classify the genotypes but only to determine the effect of maturity and the existence of genetic variability. ln May, only the whole-plant fraction was analyzed, in September the genotypes were separated in stems, leaves or whole-plant for determination af chemical composition, and in vitro digestibility. Stems had lower contents of NDF and lignin (LIG), and greater in vitro dry matter digestibility (lVDMD) than leaves. However, stems had lower in vitro NDF digestibility (lVNDFD), higher LIG content and lower crude protein (CP) than leaves. The NDF and IVNDFD were reduced with advanced maturity, while IVDMD, POL and lignin were increased. lVDMD was negatively correlated with NDF and NDF/POL, however there was no correlation between lVFDND and NDF or NDF/POL. It can be concluded that with the advance in maturity the lVNDFD was reduced and lVDMD was increased, and there was no genetic correlation between accumulation of sugar and in vitro fiber digestibility. ln experiment 4, from the 11 P. maximum genotypes evaluated in experiment 1, the six most divergent for the effect of maturity on stem lVNDFD were selected to study expression of genes in the lignin biosynthesis pathway. These genotypes were separated in two groups: FAST and SLOW decline in stem digestibility with advance in maturity. Sequencing of PCR amplified DNA fragments demonstrated high similarity among P. maximum, com and rice. The quantification of the expression of six genes by Real-time PCR identified a significant group x age interaction for the genes COMT and C4H, and the decomposition of the interaction identified the gene P AL as differentially expressed between the two groups. The expression of these three genes increased throughout development only in the FAST group, without alteration in the SLOW group, what position these genes as possible modulators of lVNDFD in P. maximum. We conclude that there is great genetic variability for the effect of maturity over stem digestibility, however not for leaf digestibility. Stem lVNDFD could be used as selection parameter in breeding programs in tropical forages. The expression of the genes COMT, C4H and PAL was correlated with the decline in stem lVNDFD in P. maximum throughout development.
 
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Date de Publication
2010-05-03
 
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