UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES MARIA CRISTINA PIRES DE BRUM MICRORGANISMOS ENDOFÍTICOS DA VIDEIRA NIAGARA ROSADA (Vitis labrusca L.) E O CONTROLE BIOLÓGICO DE Fusarium MOGI DAS CRUZES, SP 2006 UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES MARIA CRISTINA PIRES DE BRUM MICRORG ANISMOS ENDOFÍTICOS DA VIDEIRA NIAGARA ROSADA (Vitis labrusca L.) E O CONTROLE BIOLÓGICO DE Fusarium Dissertação apresentada ao programa de pós-graduação integrada da Universidade de Mogi das Cruzes para obtenção do título de mestre em Biotecnologia ORIENTADOR: PROF. Dr. JOÃO LÚCIO DE AZEVEDO MOGI DAS CRUZES, SP 2006 BOLSA-MESTRADO GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO PROJETO BIOTA FAPESP FICHA CATALOGRÁFICA Universidade de Mogi das Cruzes - Biblioteca Central Brum, Maria Cristina Pires de Microrganismos endofíticos da videira niagara rosada (Vitis labrusca L.) e o controle biológico de Fusarium / Maria Cristina Pires de Brum. -- 2006. 79 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) Universidade de Mogi das Cruzes, 2006. Área de concentração: Biologia celular e molecular Orientador: Dr. João Lúcio de Azevedo - 1. Fungos endofíticos 2. Vitis labrusca 3. Controle biológico 4. Fusarium I. Título II. Azevedo, João Lúcio de CDD 632.96 DEDICATÓRIA Ao meu marido, Antonio Gil, e aos meus filhos, Leon Henrique e Isabella Cristina, por terem suportado com carinho e compreensão todos os momentos de ausência. Aos meus pais, Armando e Maria do Rosário; aos meus irmãos Ana, Eliza, Armando e Renata.porque sem o conforto de seu amor e apoio, a caminhada teria sido muito mais árdua, ofereço. AGRADECIMENTOS Ao Prof. Dr. João Lúcio de Azevedo, pela orientação valiosa e constante, pela confiança, por sua inestimável sabedoria, a qual contribuiu para meu crescimento profissional e pessoal. Ao Prof. Dr. Welington Luís de Araújo pela amizade e constante apoio e sugestões imprescindíveis para o desenvolvimento desse trabalho. À Profª. Dra. Regina L. B. C. de Oliveira e ao prof. Dr. Luiz R. Nunes pelos auxílios prestados na execução dos experimentos. À todos os professores de pós -graduação em Biotecnologia, pela ajuda durante as disciplinas, pela dedicação e pelos bons conselhos, em especial ao prof. Dr. José Luiz C. Wolff e o prof. Dr. Moacyr Wuo. Ao Antonio Gil Vicente de Brum pelo seu amor companheirismo e apoio. Ao meu querido irmão Armando Luiz Pires por toda sua generosidade e apoio para o desenvolvimento deste trabalho e em todos os momentos. À querida amiga Maristela Boaceff Ciraulo, pelos ótimos momentos, pela amizade e pela constante ajuda em diversas ocasiões. Aos amigos do Núcleo Integrado de Biotecnologia pela convivência agradável, pela união e pelos bons momentos que passamos estes anos: Maristela B. Ciraulo, Walter Rubens C. de Oliveira, Vânia Ap. Gonçalves, Sonia N. Minami, Fernanda de Oliveira, Renata Martins, Alex Martins, César Henrique, Tatiane Ivy, Juliana Viana, Fernanda Pessoa, Paulo Mello, Bruno Pellegrini, André Justino, Vânia Ribeiro, Angela Aparecida Moreira,Emy Tiyo Mano, Fabiana Iervolino e Neilce. Aos amigos do Laboratório de Genética de Microrganismos da ESALQ, que muito me auxiliaram no trabalho prático e pelas dicas valiosas: Cristina Maki, Fernando Andreote, Joelma Marcon, José Antonio da Silva, Rodrigo Stuart, Rodrigo Mendes e Welington Luiz de Araújo; Aos amigos do Laboratório de Genética de Microrganismos da ESALQ pelos bons momentos que passamos nesses anos: Aline Romão, Beatriz Rodrigues, Cristina Maki, Eliandra Sia, Fernando Andreote, Joelma Marcon, José Antonio da Silva, Carolina Quecine, Priscilla Rossetto, Rodrigo Stuart, Rodrigo Mendes e Welington Luiz de Araújo; Ao Governo do Estado de São Paulo pela ajuda financeira cedida através do Projeto Bolsa-Mestrado e ao Projeto Biota FAPESP. A UMC por auxiliar o meu crescimento profissional e educacional. RESUMO Endófitos são aqueles microrganismos, cultiváveis ou não, que habitam o interior dos tecidos vegetais, sem causar danos ao hospedeiro e que não desenvolvem estruturas externas. Estes microrganismos podem aumentar o vigor e/ou proteger a planta hospedeira contra pragas e doenças. O Estado de São Paulo é o maior produtor brasileiro de uva de mesa predominando a variedade Niagara Rosada (Vitis labrusca). Em vista da relevante importância que têm os endófitos para as plantas, o estudo das comunidades endofíticas de plantas ainda não investigadas, como a Niagara Rosada, amplia as possibilidades de descoberta de novos microrganismos de interesse biotecnológico. Diante do exposto o presente trabalho teve por objetivos: i) estudar a diversidade de fungos endofíticos associados a Niagara Rosada; ii) Avaliar a influência de fatores abióticos sobre a freqüência de isolados endofíticos e iii) avaliar o potencial de antagonismo dos endófitos contra Fusarium , um fungo cosmopolita que causa prejuízos para diversas culturas. A diversidade de fungos endofíticos isolados foi avaliada por meio da técnica de ARDRA e seqüenciamento. Foram observados 15 haplótipos, evidenciando uma grande diversidade dentro da comunidade endofítica de V. lambrusca. Foi observado que esta comunidade fúngica é composta por Colletotrichum, Nigrospora, Aspergillus, Rhizoctonia, Guignardia, Fonsecaea, Scopulariopsis, Pestalotiopsis, Alternaria, Epicoccum, sendo Colletotrichum o gênero dominante, sendo que a temperatura e pluviosidade alteram a densidade fúngica em V. labrusca. Foi observado também que 79% destes fungos endofíticos foi capaz de inibir in vitro Fusarium sp. e F. oxysporum, indicando o seu potencial para o controle deste fungo patogênico. Palavras chave: fungos endofíticos; Vitis labrusca; biocontrole, Fusarium. ABSTRACT Endophytes are all microorganisms, culturable or unculturable, that inhabit the inner plant tissues, causing no disease symptoms or external structures. These microorganisms may increase plant fitness and/or protect the host plant against insects and phytopathogens. São Paulo state is the major Brazilian producer of in natura grape, and the Rose Niagara (Vitis labrusca) is the most important variety. Endophytes are very important for host plant and, therefore, the study of this community from not studied plant species, such as V. labrusca, may increase the possibility to find new microbial species with biotechnological interest. Therefore, the objectives of the present work were to: i) study the diversity of endophytic fungi from V. labrusca; ii) evaluate the effect of the abiotic factors on the fungal frequency and iii) evaluate the potential of these endophytic fungi to inhibit in vitro Fusarium spp, an fungi that can be responsible for plant disease worldwide. The fungal diversity was evaluated by ARDRA technique and rDNA sequencing. Fifteen fungal haplotypes were observed, which after morphological and molecular identification indicated that the endophytic community associated V. lambrusca is composed by Colletotrichum, Nigrospora, Aspergillus, Rhizoctonia, Guignardia, Fonsecaea, Scopulariopsis, Pestalotiopsis, Alternaria and Epicoccum, been Colletotrichum the dominant genus. The fungal density was affected by temperature and rain intensity. Also, the frequency of endophytic fungi able to inhibit in vitro Fusarium sp. and F. oxysporum was 79%, indicating that this fungal community has the potential for biocontrol of these phytopathogenic fungi. Key words: endophytic fungi; Vitis labrusca; biocontrol, Fusarium. LISTA DE TABELAS Tabela 1 Componentes e Concentrações Utilizadas nas Reações de PCR...... 44 Tabela 2 Haplótipos gerados pela aplicação de ARDRA. Sessenta e um fungos endofíticos isolados foram submetidos à técnica de ARDRA gerando 15 padrões eletroforéticos distintos denominados haplótipos, os fungos são divididos segundo o haplótipo a que pertencem e as amostras identificadas apresentam o método pelo qual foram identificadas....................................................................... 56 Tabela 3 Antagonismo ao Fusarium e Fungos Identificados.............................. 60 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Metodologia de Coleta. O desenho da videira exemplifica a metodologia utilizada para coletar o material vegetal, observe a distância do ramo ao solo, para evitar contaminação por microrganismos de solo, as 4° e 5° folhas coletadas são folhas maduras e selecionadas .......... Figura 2 Agregado de Genes Ribossomais. Destaque da região de amplificação pela PCR.......................................................... Figura 3 Relação entre Freqüência de Isolamento (F.I.) e Temperatura; dados de temperatura local fornecidos pelo DAEE durante as coletas...................................................... Figura 4 Relação entre Freqüência de Isolamento e Pluviosidade; média da dos pluviosidade 15 dias que antecederam a coleta, dados de pluviosidade fornecidos pelo DAEECTH....................................................................................... Figura 5 Estruturas Fúngicas; fotos de estruturas reprodutivas observadas ao microscópio ótico em aumento de 400x e 1000x..................................................................................... Figura 6 População Relativa de Fungos Isolados; População relativa de fungos que compõem a comunidade de fungos endofíticos associados a Niagara Rosada, 14 gêneros foram identificados................................................................ Figura 7 Gel de ARDRA; as seqüências de 19 amostras de fungos endofíticos foram clivadas com a enzima de restrição HinfI....................................................................................... Figura 8 Árvore Filogenética; contruída com as seqüências ITS15.8S-ITS2 do rDNA, mostra a relação entre fungos endofíticos de Niagara Rosada ............................................ Figura 9 Porcentagens de Isolados por Haplótipo; 15 haplótipos foram obtidos pela análise de ARDRA a partir de 61 isolados................................................................................. Figura 10 Interações entre fungos endofíticos e F. oxysporum. I e II as setas indicam formação de halo de inibição *(+++); III e IV setas indicam inibição forte, mas sem formação de halo *(++); V, setas indicam a competição entre F. oxysporum e isolados endofíticos *(+); e em VI, setas mostram que não ocorreu nenhuma inibição do Fusarium *(-). ........................ Figura 11 Produção de Pigmento. Em A,seta indica produção de pigmento em meio sólido pelo fungo Aspergillus sp. amostra 2F6; em B. meio de cultura líquido apresentando coloração por pigmentos produzidos pelos fungos: Penicillium sp. 2F14 e Epicoccum sp.1F6............................. 38 44 51 51 52 53 55 57 57 59 60 Figura 12 Reação de Antagonismo de Colletotrichum endofítico; resultados dos testes de antagonismo do Colletotrichum sp. ao Fusarium sp. e Fusarium oxysporum......................... 61 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ARDRA BD Análise de restrição de DNA ribossomal amplificado Batata dextrose líquido BDA Batata dextrose ágar CTH Centro Tecnológico de Hidráulica DAEE Departamento de Águas e Energia Elétrica. DGGE Gradiente de desnaturação em gel de elétroforese DNA EDTA Ácido desoxiribonucleico Ácido etilenodiamino tetraacético EMBRAPA Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária ESALQ Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz F.i. Freqüência de Isolamento ITS Espaçador interno transcrito LB Loading buffer (tampão de carregamento) pb Pares de bases PCR PGPR P.r rDNA Reação de polimerização em cadeia Rizobactérias promotoras de crescimento População relativa Ácido desoxiribonucleico ribossomal RNA Àcido ribonucleico SDS Dodecil Sulfato de Sódio Taq Thermus aquaticus TE Tris HCl - EDTA UV Ultra violeta SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO........................................................................................................ 1.1 Conceitos.................................................................................................... 1.2 Microrganismos Endofíticos e sua ocorrência............................................. 1.3 Isolamento de Microrganismos Endofíticos................................................. 1.4 Fungos: Importância, Características e Biodiversidade.............................. 1.5 Identificação dos Fungos Endofíticos......................................................... 1.6 Caracterização Molecular dos Fungos........................................................ 1.7 Fungos Associados à Videira...................................................................... 1.8 Influência de Fatores Abióticos sobre a Comunidade Endofítica................ 1.9 Testes de Antagonismo ao Fusarium ......................................................... 1.10 Interações e Especificidade entre Microrganismos Endofíticos e Planta Hospedeira........................................................................................................... 1.11 Aplicações Biotecnológicas de Microrganismos.......... ............................. 1.11.1 Controle Biológico de Insetos e Doenças.............................................. 1.11.2 Produção de metabólitos secundários e enzimas.................................. 1.11.3 Promoção de crescimento vegetal......................................................... 1.11.4 Características da Niagara Rosada (Vitis labrusca) ............................. 2 OBJETIVOS.......................................................................................................... 3 MATERIAIS E MÉTODOS...................................................................................... 3.1 Material Vegetal e Local de Coleta das Amostras......................................... 3.2 Desinfecção Superficial.................................................................................. 3.3 Isolamento de Fungos Endofíticos................................................................. 3.4 Purificação e Conservação dos Fungos Isolados.......................................... 3.5 Análise da Diversidade Genética de Fungos Associados à Videira Niagara Rosada................................................................................................................. 3.5.1 Identificação Morfológica............................................................................. 3.5.2 Extração de DNA Total................................................................................ 3.5.3 Amplificação e Seqüenciamento da região ITS1-5,8S-ITS2 do Agregado de genes rDNA .................................................................................................... 3.5.4 Análise dos Polimorfismos pela utilização de ARDRA ............................... 3.6 Experimentos de A ntagonismo in vitro........................................................... 3.6.1 Leveduras isoladas e Controle biológico.................................................... 3.7 Análise dos Dados......................................................................................... 3.7.1 Análise da Variabilidade Genética.............................................................. 3.7.2 Construção da Árvore Filogenética............................................................. 3.7.3 Análise estatística....................................................................................... 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO.............................................................................. 4.1 Isolamento de Fungos Associados a Niagara Rosada.................................. 4.2 Análise da Diversidade dos Fungos Endofíticos Isolados de Niagara Rosada................................................................................................................. 4.3 Potencial dos Fungos Endofíticos Associados a Videira em Antagonizar in vitro Fusarium....................................................................................................... 16 17 18 20 22 23 24 25 25 26 27 30 30 33 33 34 36 37 37 39 39 40 41 41 41 43 45 46 47 47 47 47 48 49 49 53 vitro Fusarium....................................................................................................... 4.3.1 Teste de Antagonismo de Levedura Endofítica ao Fusarium..................... 5 CONCLUSÕES....................................................................................................... REFERÊNCIAS ..................................................................................................... ANEXOS................................................................................................................. 58 62 63 64 74 APRESENTAÇÃO Os microrganismos endofíticos comprovadamente protegem a planta hospedeira contra insetos, doenças fúngicas e bacterianas inclusive aumentando o vigor da planta. Também se sabe que a utilização de substâncias xenobióticas na agricultura contra insetos e doenças tem severas implicações tanto ambientais como para o ser humano, principalmente se aplicado em produtos consumidos in natura como é o caso das frutas. Sendo o Estado de São Paulo o maior produtor brasileiro de uva comum de mesa, mais especificamente a variedade Niagara Rosada, este trabalho visou caracterizar a microbióta endofítica desta variedade de uva, visando sua aplicação no controle biológico. Para tanto, foi escolhido Fusarium spp. para realização dos testes de controle biológico in vitro, devido a este fungo ser amplamente distribuído, ser cosmopolita e causar mundialmente grandes perdas econômicas para a agricultura, tanto pela morte das plantas como produzindo toxinas que contaminam grãos armazenados causando sérios problemas à saúde de animais alimentados com rações feitas com grãos contaminados e ao ser humano sendo o consumo de grãos e cereais contaminados por Fusarium spp. pode causar câncer esofágico em humanos. Os resultados que foram por nós obtidos nos testes de antagonismo realizados in vitro são bastante promissores, e vários endófitos foram capazes de conter o crescimento de Fusarium . Testes em casa de vegetação poderão ser realizados para a confirmação da eficácia em campo, dos isolados endofíticos de Niagara Rosada contra o Fusarium spp. 16 1 INTRODUÇÃO Microrganismos endofíticos são todos aqueles cultiváveis ou não, que habitam o interior dos tecidos vegetais, sem causar mal ao hospedeiro e que não desenvolvem estruturas externas. Endófitos possuem a capacidade de produzir alterações fisiológicas e muitos outros efeitos nos vegetais que os albergam como proteção contra doenças e pragas, aumentando a taxa de crescimento pela produção de reguladores de crescimento vegetal, induzindo a resistência da planta a patógenos, e reduzindo a herbivoria pela produção de substâncias inseticidas no interior da planta. A utilização de substâncias xenobióticas para o controle de pragas e doenças da lavoura, não tem se mostrado totalmente eficiente já que muitas vezes o patógeno penetra no tecido vascular da planta ou pode criar resistência. Ainda, os insumos químicos têm causado impactos negativos nos mais diferentes compartimentos dos ecossistemas, problemas à saúde humana bem como ao meio ambiente. O desequilíbrio ecológico devido à eliminação de microrganismos endofíticos, que desempenham um papel de proteção da planta hospedeira, e a seleção de organismos resistentes a estas substâncias, são fatores de risco para o equilíbrio do meio ambiente e impulsionam a busca de técnicas alternativas para controlar doenças e pragas que causam prejuízos para culturas de importância econômica. Em virtude das vantagens que a planta hospedeira usufrui pela simbiose que mantém com a comunidade endofítica que alberga, diversos estudos, inclusive sobre produção de metabólitos secundários com propriedades de interesse da indústria química e farmacêutica, têm sido desenvolvidos. A utilização de endófitos no controle biológico de doenças causadas por fungos e bactérias fitopatogênicos e insetos pragas da lavoura, também vem sendo estudada, sendo seu emprego, específico para determinado organismo que se pretende controlar, de modo, que esta prática reduz os riscos ao meio ambiente e ao ser humano. Neste contexto os endófitos representam uma importante alternativa à utilização das substâncias xenobióticas no controle dos fungos e bactérias fitopatogênicos, bem como, insetos pragas da lavoura. 17 O Fusarium é um fungo fitopatogênico cosmopolita, amplamente distribuído ao redor do mundo, que além de causar inúmeras doenças em diferentes espécies vegetais, sobretudo em culturas de importância econômica, causando grandes prejuízos, também produz toxinas que podem comprometer grãos e cereais estocados, por serem prejudiciais à saúde de animais e humana. Além disto, estes fungos são de difícil controle, sendo atualmente as principais formas de controle utilizadas o controle químico e o plantio de variedades de plantas resistentes. Assim, o isolamento e caracterização de microrganismos endofíticos de plantas hospedeiras ainda não estudadas, possibilitam a descoberta de novas espécies com potencial para controle biológico, ou mesmo microrganismos capazes de produzir novas substâncias de interesse. O Estado de São Paulo responde pela maior parcela da produção brasileira de uva de mesa, dentre as variedades cultivadas classificadas como uvas do tipo comum de mesa, o cultivo da variedade Niagara Rosada predomina. Niagara Rosada (Vitis labrusca), é uma planta que apresenta certa resistência a doenças, o que pode ser um indício de resistência adquirida pela simbiose com sua comunidade endofítica. Desta maneira, sua microbiota endofítica pode conter microrganismos que apresentem bom potencial como agentes de biocontrole. Diante do exposto, o presente trabalho teve como objetivos gerais isolar e caracterizar a comunidade fúngica endofítica da cultivar Niagara Rosada (Vitis labrusca), bem como testar seu potencial de antagonismo contra espécies do fungo fitopatogênico Fusarium. 1.1 Conceitos Apesar de os microrganismos endofíticos terem sido mencionados pela primeira vez no início do século XIX, quem primeiro delineou a diferença entre eles e os patógenos de plantas foi Bary (1866). Apenas no século XX no fim dos anos 70, é que os microrganismos endofíticos começaram a adquirir importância, quando foi verificado 18 que eles apresentavam interações simbióticas com o hospedeiro, protegendo as plantas do ataque de insetos, de doenças e de mamíferos herbívoros. Microrganismos endofíticos, como podem ser chamados, eram considerados quaisquer microrganismos que em pelo menos uma parte do seu ciclo de vida, colonizavam o interior de tecidos vegetais aéreos sem causar danos aparentes àplanta hospedeira (CARROLL, 1986; PETRINI et al., 1991). As bactérias fixadoras de nitrogênio, fungos micorrízicos e demais microrganismos que habitam o interior das raízes, desta maneira, não eram considerados endófitos, sendo tratados separadamente. A definição de que endófitos eram considerados microrganismos que são isolados de tecidos vegetais desinfectados superficialmente ou do interior destes, e que não causam danos aparentes à planta hospedeira, foi proposta (HALLMANN et al., 1997). Apesar desta definição ter englobado os microrganismos endofíticos que habitam internamente as partes subterrâneas da planta, ainda não era completa por excluir ou simplesmente omitir as populações microbianas não cultiváveis difíceis de sobreviver em condições de laboratório, por isso pouco estudadas (ARAÚJO et al., 2002). Ainda, os endófitos foram definidos como microrganismos que habitam tecidos internos da planta sem causar qualquer efeito negativo imediato (BACON & WHITE, 2000). A mais recente definição de endófitos é mais ampla e diz que: "Endófitos” são todos microrganismos cultiváveis ou não, que habitam o interior dos tecidos vegetais, sem causar mal ao hospedeiro e que não desenvolve estruturas externas, excluindo desta maneira bactérias nodulantes e fungos micorrízicos que embora endofíticos, são estudados de maneira separada (AZEVEDO & ARAÚJO, 2006). 1.2 Microrganismos Endofíticos e sua ocorrência Fungos endofíticos foram estudados principalmente em plantas de regiões temperadas, e mais recentemente em plantas das regiões tropicais (AZEVEDO et al., 2002; ARAÚJO et al., 2002). Os primeiros estudos sobre bactérias endofíticas foram feitos por Colombo (1978), quando estudando algas, verificou a ocorrência de bactérias 19 endofì ticas em seu talo. Este autor supôs existir uma relação fisiológica equilibrada entre as bactérias e seu hospedeiro, sugerindo uma ligação dos endófitos com a atividade fotossintética da alga e sua provável dependência de oxigênio, pois estes se encontravam próximos aos cloroplastos e nas regiões mais jovens dos talos. Todas as espécies vegetais estudadas até o momento apresentaram microrganismos endofíticos (STROBEL & DAISY, 2003). Os estudos sobre endófitos se intensificaram nos anos 80, e apesar de devidamente comprovada a existência da microbiota endofítica, aspectos ecológicos, genéticos e fisiológicos dessas interações ainda devem ser melhor esclarecidas. O conhecimento da diversidade desses organismos é de extrema importância, os estudos referentes à sua presença, freqüência e funções aumentam as informações sobre a microbiota endofítica, elucidando as bases biológicas dessas interações (BARROS, 2003). Diversas espécies vegetais já tiveram suas comunidades endofíticas isoladas e caracterizadas: Citrus (ARAÚJO et al., 2001), Palicourea longiflora e Strychnos cogens (SOUZA et al., 2004), Dicksonia Sellowiana (BARROS, 2003), Bactris gasipaes (ALMEIDA et al., 2005); Glicine max (KUKLINSKY-SOBRAL et al., 2005); Triticum aestivum ( LARRAN et al., 2002); e Citrus limon L. (DURAN et al., 2005). A entrada de microrganismos endofíticos na planta se faz por várias vias, e uma das principais é através das raízes, por ranhuras causadas pelo atrito com o solo durante o crescimento, permitindo a entrada de microrganismos. Outros fungos associados às plantas iniciam seu ciclo de vida com a germinação do esporo seguido do crescimento da hifa na folha ou superfície de raiz, e a penetração destes fungos endofíticos na planta pode ocorrer, até mesmo, por aberturas naturais do hospedeiro como estômatos e hidatódios (WAGNER & LEWIS, 2000). Piriformospora indica é um fungo endofítico que pode produzir apressórios que favorecem a penetração nos tecidos da planta hospedeira (VARMA et al., 1999). Entretanto, outros fungos não utilizam apressórios para penetrar na planta hospedeira, seus esporos germinam sobre a planta como no milho, e crescendo de forma aleatória nesta superfície, onde posteriormente podem penetrar via estômatos ou por entre as células da epiderme através da cutícula. Nesta penetração, deve estar envolvida a ocorrência de ação enzimática a partir das hifas sobre a cutícula dos tecidos do hospedeiro, como ocorre 20 no fungo Beauveria bassiana, permitindo assim a sua penetração. Em seguida, o endófito pode se movimentar de forma passiva no interior no hospedeiro, pelo xilema (WAGNER & LEWIS, 2000). Os endófitos podem colonizar os tecidos vegetais ocupando espaços intercelulares, o interior de tecidos vasculares ou mesmo intracelularmente. Segundo Araújo et al. (2002), os mais variados órgãos vegetais como folhas, ramos, caules, raízes e estruturas florais, tais como pólen, ovários, anteras e estames, podem ser colonizados. Entretanto, fungos e bactérias endofíticos parecem apresentar diferentes preferências quanto às regiões da planta hospedeira que colonizam. Fisher et al. (1992) isolaram bactérias e fungos endofíticos de três tipos de tecidos (epiderme e córtex do caule e folha) de plantas de milho sadias, e verificaram que as partes das plantas mais próximas do solo eram mais colonizadas por bactérias que a parte superior das plantas. Já os fungos endofíticos, parecem colonizar preferencialmente as partes aéreas da planta hospedeira e os espaços intercelulares. 1.3 Isolamento de Microrganismos Endofíticos O processo de isolamento de microrganismos endofíticos é de suma importância para a caracterização da comunidade endofítica de determinada planta e deve ser realizado criteriosamente de modo que não seja obtido um perfil irreal das comunidades microbianas endofíticas que habitam a planta a ser estudada. Assim, a avaliação de vários fatores deverá preceder o isolamento de microrganismos endofíticos. Segundo Araújo et al., (2002) é importante a escolha certa do material vegetal, pois espera-se obter linhagens que colonizem naturalmente a planta e que possam conferir características desejadas ao hospedeiro; a idade da planta, os órgãos e tecidos utilizados para o isolamento. O local e a época da coleta também devem ser considerados. A produção pela planta de metabólitos de interesse biotecnológico, pode ser um fator importante na escolha da planta hospedeira pela possibilidade do endófito ter 21 adquirido geneticamente a capacidade para produzi -los, durante sua coevolução com a planta hospedeira, e esta possibilidade é bastante vantajosa. Segundo Azevedo (1999), a capacidade potencial que os endófitos possuem de produzir fitoquímicos obtidos originalmente da planta hospedeira, permite a produção dos fármacos pelo fungo, por fermentação industrial, protegendo desta maneira plantas que possuem crescimento lento, de possível risco de extinção. A realização de várias coletas e repetições é importante para a diferenciação dos reais endofíticos, daqueles microrganismos epifíticos que eventualmente possam ser isolados e até mesmo contaminantes, e testes de controle para verificação da eficácia da desinfecção superficial dos tecidos vegetais a serem submetidos a isolamentos devem ser feitos a cada processo de desinfecção (BARROS, 2003). O emprego da microscopia ótica e eletrônica auxilia na detecção de microrganismos endofíticos, mas não descarta a necessidade de isolamento destes. A etapa de isolamento deve ser cuidadosamente realizada a fim de eliminar a microbiota epifítica existente na planta em estudo sem, entretanto, alterar a endofítica. Esta fase refere-se à lavagem dos tecidos vegetais utilizando agentes desinfectantes (PEREIRA et al. 1993; ARAÚJO et al 2002). O tempo de imersão do material vegetal nos agentes desinfectantes e a própria concentração destes pode variar de acordo com a textura do tecido vegetal em estudo (PEREIRA et al. 1993). Geralmente as técnicas utilizadas para isolar os endófitos baseiam-se na ruptura ou fragmentação do tecido vegetal, seguido de sua inoculação sobre meios específicos para o tipo de microrganismo que está sendo pesquisado (ARAÚJO et al., 2002), sendo possível monitorar organismos específicos no ambiente, por meio do isolamento seletivo de determinados endófitos, (MELO E AZEVEDO, 2000). A purificação dos microrganismos isolados e estocagem dos mesmos empregando o processo de preservação apropriado entre os vários disponíveis, são as etapas subseqüentes do processo de isolamento, fase esta, imprescindível, pois uma colônia isolada aparentando ser constituída por uma única espécie microbiana, pode ser uma mistura de espécies (ARAÚJO et al. 2002). 22 1.4 Fungos: Importância, Características e Biodiversidade Atualmente estima-se que o Reino Fungi apresente, aproximadamente, 1,5 milhão de espécies com representantes habitando praticamente todos os ecossistemas existentes no planeta. Ainda assim, atenção especial deve ser dispensada com relação à preservação destes microrganismos, pois segundo Cherfas (1991), tem se observado na Europa um grande declínio no número de espécies fúngicas bem como na quantidade de indivíduos nos últimos tempos. Diante desta situação e em vista da importância destes microrganismos, é urgente que estudos para catalogar fungos, no mundo, sejam realizados, principalmente nas regiões tropicais e subtropicais, onde esta situação ainda é mais grave, pelo risco de extinção de espécies antes mesmo de serem catalogadas. Os Fungos apresentam grande diversidade dentre as milhares de espécies conhecidas e apresentam características em comum que os distinguem dos demais reinos (AZEVEDO, 2001), podendo ser classificados de acordo com aspectos morfológicos e reprodutivos, nos grupos: Ascomycota, Zygomicota/Trichomycota, Deuteromycota, Chytridiomycota e Stramenophila (Hyphochytridiomycota, Labyrinthulomycota e Oomycota). Encontram-se, nestes grupos, fungos associados a plantas, os quais compreendem uma porção bastante grande e heterogênea que têm importância, tanto na agricultura como em ambientes naturais. Eles apresentam uma diversidade genética bastante grande, fruto das diversas estratégias de sobrevivência e também da interação de cada espécie com seu hospedeiro (HAWKSWORTH, 1991). São organismos heterotróficos desprovidos de clorofila, mas historicamente comparados às plantas, com destacada habilidade para utilizar praticamente qualquer fonte de carbono como alimento. Realizam nutrição absortiva liberando enzimas no meio em que habitam, quebrando moléculas grandes presentes no meio, tais como carboidratos, proteínas e lipídios, em moléculas menores e mais solúveis, facilitando sua absorção. Outra característica é sua fonte primária de reserva de carboidratos que é o glicogênio, ao contrário das plantas que têm o amido para desempenhar esta função, (ALEXOPOULOS et al. 1996). As paredes celulares fúngicas têm quitina em 23 sua composição, tornando-as rijas e espessas, principalmente dos fungos chamados filamentosos, que possuem filamentos ou hifas que conjuntamente, formam o micélio do fungo. Existem fungos não filamentosos, como as leveduras, que são unicelulares e reproduzem-se por brotamento; outros ainda, formam estruturas macroscópicas, como os cogumelos comestíveis (AZEVEDO, 2001). Como fonte de produtos químicos, incluindo vários antibióticos, os fungos são extremamente valiosos além de apresentarem grande potencial no controle biológico de pragas (HAWKSWORTH, 1991; AZEVEDO, 1998.b; STROBEL & DAISY, 2003). Apesar dos efeitos indesejáveis dos fungos serem enfatizados pela população leiga, vários são os benefícios que estes microrganismos oferecem: antibióticos como a penicilina produzida pelo fungo Penicillium notatum, as fermentações biológicas envolvendo fungos, utilizadas pelo ser humano há milênios na fabricação de pães e bebidas fermentadas como o vinho e a cerveja (AZEVEDO, 2001 ). Mais recentemente, o resveratrol, uma fitoalexina produzida pela videira em resposta de defesa ao fungo Botrytis cinerea, tem sido vastamente estudada pelos seus efeitos benéficos contra doenças cardiovasculares e o tratamento de algumas neoplasias. 1.5 Identificação dos Fungos Endofíticos Os métodos utilizados atualmente para detectar e identificar fungos em tecidos vegetais são: a observação histológica, o método de esterilização superficial do tecido da planta hospedeira e isolamento do fungo emergente sobre meio de cultura adequado e detecção por especificidade química, incluindo métodos imunológicos e metagenômica (SCHULZ & BOYLE, 2005). A metagenômica é a análise genômica de comunidades microbianas inteiras e tem revolucionado a microbiologia, sendo aplicada a estudos de comunidades microbianas de solo, água do mar e até do trato digestivo de humanos. É também utilizada para o estudo de comunidades endofíticas, pois permite a identificação de microrganismos não cultiváveis em condições de laboratório e que possuem uma 24 variedade de genes desconhecidos com novas funções. Bibliotecas de DNA metagenômico podem assim, armazenar genes para expressão de novas enzimas e metabólitos. Tradicionalmente, a identificação e classificação de fungos endofíticos é baseada em características morfológicas como: morfologia da colônia de cultura monospórica de isolados em meios de cultura específicos, pigmentação, taxa de crescimento, especificidade de hospedeiros, perfil dos metabólitos secundários (THRANE, 1990), observação das estruturas reprodutivas dos fungos (KENDRICK & CARMICHAEL, 1973). Entretanto, em face da complexidade na identificação de estruturas reprodutivas fúngicas, as técnicas moleculares vêm sendo preferencialmente utilizadas para esta tarefa, pelo fato das informações fornecidas serem mais precisas, reproduzíveis, além de permitirem estudos filogenéticos; entretanto, a caracterização morfológica microscópica e macroscópica, pela observação da colônia, ainda desempenham um papel fundamental na identificação de fungos, complementando outras técnicas. 1.6 Caracterização Molecular dos Fungos A região ITS (Espaçador interno transcrito ou internal trancribed spacer) localiza se entre os genes 18S e 28S do rDNA. Incorpora também o gene 5,8S e tem sido utilizada para diferenciar espécies de fungos (WHITE et al. 1990; GARDES & BRUNS, 1993; LARENA et al., 1999). Regiões espaçadoras de rDNA que não codificam, tais como a ITS, tem o benefício de uma rápida taxa de evolução e resultam em maior variação da seqüência entre espécies coincidentes comparadas com regiões mais conservadas do agrupamento de genes do rDNA. Desta forma, seqüências ITS fúngicas geralmente fornecem maior resolução taxonômica que seqüências geradas de regiões codificadoras (FUNGARO, 2001). 25 1.7 Fungos Associados à Videira Até o momento poucos estudos foram realizados para avaliar a comunidade fúngica associada à videira. Os dados da literatura resumem -se quase que exclusivamente ao estudo de fungos que causam doenças nessa cultura, sendo descritos principalmente: o fungo Elsinoe ampelina, forma anamorfa Sphaceloma ampelinum = Gloeosporium ampelophagum, agente causal da antracnose, também conhecida como varola, negrão, carvão ou olho-de-passarinho; Phomopsis viticola = Fusicoccum viticola, agente causal da escoriose da videira; Plasmopara viticola, um pseudofungo, agente causal do míldio; Uncinula necator agente causal do oídio; Pseudocercospora vitis agente causal da Mancha das folhas, também conhecida como mancha de isariopsis; Botryotinia fuckeliana, forma conidiana Botrytis cinerea agente causal da podridão cinzenta da uva, também conhecida como podridão do cacho, mofo cinzento ou podridão de botritis; Glomerella cingulata, forma conidial Colletotrichum gloeosporioides agente causal da Podridão da uva madura; Greeneria uvicola, sinônimo de Melanconium fuligineum agente causal da podridão amarga; Fusarium oxysporum f.sp. herbemontis agente causal da fusariose; Armillaria mellea agente causal da Podridão de Armillaria; Rosellinia necatrix agente causal da comumente conhecida podridão radicular ou podridão de roselinia. Os aspectos mais abordados são condições de vulnerabilidade da viticultura à estas doenças, sintomatologia e formas de controle (SÔNEGO et al, 2001). 1.8 Influência de Fatores Abióticos sobre a Comunidade Endofítica Segundo Maki (2006), a estrutura da comunidade endofítica varia em função do ambiente ao qual a planta está adaptada, bem como as oscilações de fatores abióticos, tais como temperatura, regime de chuvas e predominância de espécies de microrganismos presentes naquele ambiente e adaptados a ele. Arnold et al. (2003), 26 observou que folhas ou plântulas de cacau em fase de emergência, não apresentam endófitos cultiváveis, porém, com a molha das plantas pela chuva, orvalho ou névoa, os microrganismos se tornam aptos a penetrar a planta e colonizá-la persistentemente como endófitos, sem causar danos aparentes. 1.9 Testes de Antagonismo ao Fusarium Fusarium é um gênero de fungo filamentoso cosmopolita amplamente distribuído em plantas e no solo. Fusarium pode produzir micotoxinas em cereais e grãos estocados, o que pode afetar a saúde de humanos e animais (MARTINS, 2005). As principais toxinas produzidas por Fusarium são as fumosinas, conhecidas por causar câncer esofágico em humanos. No Brasil, embora sabidamente as micotoxinas sejam responsáveis por expressivos prejuízos na produção de grãos, praticamente não existem estimativas das perdas econômicas associadas às micotoxinas. Mesmo em países com alta tecnologia para produção e armazenamento de milho, as perdas por presença de micotoxinas são elevadas. O gênero Fusarium causa algumas das mais importantes doenças de plantas, afetando economicamente a agricultura. Culturas como feijão, milho, uva e inúmeras outras podem sofrer grandes prejuízos por este fungo. Na viticultura, a fusariose, causada pelo fungo Fusarium oxysporum f.sp. Herbemontis é uma doença que ataca as plantas através do sistema radicular (fungo de solo) e se desenvolve no sistema vascular da planta, é considerado um dos principais problemas da viticultura pois, quando presente no vinhedo, causa a morte das plantas (SÔNEGO et al, 2001). A maioria das espécies de Fusarium é composta por fungos de solo ativos na decomposição de substratos celulósicos das plantas, sendo alguns parasitas destas, (MARTINS, 2005). Segundo Sonego et al (2001), os fungos de solo são de difícil controle e os tratamentos com fungicidas são muito dispendiosos, principalmente pelo alto custo da incorporação do produto ao solo. Outra desvantagem do controle com 27 substâncias xenobióticas é que, além dos problemas de deposição no meio ambiente e impacto que causam, sua utilização não é completamente eficaz, pelo fato do Fusarium se alojar no sistema vascular do vegetal. Dentre as estratégias no combate ao Fusarium estão: o plantio de cultivares menos suscetíveis, cuidado em evitar ferimentos ao sistema radicular das plantas, desinfestação do solo com fungicida químico e rotação de cultura, utilizando plantas não hospedeiras (AGRIOS, 1988; SONEGO et al, 2004). Isolados não patogênicos de Fusarium , isolados de solo, bem como isolados endofíticos mostraram-se eficientes para o biocontrole de formas patogênicas do fungo, segundo Fravel et al, (2003). A utilização de outros fungos endofíticos no biocontrole de Fusarium pode ser uma alternativa de extrema importância, em vista das dificuldades de controle deste fungo e os prejuízos causados por este em diversas culturas . 1.10 Interações e Especificidade entre Microrganismos Endofíticos e Planta Hospedeira As interações entre uma planta e os microrganismos são diversas; existem microrganismos que habitam a superfície externa da planta (filoplano), e são denominados epifíticos; outros vivem na rizofera, e finalmente os microrganismos endofíticos, que habitam internamente a planta e que são o objeto de estudo deste trabalho. Fungos e bactérias endofíticos são simbióticos, não patogênicos ou exercem baixo grau de patogenicidade dentro da planta hospedeira . Todas as partes da planta possuem microrganismos endofíticos, existindo um certo grau de especificidade endófito-hospedeiro (MELO, 2002). Entretanto, a existência de um isolado como endófito não exclui a possibilidade de que este venha a se tornar patogênico quando o hospedeiro estiver estressado ou senescente (KULDAU e YATES, 2000), pois um fungo ocupando assintomaticamente um tecido vegetal, pode ser um patógeno fraco ou ainda 28 um habitante de um nicho aguardando uma oportunidade para propagar-se (SCHULZ & BOYLE, 2005). As interações ou simbioses estabelecidas pelos fungos podem ter as mais variadas características, tais como: mutualística, onde o fungo e o organismo associado obtêm vantagens na interação; neutra ou comensalística, onde o organismo associado não é afetado pela interação e antagonista ou parasítica, onde o organismo associado é comprometido pela interação (CARROLL & WICKLOW, 1992). Mais recentemente, estas interações entre a planta hospedeira e o endófito foram analisadas por um outro enfoque. Schulz & Boyle (2005), lançam a hipótese que não há interações neutras entre endófitos e plantas hospedeiras, mas sim, um balanço de antagonismos, havendo sempre pelo menos um grau de virulência por parte dos fungos possibilitando a infecção, enquanto a defesa da planta hospedeira limita o desenvolvimento do fungo invasor e conseqüentemente, da doença. Também, os endófitos, em contraste aos patógenos conhecidos, geralmente teriam muito maior plasticidade genotípica e assim teriam mais opções que os patógenos: infecção, local, mas também extensiva colonização, latência, virulência, patogenicidade e/ou saprofitismo. Esta plasticidade genotípica segundo os autores, seria um motor de evolução. Quanto às simbioses e relações mutualísticas, as interações endófito -hospedeiro assintomáticas em geral, parecem envolver dois parceiros ativamente antagonistas (SCHULZ & BOYLE, 2005). Entretanto, uma interação antagonista endófito-hospedeiro balanceada não exclui a possibilidade de que o endófito possa desempenhar um papel benéfico dentro de seu hospedeiro. Por exemplo, pode ocorrer indução de metabólitos de defesa potencialmente ativos contra patógenos (ARNOLD et al. 2003; SELOSSE et al 2004; SCHULZ & BOYLE, 2005), secreção de fitormônios, promovendo crescimento da planta-hospedeira (TUDZYNSKI & SHARON 2002), aumento de atividade metabólica da planta hospedeira, ou por indução de resistência a doenças. O status da interação planta-endófito é transiente, sendo que o termo endofítico deve ser empregado para microrganismos que estão comportando-se endofíticamente no momento da detecção (SCHULZ & BOYLE, 2005). 29 Evidências diversas das interações evolutivas entre endófitos e plantahospedeira foram citadas por vários autores; bactérias endofíticas, por exemplo, provavelmente desenvolveram íntima relação com sua planta hospedeira por meio de processos coevolutivos e podem influenciar a fisiologia da planta (MISAGHI & DONNDELINGER, 1990). Alguns compostos de origem vegetal, também são produzidos por fungos que habitam esses vegetais, indicando haver uma transposição de genes entre plantas e fungos em uma verdadeira engenharia genética in vivo. (AZEVEDO,1998a) Esta interação endófito-planta hospedeira, na qual há produção de certos fitoquímicos, originalmente característicos da planta hospedeira, pode ocorrer por uma recombinação genética do endófito com seu hospedeiro ocorrida durante sua evolução (TAN & ZOU, 2001). A produção de taxol, um diterpenóide antioxidante utilizado contra certos tipos de câncer, é um exemplo desta interação, que além de ser produzido por alguns vegetais, como Taxus brevifolia, também é produzido por fungos que habitam esta planta, como o Taxomyces andreanae (STIERLE et al. 1993; STROBEL & LONG, 1998). A diversidade dentro de um determinado hospedeiro pode ser alta (CARROLL, 1995), comunidades de endófitos habitando um certo hospedeiro particular podem ser amplamente distribuídas ou ter especificidade com determinado hospedeiro (CARROLL, 1988; PETRINI, 1996; STONE et al. 2000; COHEN, 2004), sendo que o termo especificidade deve ser reservado para organismos que irão crescer somente em um hospedeiro (CARROLL, 1999; WAGNER & LEWIS, 2000; ZHOU & HYDE, 2001). Estudos recentes têm mostrado efeitos genéticos da planta hospedeira sobre a comunidade microbiana e sobre processos no ecossistema, o que permite entender os impactos de características genéticas sobre os endófitos, como, apresentado por exemplo, no trabalho com algodoeiros híbridos realizado para examinar ligações entre variação genética, fitoquímica da planta e endófitos fúngicos de ramo. Nesse caso, os resultados demonstraram que o genótipo da planta pode albergar parceiros ecológicos escondidos (fungos endofíticos), resultando em conseqüências para a comunidade e o ecossistema (BAILEY et al, 2005). Diversas interações entre hospedeiros e microrganismos são iniciadas pela detecção de sinais químicos liberados pelo hospedeiro. A detecção destes sinais leva à 30 alteração nos padrões de expressão gênica do microrganismo, que culmina em mudanças específicas e adaptativas na sua fisiologia e que são necessárias para estas associações. Os produtos liberados pela planta têm baixo peso molecular, são moléculas difusíveis e são reconhecidas pelos microrganismos por meio de receptores específicos de proteínas. Fenômenos semelhantes são observados com outros patógenos de plantas, incluindo Pseudomonas syringae, Ralstonia solanacearum e Erwinia spp., embora nesses microrganismos os sinais e receptores de sinais não estejam bem definidos. Em alguns casos, condições nutricionais, tais como limitação de ferro ou falta de fontes de nitrogênio parecem prover um significante estímulo (BRENCIC & WINANS,2005). 1.11 Aplicações Biotecnológicas de Microrganismos 1.11.1 Controle Biológico de Insetos e Doenças Embora os microrganismos endofíticos aparentem ser neutros para o hospedeiro, atualmente são bastante evidentes os benefícios proporcionados à planta por estes microrganismos, tais como: I) proteção da planta contra insetos, patógenos e até mesmo mamíferos herbívoros; II) proteção contra estresse ambiental, tal como o hídrico; III) produção de compostos que alteram a fisiologia das plantas como hormônios vegetais. Além disso, certos microrganismos endofíticos produzem substâncias de valor biotecnológico, principalmente fármacos, entre eles, antibióticos e antitumorais (AZEVEDO et al. 2002). No Brasil, o controle biológico começou a ser utilizado com o fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae e com o Baculovírus, no controle das cigarrinhas da cana e das pastagens e no controle da Anticarsia gemmatalis na soja, respectivamente. Na cultura do cacau, o fungo Trichoderma tem sido utilizado com sucesso em restos de ramos doentes para o controle do fungo Crinipellis perniciosa, 31 agente causal da vassoura-de-bruxa. Recentemente, endófitos foram testados contra Crinipellis perniciosa in vitro e in vivo e Gliocladium catenulatum apresentou potencial como antagonista reduzindo em 70% a doença nas mudas de cacau analisadas (RUBINI et al, 2005). Na proteção da planta contra insetos, pode ser citado o Bacillus thuringiensis. Esta bactéria produz umas inclusões protéicas, que lhe confere a capacidade entomopatogênica. Esse cristal, sintetizado durante a fase de esporulação, é formado por polipeptídeos denominados δ-endotoxinas (proteínas cry). Quando este cristal protéico é ingerido por uma larva de inseto suscetível, o efeito tóxico é ativado e ocorre uma ligação das toxinas a receptores específicos nas células intestinais, levando o inseto à morte (VILAS -BÔAS et al. 2002). O B. thuringiensis é a espécie mais utilizada no controle de insetos e destaca-se por produzir cristais protéicos ativos contra cerca de 130 espécies de insetos das ordens Lepidóptera, Díptera e Coleoptera, bem como vetores de doenças humanas, como contra os gêneros Aedes, Culex e Anopheles (LERECLUS et al. 1993; LE ROUX, 1996). Weber (1981), foi provavelmente o primeiro pesquisador a relatar a proteção de plantas a insetos devido a um fungo entomopatogênico. Trabalhos posteriores sustentaram esses dados em gramíneas e outras plantas (FUNK et al., 1983; CLAYDON et al. 1985). A utilização de fungos para o controle de insetos-pragas se fundamenta em sua capacidade de infectá-los, causando doença e morte num processo dependente de fatores bióticos e abióticos (AZEVEDO et al. 2002). Vários fungos, ainda, são conhecidos pela produção de compostos, tais como ácido nodulispórico, novos diterpenos e indol, que possuem potentes propriedades inseticidas. Os compostos nodulispóricos foram isolados primeiramente de um endófito, o Nodulisporium sp., da planta Bontia daphnoides. Outro fungo endofítico, Muscodor vitigenus isolado da planta Paullina paullinioides produz naftaleno, que é amplamente utilizado como repelente de insetos (STROBEL & DAISY, 2003). Leveduras são utilizadas no controle biológico, preferencialmente pela proteção de frutos destinados ao consumo in natura. Por esses organismos terem sua ação antagônica vinculada mais à competição que à antibiose, geralmente, não produzem 32 antibióticos, elementos considerados contaminantes químicos nos vegetais. As leveduras atuam no controle de doenças, mais como protetoras da infecção (VALDEBENITO-SANHUEZA, 2000). As principais formas de ação das leveduras como agentes de biocontrole, são a competição por nutrientes e a indução de resistência (WILSON et al. 1991; WISNIEWSKI et al. 1991). Mais recentemente, a habilidade de leveduras para atacar hifas e conídios de fungos fitopatogênicos, tem sido especulada por contribuir para a atividade de biocontrole sobre a superfície das plantas, Allen et al.,(2004), observou o combate de Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani e Sclerotinia homoeocarpa por leveduras do filoplano, comprovado por testes de antagonismo in vitro. Os mecanismos de interações antagônicas que levam ao controle biológico de um determinado organismo são o parasitismo, a antibiose e a indução de resistência. Se mais de um destes mecanismos for utilizado por um microrganismo antagonista, este fato será considerado como uma característica favorável para este ser bem sucedido como agente de biocontrole (BÉLANGER et al. 1998). Microrganismos produtores de sideróforos também podem atuar como agentes de biocontrole. Sideróforos são moléculas de peso molecular relativamente baixo, que atuam como agentes quelantes de ferro, produzidos por bactérias e fungos, crescendo sob condições limitantes de ferro. Estas moléculas possuem uma alta afinidade por ferro, e seletivamente complexam e transportam ferro para o interior das células de microrganismos (NEILANDS, 1981; LEONG, 1986). Geralmente, a maioria dos microrganismos aeróbios e anaeróbios respondem às condições limitantes de ferro produzindo sideróforos, e a competição por ferro mediada pelos sideróforos, é considerada um importante mecanismo no biocontrole de patógenos em solos em que o ferro disponível encontra-se em baixas concentrações (LEONG, 1986). Os patógenos podem ser desfavorecidos em relação a produção de sideróforos do antagonista, além disso, são incapazes de utilizar os produzidos pelo antagonista (LEONG, 1986). A estrutura geral dos sideróforos microbianos varia amplamente, mas a maioria deles possui os grupos catecol ou hidroxamato, os quais estão envolvidos em quelar o ferro férrico. Além disso, os sideróforos também podem atuar como fatores de crescimento, e alguns, ainda, apresentam potente atividade antimicrobiana. 33 1.11.2 Produção de metabólitos secundários e enzimas Metabólitos secundários são formados geralmente nas fases finais do crescimento. Aparentemente são substâncias não essenciais para o crescimento, e dentre outros produtos, podem ser antibióticos, pigmentos, toxinas, etc. A maioria dos microrganismos produtores de antibióticos é comumente encontrada no solo. No entanto, certos endófitos também têm se mostrado potentes produtores de antibióticos, dos quais muitos com propriedades de uso na agricultura e na medicina (STROBEL et al. 2003). Actinomicetos, bactérias e fungos estão entre os produtores mais conhecidos. A vasta maioria de antibióticos atualmente utilizados é produzida por actinomicetos e em particular, por membros do gênero Streptomyces. Entre os fungos, Penicillium e Cephalosporium spp. são os mais conhecidos. Bactérias dos gêneros Bacillus e Pseudomonas são também estudadas como produtoras de potentes antibióticos, destacando-se o B. colistinus, produtor da colistina; B. brevis (tirotricina); B. licheniniformis (gramicidinas); B. polymycia (polimixina,etc) (STROBEL & DAISY, 2003). Acremonium coenophialum, é um fungo endofítico de gramíneas, que apresenta efeito inibitório sobre vários patógenos. 1.11.3 Promoção de crescimento vegetal Fungos Ascomycetes produzem a maioria dos reguladores de crescimento também produzidos pelas plantas (ALEXOPOULOS et al, 1996). Promoção de crescimento vegetal por microrganismos endofíticos tem sido observado em diversos estudos: Bacillus pumilus isolado endofíticamente, de cultura in vitro de Vitis vinifera, apresentou potencial capacidade na promoção de crescimento vegetal de brotos e raízes de uva (THOMAS, 2004); Rizobactérias promotoras de crescimento (PGPR), colonizam raízes, realçando a emergência de brotos, e estimulando o crescimento da 34 planta, diretamente pela produção de hormônios vegetais e melhorando a obtenção de nutrientes, ou indiretamente pela mudança no balanço microbiano na rizosfera em favor de microrganismos benéficos (LAZAROVITS & NOWAK, 1997; NOWAK et al. 1998); a bactéria Pseudomonas sp. amostra PsJN, isolada da superfície esterilizada de raízes de cebola (NOWAK, 1998), proporciona também aumento do crescimento de batata (LAZAROVITS & NOWAK, 1997; NOWAK et al., 1998), tomate e pimentão (NOWAK, 1998) sob condições gnobióticas. Comunidades bacterianas endofíticas isoladas de mudas de batata crescendo em campo, apresentaram habilidades na promoção de crescimento vegetal. Nesses casos, a quantidade de ácido 1,3-indol-acético, um hormônio de crescimento vegetal, geralmente apresentou-se alta (SESSITSCH et al., 2004). Segundo Azevedo & Araújo (2006), fungos endofíticos também podem influenciar no crescimento da planta diretamente pela produção de reguladores de crescimento vegetal produzidos pelo fungo, ou indiretamente pela proteção da planta contra efeitos deletérios causados por um ou mais organismos fitopatogênicos. 1.11.4 Características da Niagara Rosada (Vitis labrusca L.) A variedade de uva Niagara Rosada surgiu de uma mutação somática da Niagara Branca, detectada em 1933, no município de Louveira, São Paulo (SOUSA, 1996). Ganhou a preferência do consumidor brasileiro substituindo quase que totalmente sua forma original nos parreirais destinados à produção de uvas de mesa. A Niagara Branca originou-se a partir do cruzamento Concord X Cassady realizado em 1868 em Nova Iorque, Estados Unidos (HEDRICK, 1908), e apresenta as características gerais da Niagara Rosada. Esta planta apresenta vigor médio, tolerante às doenças e pragas e produt iva (CATO, 2002), e na viticultura Paulista, as Niagaras são as uvas mais cultivadas, perfazendo uma área de 7.626 hectares, o que representa 66,3% dos vinhedos, com forte predominância da ‘Niagara Rosada’ (GHILARDI & MAIA, 2001). 35 A videira é uma planta sarmentosa do gênero Vitis, pertencente à família Vitaceae, cujo fruto produzido, a uva, é o mais cultivado no mundo. Apresenta um ciclo de vida dividido em três períodos: repouso, no qual ocorre a perda das folhas e a planta entra em latência; período de crescimento, quando se inicia o brotamento de folhas, floração, produção e circulação da seiva; e o período de elaboração, que é marcado pela formação e o amadurecimento dos frutos e início da queda das folhas . São Paulo apresenta pequena participação na produção da uva destinada para indústria, sendo que nas denominadas uva para mesa (tipos comum e fina), o Estado responde pela maior parcela da produção brasileira, e dentre as uva comuns de mesa, predomina o cultivo da variedade Niagara Rosada. A escolha da planta hospedeira, a Niágara Rosada, para a realização do estudo e isolamento de suas populações endofíticas, deve-se ao fato de ser uma planta que surgiu de uma mutação aqui no Brasil, estar bem adaptada a este ambiente, apresentar resistência média a doenças e ser uma variedade de grande destaque dentro da viticultura brasileira, a mais consumida em todo o país, e ser de grande produtividade no Estado de São Paulo. 36 2 OBJETIVOS 1) Isolar os fungos endofíticos da videira, cultivar Niagara Rosada (Vitis labrusca), e caracterizar sua comunidade fúngica endofítica por identificação morfológica e molecular; 2) Estudar a diversidade genética dos isolados pela utilização de ARDRA ; 3) Testar o potencial de antagonismo, in vitro, dos fungos endofíticos isolados contra espécies do fungo fitopatogênico Fusarium 37 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 Material Vegetal e Local de Coleta das Amostras O material vegetal utilizado nesta pesquisa foi proveniente de plantas da variedade Niagara Rosada (Vitis labrusca). Foram utilizados tecidos foliares, para o isolamento dos endófitos, coletados em três estações do ano, abrangendo, desta forma, a maior parte das fases do ciclo da uva no Brasil. As videiras amostradas da variedade estudada, Niagara Rosada, foram cultivadas na região de Salesópolis SP, localizada à 96km da capital, latitude sul 23°32’ e longitude oeste 45°51’, produzidas de forma orgânica. Todo o material coletado foi obtido obedecendo-se o padrão de coleta mencionado a seguir: Foram coletadas folhas sem lesões causadas por patógenos, insetos ou danificadas, a partir do ápice caulinar em crescimento de um ramo, distante aproximadamente 1m do tronco e 1,50 m acima do solo. Foram selecionadas a 4° e 5° folhas como mostra a figura 1. Os ramos selecionados foram transportados em sacos plásticos, previamente etiquetados com nome da variedade, local e data da coleta. A extremidade do saco foi fechada com elástico conservando-se um pouco de ar no seu interior, depois foram acondicionadas dentro de caixa térmica contendo gelo. No laboratório as amostras foram retiradas dos ramos, este procedimento de coleta e processamento do material no laboratório não ultrapassou 72 horas após a coleta, sendo o material conservado em câmara fria em temperatura de aproximadamente 4°C, até o momento da utilização. 38 Figura 1: Metodologia de Coleta. O desenho da videira exemplifica a metodologia utilizada para coletar o material vegetal, observe a distância do ramo ao solo, para evitar contaminação por microrganismos de solo, as 4° e 5° folhas coletadas são folhas maduras e selecionadas. As 5 coletas foram realizadas nos meses de julho, agosto, outubro e dezembro de 2004, e em março de 2005. Procurou-se abranger todas as fases do ciclo da uva no Brasil. Dados de temperatura média local e pluviosidade diária acumulada dos meses de coleta no período de 2004 a 2005, foram fornecidos pelo Departamento de Águas e Energia Elétrica do Estado de São Paulo - Centro Tecnológico de Hidráulica e Recursos Hídricos (DAEE-CTH). 39 3.2 Desinfecção Superficial O material vegetal coletado foi submetido ao método de desinfecção superficial com hipoclorito de sódio (Araújo et al, 2002) para a eliminação dos microrganismos epifíticos. As folhas foram lavadas em água corrente abundante, e secas, cuidadosamente com papel toalha. Pedaços da parte central do limbo foliar foram cortados, em fragmentos de 8 à 12 cm, e em seguida pesados. Estes foram incubados em H2O destilada estéril por 30 seg, álcool 70% por 30 seg., hipoclorito de sódio (2-4% de Cloro ativo) por 2,5 min, e 3 lavagens em água destilada esterilizada. Como controle, alíquotas de H2O da última lavagem foram semeadas sobre meio BDA para avaliação da eficiência do processo de desinfecção superficial. O meio BDA (Batata Dextrose Agar) utilizado foi composto por: infusão de 200g de batata em água destilada, acrescido de 20,0g de glicose e 15,0g de àgar, sendo o volume completado com água destilada até 1000mL e o pH acertado para 6,0. Finalmente o meio foi autoclavado a 121°C por 20 minutos, e quando o meio de cultura apresentava temperatura próxima à temperatura ambiente, após a autoclavagem, o antibiótico tetraciclina foi adicionado ao meio na concentração de 50mg/L, para restringir o crescimento de bactérias. 3.3 Isolamento de Fungos Endofíticos Após desinfecção superficial (item 2.2), fragmentos de tecido foliar de aproximadamente 0,5 - 0,7mm foram obtidos assepticamente e transferidos para placas de Petri contendo meio BDA (item 3.2.4). Cada placa recebeu 4 fragmentos. Cerca de 24 fragmentos foram inoculados por amostragem, sendo as placas incubadas à 28°C por cerca de 21 dias com observação a partir do 5° dia. Os microrganismos foram então purificados por novos cultivos, pelo método de estrias de esgotamento. 40 3.4 Purificação e Conservação dos Fungos Isolados A maioria das amostras foi purificada pelo método de estrias de esgotamento, que consiste em coletar, com a alça de platina, um inóculo da colônia fúngica a ser purificada e fazer estrias em meio de cultura sólido, obtendo-se desta forma colônias isoladas no final das estrias, sendo este método repetido por três vezes. Para amostras em que este método não foi eficiente para purificação do fungo endofítico isolado, foi utilizado o método de purificação por diluição, no qual foi inoculado, em um tubo contendo 1mL de solução salina, o fungo a ser purificado e em seguida agitado em vortex por dois minutos, esta solução foi então diluída na proporção de 1/100 e 100µL foram semeados sobre meio BDA, sendo assim possível obter colônias isoladas e purificadas. Os fungos endofíticos isolados estão sendo mantidos armazenados utilizando-se para isso dois métodos: 1) o tubo com meio de cultura inclinado submerso em Óleo Mineral (Nujol) e 2) o método de Castellani (1939) no qual fragmentos de colônia com meio são colocados em água esterilizada dentro de frascos fechados. Ambos processos permitem manter os microrganismos por um período de cerca de 1 a 4 anos. No processo com óleo mineral, após cada fungo ser purificado, ele foi inoculado com alça de platina em tubo contendo meio de cultura inclinado e após crescimento da colônia, óleo mineral (autoclavado) foi adicionado ao tubo até cobrir completamente o meio e o fungo endofítico, sendo então os tubos tampados com rolhas ou tampas e guardado em estantes. Pelo método de Castellani, os fungos a serem mantidos conservados, foram cultivados em meio de cultura sólido e posteriormente, fragmentos de cerca de 0,5cm do meio de cultura contendo pedaços de colônia foram retirados e colocados em frascos contendo água esterilizada. Em ambos os métodos, tubos e frascos com as amostras foram marcados com o código da amostra e data de armazenamento e mantidos à temperatura ambiente. 41 3.5 Análise da Diversidade Genética de Fungos Associados à Videira Niagara Rosada 3.5.1 Identificação Morfológica A identificação foi realizada por meio de micro-cultivo e observação de aspectos macro e micro-morfológicos de estruturas vegetativas e reprodutivas dos isolados endofíticos e subseqüente análise comparativa dos resultados embasados em literatura específica (Barnett & Hunter, 1972). Para isto, os fungos isolados foram crescidos em meio BDA, lâminas foram preparadas para a observação de estruturas reprodutivas e coloração das hifas, sendo que para a preparação do material a ser observado ao microscópio ótico, lamínulas foram flambadas e colocadas sobre meio de cultura BDA em placas, 1 2 lamínulas por placa, e o fungo a ser observado, foi inoculado sobre o meio de cultura margeando a lamínula para que as hifas crescessem sobre a lamínula. Após período de 7 – 14 dias incubadas à 28°C, foram preparadas as lâminas que foram tratadas com lactofenol e observadas ao microscópio ótico em aumento de 400X e 1000X (óleo de imersão). 3.5.2 Extração de DNA Total Para a extração de DNA, os fungos endofíticos isolados foram crescidos em meio BD (batata dextrose líquido), que é igual ao meio BDA, mas sem adição de ágar. Cada fungo foi inoculado em tubos contendo 3ml de BD e incubados à 28°C por um período de aproximadamente 7 - 14 dias, dependendo do tempo de crescimento do fungo. A massa micelial formada foi, então removida para o funil de porcelana contendo papel filtro, lavado por duas vezes com água destilada esterilizada. Após esse processo, a massa micelial foi retirada do papel com pinça e embalada em folha de 42 alumínio, sendo descriminado o código da amostra, conservando-se em câmara fria à – 4°C por um período de até 15 dias. O papel filtro e folha de alumínio utilizados foram previamente autoclavados. A massa micelial de fungos isolados crescidos em meio BD, foi triturada em N2 líquido, 2g do pó resultante foi ressuspendido em 2mL de solução Tampão (Tris 1M e pH 8.0; EDTA, 0,5M; NaCl 5M; SDS 10% e H2O milliq). Esta suspensão foi incubada a 65°C por 60 min. e centrifugada a 12000Xg por 10 minutos. A seguir, 800 µL de sobrenadante foram transferidos para tubos tipo ependorff de 2,0 mL contendo 800 µL de fenol. A mistura foi homogeneizada e centrifugada a 12000 X g por 10 minutos. Após esse processo, recolheu-se o sobrenadante e este foi transferido para outro tubo ependorff de 1,5mL e a este adicionado um volume de “Clorofane” (Fenol: Clorofórmio na proporção de 1:1) igual ao de sobrenadante. Os tubos foram novamente homogeneizados e centrifugados a 12000 X g por 10 minutos. Novamente foi recolhido o sobrenadante e transferido para outro tubo ependorff de 1,5mL adicionando-se a este um volume de “Clorofil” (Clorofórmio: Álcool isoamílico na proporção de 24:1), em igual ao de sobrenadante. Mais uma vez os tubos foram homogeneizados e centrifugados a 12000 X g por 10 minutos, o sobrenadante, mais uma vez, foi transferido para outro tubo ependorff de 1,5mL adicionando-se a este 50µL de NaCl (5M) e etanol P.A. para completar um volume total de 1,5mL. Os tubos foram levemente agitados e mantidos por 60 minutos à –20°C. Em seguida, os tubos foram durante 3 minutos centrifugados a 12000 X g. Desta vez, o sobrenadante foi descartado e aos tubos foram acrescentados 200µL de álcool 70% para lavagem do DNA. Esse processo foi repetido mais uma vez. Os tubos foram centrifugados a 12000 X g por mais 3 minutos e finalmente o sobrenadante foi descartado e os tubos foram acondicionados emborcados sobre papel absorvente em câmara fria a – 4°C por 12 horas, para que o DNA precipitado secasse. Após extração do DNA, este foi quantificado; o DNA extraído foi ressuspenso em 50µL de TE, pH 9,0 e aquecido por 15 minutos a 37°C. O marcador λ íntegro foi aplicado ao gel de quantificação nas seguintes quantidades: 1,2,4,8, e 16µ. Posteriormente, à aplicação do marcador λ íntegro, as amostras contendo 5µL de DNA mais 3µL de LB (6X), foram aplicadas e a eletroforese em gel de agarose a 43 1,2% foi realizada, sendo o gel corado por 15 – 20 min. em solução de brometo de etídio (1,0 µg/ml) e fotografado. Os resultados da quantificação do DNA foram então analisadas comparando-as com os valores do marcador λ íntegro. Para a realização da reação de PCR, as amostras foram padronizadas e diluídas para 20ng. 3.5.3 Amplificação e Seqüenciamento da região ITS1-5,8S-ITS2 do Agregado de genes rDNA O DNA que codifica para RNA ribossômico apresenta-se como um agregado gênico, no qual se tem os genes 18S, 5,8S e 28S (Figura 2). Estes genes são separados por regiões denominadas ITS1 e ITS2, as quais são transcritas e processadas para dar origem ao RNA ribossômico maduro. O agregado gênico que codifica para rRNA aparece repetido centena de vezes no genoma fúngico. O fato desse agregado gênico apresentar algumas regiões altamente conservadas e outras variáveis, tem permitido a análise de variação de diferentes níveis taxonômicos (Fungaro, 2001). A amplificação por meio de PCR da região ITS1-5,8S-ITS2 do agregado de genes rDNA e restrição por aplicação de ARDRA da mesma região, foi realizada para definir diferentes haplótipos, seguido do seqüenciamento de representantes dos diversos haplótipos obtidos, principalmente aqueles cuja identificação morfológica não foi possível. A reação de PCR foi preparada para 2.0µl de DNA fúngico. Para cada amostra, os componentes e quantidades da mistura para cada reação da PCR estão descritos na Tabela 1, os iniciadores TCCGTAGGTAACCTGCGG-3’) utilizados e ITS4 para a amplificação foram ITS1 (5’- (5’-TCCTCCGCTTATTGATATGC-3’). Em seguida, as amostras reação foram colocadas em termociclador em um ciclo de 94°C 44 por 2 minutos, seguidos de 35 ciclos de 94°C por 30 segundos, 55°C por 30 segundos e 72°C por um minuto. Figura 2: Agregado de Genes Ribossomais. Destaque da região de amplificação pela PCR. A separação dos fragmentos amplificados foi realizada por eletroforese em gel de agarose a 1,2% (2,4g de agarose dissolvidos em 200 mL Tampão Tris-Ácido acéticoEDTA 1X) a 100 Volts, conjuntamente com o marcador de peso molecular (1Kb). Após o término da eletroforese, o gel foi corado em solução de brometo de etídio (1,0 µg/ml), Por ser este um agente intercalante, o DNA pode ser evidenciado e então foi fotografado (câmara Kodak Digital Science), sobre transluminador de luz UV. Tabela 1: Componentes e Concentrações Utilizadas nas Reações de PCR. Mistura para 2.0 µ l de DNA Fúngico Componentes Água Milli-Q* Tampão da enzima (Invitrogen) MgC12 dNTP (2,5uM de cada dNTP) Primer ITS1 Primer ITS4 Taq DNA Polimerase (Invitrogen) DNA (10ng/uL) *Autoclavada 1 Reação (µl) 34.1 5.0 3.7 4.0 0.4 0.4 0.2 2,0 Concentração Final 7,4mM 50mM 0,2 mM 50µM 50µM 45 Para o seqüenciamento, foram selecionados fungos cuja identificação morfológica não foi possível e eram representantes de haplótipos diferentes; para isto 7 isolados endofíticos foram seqüenciados. As amostras amplificadas pela PCR foram purificadas com o Kit de purificação (MoBio) e aplicadas em gel de agarose a 1,2% para eletroforese, a fim de confirmar a eficiência do processo de purificação das amostras. A seguir, as amostras foram submetidas à reação de seqüenciamento, preparada em tubo tipo eppendorf de 1,7mL, adicionando-se 2µL de DNA da amostra, 2µL de H2O MilliQ (esterilizada), 1µL de Iniciador ITS1, 3µL Save Money (Tampão) e finalmente 2µL de Big Dye foi adicionado. A mistura foi colocada no termociclador em 94°C por 2 minutos seguidos de 35 ciclos de 94°C por 30 segundos, 55°C por 30 segundos e 72°C por um minuto. A etapa subseqüente à reação de seqüenciamento é a preciptação em tubo. Para tal, transferiu-se 80µL de isopropanol 75% para um microtubo de 1,7mL, em seguida a amostra ficou em repouso por 10 min. em temperatura ambiente. Após esse processo, centrifugou-se a amostra em 3000 X g por 30 min., descartou-se o sobrenadante, adicionou-se 200µL de ETOH 70%, centrifugou-se por mais 2min. em 3000 X g, e em seguida, descartou-se o sobrenadante e o material foi seco em Speed Vac por 15min. Finalmente o material foi ressuspenso em 10µL de formamida e transferido para microplaca do Seqüenciador e desnaturado em 95°C por 5min. As seqüências foram contrastadas com seqüências depositadas no GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), por meio do Blastn, em busca de seqüências semelhantes. 3.5.4 Análise dos Polimorfismos pela utilização de ARDRA A reação de clivagem do rDNA foi realizada por meio da digestão dos fragmentos de rDNA, utilizando-se a enzima Hinf I. A mistura de digestão apresentou um volume de 46 11µl, sendo composta por 7µl do produto de amplificação da região ITS1–5.8S–ITS2 do rDNA; 3 unidades da enzima de restrição e 1X de tampão da enzima. O volume foi completado com água MilliQ autoclavada. A reação de ARDRA foi incubada à 37°C por 3,0h. Após a clivagem, a separação dos fragmentos foi realizado por eletroforese em gel de agarose 2,4% juntamente com marcador molecular 100pb (Invitrogen) em eletroforese a 100V. Após isto, o gel de eletroforese foi corado em solução de brometo de etídio (1,0 µg/ml) durante 20 minutos, as bandas foram visualizadas em transluminador de luz UV e o gel foi, então, fotografado e os fragmentos de restrição gerados foram analisados e agrupados segundo o pradrão de bandas apresentado em haplótipos. 3.6 Experimentos de Antagonismo in vitro Foram utilizados nos ensaios de antagonismo os fungos fitopatogênicos: Fusarium sp, agente causal de fusariose em videiras, procedente da coleção da EMBRAPA Uva e Vinho, e Fusarium oxysporum, isolado de cana-de-açúcar, cedido pelo laboratório de genética de microrganismos da Esalq. Os fungos endofíticos isolados e os fungos fitopatogênicos foram cultivados em placas contendo meio BDA. Em seguida, em outra placa contendo meio BDA, foi inoculado centralmente um círculo de 0,8mm de diâmetro de micélio do fungo fitopatogênico, e distante 40mm do centro; nas extremidades diametrais, foram inoculados círculos de 0,6mm de micélio de dois fungos endofíticos isolados para que fossem analisadas as reações de antagonismo. Placas de controle foram preparadas apenas com o inóculo central de Fusarium, quando o crescimento da colônia nas placas de controle atingiram a borda da placa, os testes de antagonismo foram avaliados. 47 3.6.1 Leveduras isoladas e Controle biológico Os testes de antagonismo de leveduras endofíticas contra os respectivos patógenos foram realizados em placas contendo meio BDA. Um disco de cultura do fungo fitopatogênico crescido em meio de cultura sólido foi colocado centralmente e em dois lados da placa foi inoculada a levedura, fazendo-se uma estria com alça de platina contendo um inóculo da levedura. O controle foi feito em triplicata, com placas contendo apenas o fungo fitopatogênico inoculado centralmente, após o crescimento do Fusarium ter atingido a borda das placas de controle, as placas do teste de antagonismo foram avaliadas, o experimento foi mantido em estufa climatizada a 28 C. 3.7 Análise dos Dados 3.7.1 Análise da Variabilidade Genética Os dados de ARDRA foram utilizados para a avaliação da variabilidade genética, onde foram realizados agrupamentos das amostras que apresentaram o mesmo padrão de bandas, denominados haplótipos, resultantes da clivagem da região ITS15,8S-ITS2 com a enzima de restrição HinfI. 3.7.2 Construção da Árvore Filogenética 48 A árvore filogenética foi construída com base na região ITS1-5,8S-ITS2 do agregado de genes de rDNA obtida no seqüenciamento. Para o alinhamento das seqüências, foi utilizado o programa Clustal X 1.8. (Thompson et al., 1997). Em seguida, as seqüências tiveram suas extremidades cortadas afim que todas apresentassem mesmo número de caracteres; essa edição foi realizada com o programa BioEdit v5.0.9 copyright (c) 1997-2001, Tom Hall, North Carolina State University. Finalmente a árvore foi construída utilizando o programa Phylogenetic Analysis Using Parsimony PAUP* 4.0 b10, considerando máxima parcimônia. 3.7.3 Análise estatística Para a análise dos dados de isolamento microbiano, foi calculada a freqüência de isolamento (FI) ao final de cada isolamento para avaliar o número de fragmentos que apresentaram crescimento microbiano em relação ao número total de fragmentos vegetais avaliados. FI= N° de fragmentos foliares com crescimento fúngico N° total de fragmentos foliares A população relativa (Pr) foi calculada pela razão entre o número de indivíduos da espécie e o número total de isolados. Os dados brutos de pluviosidade acumulada diária em mm foram utilizados fazendo-se a partir da média dos 15 dias que antecederam a coleta, e temperatura média no dia de coleta. 49 4 RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Isolamento de Fungos Associados a Niagara Rosada Nas placas de controle em que alíquotas de H2O da última etapa de desinfecção superficial foram semeadas sobre meio BDA, não ocorreu, em qualquer dos testes, crescimento de microrganismos, o que indica que a comunidade epifítica foi eliminada com eficácia, sendo que os fungos isolados eram seguramente endofíticos. A metodologia empregada possibilitou isolar aproximadamente 120 fungos endofíticos de tecidos foliares de Niagara Rosada. A freqüência de isolamento (FI) destes fungos foi avaliada em cinco épocas diferentes de coleta para verificar o número de fragmentos que apresentaram crescimento microbiano em relação ao número total de fragmentos vegetais avaliados. Os valores obtidos da freqüência de isolamento, foram altos, acima de 0.70, em todos os isolamentos. Foi possível verificar que o método de Castellani, utilizado para conservar os fungos isolados, foi mais eficiente em relação ao método do meio inclinado. Além de manter os isolados viáveis por um período mais longo, o método de Castellani permitiu reduzir a perda de isolados por contaminação, em comparação ao método do tubo com meio inclinado. Dados de temperatura e pluviosidade nas épocas de coleta foram fornecidos pelo DAEE-CTH para o Município de Salesópolis (prefixo: E2-054); altitude 700m; latitude 23°32’; longitude 45°51’, região onde as coletas foram realizadas. A análise dos dados de freqüência de isolamento comparados aos dados de temperatura média nos meses de coleta indicou que houve influência significativa da temperatura sobre a ocorrência de fungos nas folhas de Niagara Rosada, sendo observada uma prevalência de fungos endofíticos isolados nas coletas em que as temperaturas foram mais altas. Isto sugere que a temperatura exerce influência sobre o desenvolvimento desses microrganismos. Vale salientar que a discrepância observada no período de outubro de 2004, onde a segunda mais alta temperatura registrada refletiu em uma frequência de 50 isolamento menor, pode ter sido devida às os cilações de temperatura ocorridas em tal período, provocadas pelas chegadas de frentes frias que por vezes, reduziram de forma significativa a temperatura tipicamente alta para a época em questão. Essas oscilações podem ter sido responsáveis pela reduzida freqüência de isolamento observada. A figura 3 mostra as freqüências de isolamento obtidas e as respectivas temperaturas médias no local onde as folhas foram coletadas. A pluviosidade também exerce influência positiva sobre a freqüência de isolados (Figura 4), porém de forma mais discreta, se comparada à influência térmica. A pluviosidade atua na evapotranspiração da planta, interferindo no fluxo hídrico do hospedeiro, porém, sem alterar de forma drástica as condições internas dos tecidos vegetais. A temperatura, por sua vez, é capaz de alterar diretamente as condições internas e também, o fluxo hídrico do interior do hospedeiro. As figuras 3 e 4 apresentam, em outubro, uma freqüência de isolamento muito baixa e que não representam a situação real devido às frentes frias intercalando-se a dias de temperaturas altas, conforme comentado anteriormente. É provável que esses fatores conjuntamente tenham contribuído com as diferenças encontradas nas comunidades endofíticas e suas freqüências de isolamento. Porém deve se ter em mente, que esta forma de análise é limitada, no sentido de que apenas uma pequena parcela (aproximadamente 5%) dos fungos endofíticos podem ser cultivados em condições de laboratório. Assim, estes estudos devem ser complementados com técnicas que permitam a detecção de fungos não cultiváveis, tais como: DGGE e Metagenômica, que permitiriam também, avaliar a influência de fatores abióticos sobre esta comunidade. Os fungos isolados de tecidos foliares de Niagara Rosada foram microcultivados e identificados pela morfologia de estruturas reprodutivas, como pode ser observado na figura 5. A população relativa de cada gênero foi calculada e é apresentada na figura 6, onde foram incluídos, também, gêneros identificados por técnicas moleculares, representantes de grupos que não desenvolveram estruturas reprodutivas in vitro, não sendo possível sua identificação pela técnica morfológica. 51 Temperatura Média (°C) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Freqüência de Isolamento (F.I.) Temperatura °C Freqüência de Isolamento (F.I.) 0 jul/04 ago/04 out/04 dez/04 mar/05 Meses de coleta Figura 3. Relação entre Freqüência de Isolamento (F.I.) e Temperatura; dados de temperatura local fornecidos pelo DAEE durante as coletas. Pluviosidade média (mm) Pluviosidade Média (mm) 16 1,2 14 1 12 0,8 10 8 0,6 6 0,4 4 0,2 2 0 Freqüência de Isolamento (F.I.) Freqüência de Isolamento (F.I.) 0 jul/04 ago/04 out/04 dez/04 mar/05 Meses de Coleta Figura:4 . Relação entre Freqüência de Isolamento e Pluviosidade; média da pluviosidade dos 15 dias que antecederam a coleta, dados de pluviosidade fornecidos pelo DAEE -CTH. 52 A . Colletotrichum sp. B . Penicillium sp. C . Alternaria sp. D . Nigrospora sp. E . Cladosporium sp F . Scopulariopsis sp. G. Micélio estéril Figura 5: Estruturas Fúngicas; fotos de estruturas reprodutivas observadas ao microscópio ótico em aumento de 400x e 1000x. 53 Colletotrichum sp. Guignardia sp. Diaporthe sp. Nigrospora sp. Pestalotiopsis sp. Epicoccum sp. Scopulariopsis sp. Rhizoctonia sp. Aspergillus sp. Penicillium sp. Paraphaeosphaeria sp. Alternaria sp. Preussia sp. Fonsecea sp. 0 0,25 0,5 0,75 1 Figura 6: População Relativa de Fungos Isolados; População relativa de fungos que compõem a comunidade de fungos endofíticos associados a Niagara Rosada, 14 gêneros foram identificados. 4.2 Análise da Diversidade dos Fungos Endofíticos Isolados de Niagara Rosada O protocolo utilizado para a extração de DNA fúngico proporcionou bom rendimento e DNA de boa qualidade, bem como sua amplifi cação por PCR. e a 54 aplicação de ARDRA ao produto amplificado para as análises de diversidade e de identificação molecular dos fungos endofíticos. A análise de polimorfismos gerados pela aplicação de ARDRA foi utilizada com o objetivo de se obter uma caracterização mais precisa da diversidade dos fungos endofíticos associados a Niagara Rosada (Vitis labrusca). Foram selecionadas aleatoriamente 60 fungos endofíticos, cujas regiões ITS1-5.8S-ITS2 do agregado gênico do rDNA foram amplificadas pela utilização dos iniciadores ITS1 e ITS4, onde fragmentos com cerca de 600-700pb foram gerados. A clivagem destes fragmentos com a enzima de restrição HinfI gerou 15 diferentes perfis eletroforéticos os quais foram denominados haplótipos (tabela 2), sugerindo que é grande a diversidade de fungos endofíticos associados as folhas de Niagara Rosada. A Figura 7 apresenta um exemplo das bandas resultantes da aplicação de ARDRA para 19 amostras de fungos endofíticos, evidenciando a grande diversidade de haplótipos. A tabela 2 e figura 9 evidenciam o predomínio dos fungos pertencentes aos haplótipos H2, com 17 isolados; H3, com 8 isolados de diferentes morfologias; e H5, com 13 isolados. Os haplótipos 2 e 5 tiveram a maior parte de seus isolados pertencentes ao gênero Colletotrichum, sendo provavelmente espécies diversas, pois apresentam diferentes padrões eletroforéticos. Devido a ausência de estruturas reprodutivas ou outras estruturas que pudessem identificar o isolado, fungos dos haplótipos H3, H9, H10 e H11, foram identificados por meio de seqüenciamento da região ITS1-5.8S-ITS2 do rDNA e comparação com seqüências depositadas no GeneBank por meio do BLASTn como: Diaporthe helianthi, Guignardia mangiferae, Paraphaerosphaeria pilleata e Preussia africana, respectivamente, na Tabela 2 é possível verificar o método utilizado para identificar os isolados. 55 600pb 300pb 100pb Figura 7: Gel de ARDRA; as seqüências de 19 amostras de fungos endofíticos foram clivadas com a enzima de restrição HinfI. A maioria dos gêneros isolados das folhas de Niagara Rosada são citadas como fitopatogênicas, inclusive para a viticultura. Estes microrganismos isolados podem habitar em equilíbrio, vivendo endofíticamente nos tecidos da videira. Colletotrichum é fitopatogênico em diversas culturas, causando doenças como a podridão da uva madura causada pelo C. gloeosporioides e também tem sido isolado endofíticamente de diversas plantas, tais como: Glyicine max (Mendes et al., 2001); Citrus (Araújo et al., 2001); Himanthus sucuuba (Magalhães, 2000). Dos fungos associados a Niagara Rosada, este foi o gênero com maior porcentagem de isolados. Outros gêneros isolados tais como Nigrospora são conhecidos por serem decompositores de plantas, e amplamente distribuídos em solo. O gênero Nigrospora, também é comumente encontrado como saprófita em sementes de um grande número de hospedeiros, sendo que também já foi isolado habitando endofiticamente diversas plantas. Espécies do gênero Guignardia são citadas como os agentes da podridão da videira e da doença “mancha negra” nas culturas de citros (Glienke-Blanco, 1999). Colletotrichum, Nigrospora e Guignardia foram isolados de plantas sadias neste trabalho, indicando que estes gêneros podem habitar endofíticamente Vitis labrusca L. (Niagara Rosada). 56 Tabela 2- Haplótipos gerados pela aplicação de ARDRA. Sessenta e um fungos endofíticos isolados foram submetidos à técnica de ARDRA gerando 15 padrões eletroforéticos distintos denominados haplótipos, os fungos são divididos segundo o haplótipo a que pertencem e as amostras identificadas apresentam o método pelo qual foram identificadas. Haplótipos Isolados Identificação Tipo Identificação H1 2F8 Sem identificação - 4F5 Colletotrichum boninense Molecular 4F2 Alternaria sp. Morfológica 3F19, 2F3, 4F12, 5F16, 3F22, 4F16, 4F20, 4F18, 3F23, 4F28, 3F11, 5F14, 5F11, 5F15, 5F8 Colletotrichum sp. Morfológica 3F2 Diaporthe helianthi Molecular 3F24, 4F21, 4F19, 3F16 Sem identificação - 1F10 Rhizoctonia sp. Morfológica 3F13, 4F9, 4F7, 3F7, 4F22, 1F7, 1F15, 3F4, 4F2, 3F20, 1F5, 2F15 Colletotrichum sp. Morfológica 1F8 Nigrospora sp. Morfológica 2F7 Colletotrichum sp. Morfológica H6 3F9 Sem identificação - H7 3F12, 4F11, 5F9 Sem identificação - H8 3F17 Sem identificação - 3F6, 5F6 Guignardia mangiferae Molecular 3F21 Sem identificação - 4F27 Paraphaeosphaeria pilleata Molecular 3F18 Preussia africana Molecular 1F12, 1F16, 1F14, 1F6, 1F4, Epicoccum sp. Morfológica 2F26 Sem identificação - 1F13 Pestalotiopsis sp. Morfológica 4F24, 4F4, 4F23 Sem identificação - 5F12 Nigrospora sp. Morfológica 5F7 Sem identificação - 1F2 Sem identificação - H2 H3 H4 H5 H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 57 3F18 4F27 3F6 5F6 4F5 3F2 Figura 8 – Árvore Filogenética; contruída com as seqüências ITS1-5.8S -ITS2 do rDNA, mostra a relação entre fungos endofíticos de Niagara Rosada Porcentagem 30% 20% 10% 0% H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 H8 H9 H10 H11 H12 H13 H14 Haplótipos Figura 9- Porcentagens de Isolados por Haplótipo; 15 haplótipos foram obtidos pela análise de ARDRA a partir de 61 isolados. H15 58 4.3 Potencial dos Fungos Endofíticos Associados a Videira em Antagonizar Fusarium in vitro Das amostras de isolados endofíticos testadas contra as espécies de Fusarium sp. e Fusarium oxysporum, a porcentagem de inibição positiva foi idêntica para as duas (79%). A figura 10 apresenta os resultados das reações de antagonismo e critérios adotados para quantificar a inibição ao Fusarium. Das amostras utilizadas nos testes de antagonismo 20,5% foram identificadas como Colletotrichum sp., Como as plantas amostradas não apresentavam sintomas de doença, o Colletotrichum sp estava vivendo endofíticamente sem causar danos a planta podendo inclusive estar sendo de algum modo benéfico para a videira; o Fusarium sp. é responsável pela fusariose em videiras, podendo levar a planta à morte. Dentre os fungos endofíticos isolados, nenhuma amostra foi identificada como pertencendo ao gênero Fusarium . É possível que a comunidade fúngica endofítica proteja a planta contra Fusarium. A utilização de isolados de Fusarium não patogênicos foram eficazes no biocontrole de isolados patogênicos deste fungo, Fravel et al, (2003), porém várias espécies de Fusarium são conhecidas pela produção de toxinas, fato que talvez possa inviabilizar sua utilização para o biocontrole pelo risco de contaminação por estas toxinas. 59 I. II. III. IV. V. VI Figura 10: Interações entre fungos endofíticos e F. oxysporum. I e II as setas indicam formação de halo de inibição *(+++) ; III e IV setas indicam inibição forte, mas sem formação de halo *(++); V, setas indicam a competição entre F. oxysporum e isolados endofíticos *(+); e em VI, setas mostram que não ocorreu nenhuma inibição do Fusarium *(-). *Indicação utilizada para representar o grau de inibição na tabela 2. 60 Tabela 3: Antagonismo ao Fusarium, e fungos identificados Identificação Isolados Produção * de pigmento Antagonismo F. oxysporum Fusarium sp. P P 0 Colletotrichum sp. P P 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Guignardia sp. P 0 Nigrospora sp. 0 0 0 Penicillium sp. 0 Rhizoctonia sp. P Scopulariopsis sp. P Não identificados P 0 0 0 0 0 0 0 P 0 0 * 0= sem pigmento; * P= com pigmento.Os pigmentos foram caracterizados por uma coloração intensa do meio de cultura, produzidos pela colônia fúngica. Aspergillus sp. 2F24 2F6 4F5 2F15 4F14 4F3 5F17 2F10 2F17 2F18 2F3 2F4 2F5 3F15 3F19 2F23 3F1 2F11 3F3 4F19 2F14 2F25 2F12 2F19 2F2 2F20 2F22 2F26 2F8 3F5 5F1 5F13 5F3 5F4 5F5 + + + + + + ++ ++ + ++ + ++ + + ++ + + ++ ++ + + + + + ++ ++ + + + ++ ++ + + + + + ++ + + + ++ _ + + + _ ++ + _ ++ + ++ + + + ++ ++ A. B. Figura 11: Produção de Pigmento. Em A,seta indica produção de pigmento em meio sólido pelo fungo Aspergillus sp. amostra 2F6; em B. meio de cultura líquido apresentando coloração por pigmentos produzidos pelos fungos: Penicillium sp. 2F14 e Epicoccum sp.1F6. 61 Porcentagem das reações 80 70 60 não inibe inibe inibe fortemente 50 40 30 20 10 0 Fusarium oxysporum Fusarium sp. Figura 12- Reação de Antagonismo de Colletotrichum endofítico; resultados dos testes de antagonismo do Colletotrichum sp. ao Fusarium sp. e Fusarium oxysporum. A Figura 12 mostra as porcentagens da reação de antagonismo exibidas nos testes de antagonismo do Colletotrichum sp. ao Fusarium sp e Fusarium oxysporum, onde nota-se que Colletotrichum sp. antagonizou a espécie Fusarium sp. e a porcentagem de amostras não inibidas foi menor que os resultados dos testes com Fusarium oxysporum. No entanto, a porcentagem de amostras fortemente inibidas foi maior nos experimentos com Fusarium oxysporum. Dentre as amostras utilizadas nos testes de antagonismo, foi interessante observar que as amostras de Colletotrichum pertencentes ao haplótipo 2 não inibiram Fusarium sp e nem Fusarium oxysporum (tabela 3). A Tabela 3 apresenta resultados obtidos nos testes de antagonismo para as amostras analisadas (identificadas), bem como destaca as amostras de fungos que produzem algum tipo de pigmento no meio de cultura durante seu cultivo. A amostra 2F2 inibiu fortemente tanto Fusarium oxysporum como Fusarium sp. (videira), sendo possível que a produção deste pigmento seja responsável pela reação de inibição. Os outros fungos ensaiados que produzem pigmentos não apresentaram resultados relevantes no antagonismo ao Fusarium, 62 sugerindo que estes pigmentos possivelmente não apresentam propriedades antimicrobianas (Figura.11). 4.3.1 Teste de Antagonismo de Levedura Endofítica ao Fusarium Foi possível notar que o crescimento de Fusarium spp foi menor quando colocado próximo à levedura, evid enciando uma discreta competição entre a levedura e as duas espécies de Fusarium analisadas, sendo mais realçada a reação contra Fusarium oxysporum. Leveduras competem com outros microrganismos sem produzir antibióticos sendo isto uma vantagem para sua utilização no controle biológico de frutas que são consumidas in natura. A comunidade fúngica endofítica de Vitis labrusca L. variedade Niagara Rosada apresenta uma grande diversidade genética sendo composta por espécies dos gêneros Colletotrichum, Nigrospora, Aspergillus, Alternaria, Rhizoctonia, Guignardia, Fonsecaea, Scopulariopsis, Pestalotiopsis, Diaporthe, Preussia, e Paraphaeosphaeria, sendo Colletotrichum o gênero predominante. A temperatura e pluviosidade influenciam diretamente sobre a freqüência de isolamento de fungos endofíticos. Fungos fitopatogênicos para outras culturas podem habitar endofíticamente Niagara Rosada (Vitis labrusca). Vários dos fungos endofíticos associados à Niagara Rosada têm a capacidade de inibir o crescimento de Fusarium sp e F. oxysporum, sugerindo que sua comunidade fúngica endofítica está equilibradamente envolvida na proteção da planta hospedeira, auxiliando-a no controle de doenças fúngicas. 63 5 CONCLUSÕES A comunidade fúngica endofítica de Vitis labrusca L. variedade Niagara Rosada apresenta uma grande diversidade genética sendo composta por espécies dos gêneros Colletotrichum , Nigrospora, Aspergillus, Alternaria, Rhizoctonia, Guignardia, Fonsecaea, Scopulariopsis, Pestalotiopsis, Diaporthe, Preussia, e Paraphaeosphaeria, sendo Colletotrichum o gênero predominante. A temperatura e pluviosidade influenciam diretamente sobre a freqüência de isolamento de fungos endofíticos. Fungos fitopatogênicos para outras culturas podem habitar endofíticamente Niagara Rosada (Vitis labrusca). Vários dos fungos endofíticos associados à Niagara Rosada têm a capacidade de inibir o crescimento de Fusarium sp e F. oxysporum, sugerindo que sua comunidade fúngica endofítica está equilibradamente envolvida na proteção da planta hospedeira, auxiliando-a no controle de doenças fúngicas. 64 REFERÊNCIAS AGRIOS, G.N.; Plant Pathology, 3. ed. New York: Academic Press, 1988. ALEXOPOULOS, C.J.; MIMS, C.W.; BLACKWELL, M. Introductory Mycology. 4. ed. New York: Wiley & Sons, 1996. ALLEN T.W.; BURPEE L.L.; BUCK J.W. In: vitro attachment of phylloplane yeasts to Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani, and Sclerotinia homoeocarpa. Canadian Journal Microbiology, v. 50, p. 1041-1048, 2004. ALMEIDA, C. V.; YARA, R.; ALMEIDA, M. Fungos Endofíticos Isolados de Ápices caulinares de Pupunheira Cultivada in vivo e in vitro. Pesquisa Agropecuária Brasileira, v. 40, p. 467-470, 2005. ARAÚJO, W. L.; MACCHERONI, W. J.; AGUILAR-VILDOSO, C. I.; BARROSO, P. A. V. SARIDAKIS, H. O.; AZEVEDO, J. 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