Abstract The oat cultivar URS Altiva, developed from the simple cross 'UFRGS 995090-2 x URS 21', and released by the Oat Breeding Program of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) in 2015, presents high grain yield, high grain quality, desirable agronomic performance, and partial resistance to crown rust.

Abstract The formation of naked grains is directly associated with the formation of multiflorous spikelets in oats. The objectives of this study were to determine the genetics of multiflorous spikelet and to identify molecular markers linked to this character in hexaploid oat. Genetic analysis for multiflorous spikelet was performed in the F5 and F6 generations of two oat populations. DNA extracted from F5:6 plants were assayed with 6,000 genome-wide single nucleotide polymorphism (SNP) markers using a genotyping platform developed for oat. Genetic analysis indicated the presence of a major gene controlling multiflorous spikelet in the UFRGS 01B7114-1-3 x UFRGS 006013-1 population. The SNP marker GMI_ES17_c5923_221 showed strong association with the multiflorous spikelet phenotype. These results suggest that the marker GMI_ES17_c5923_221 should be linked to a gene controlling multiflorous spikelet in the oat lines evaluated in this study.

A resistência quantitativa à ferrugem da folha da aveia está sendo preconizada em programas de melhoramento genético na busca de uma resistência mais durável, pois exerce menor pressão de seleção para virulência sobre a população patogênica do que a resistência qualitativa. Este tipo de resistência é o resultado da combinação de componentes como: longo período latente, curto período infeccioso, baixa eficiência de infecção e pústulas de comprimento reduzido. Neste patossistema, entretanto, não se sabe ao certo o papel individual de cada um destes componentes sobre o desenvolvimento da doença, bem como, o número de genes que determinam sua expressão. Assim, este trabalho visou caracterizar aspectos da herança da resistência à ferrugem da folha em 83 linhagens recombinantes F6:10 de aveia branca, oriundas do cruzamento de UFRGS 7 (suscetível) com UFRGS 910906 (com resistência quantitativa). Os resultados indicam que esta resistência é de natureza poligênica e parece ser governada por vários genes de pequeno efeito, sendo que sua expressão fenotípica é resultado da ação conjunta de mais de um componente.

Quantitative resistance to oat crown rust is being praised in breeding programs in search of more durable resistance because it exerts less selection pressure for virulence on the pathogenic population than does qualitative resistance. This type of resistance results from the combination of components such as: long latency period, short period of infection, low infection efficiency and pustules of reduced length. However, in this pathosystem the individual role of each component in disease development is not known, and nor are the number of genes that control these traits. This work aimed to characterize some aspects of the inheritance of quantitative resistance to crown rust in 83 F6:10 white oat recombinant lines from the UFRGS 7 (susceptible) x UFRGS 910906 (quantitative resistance) cross. The results indicate that this resistance is of a polygenic nature; it seems to be governed by several genes of small effect, and its expression results from the combined effect of more than one component.

A mancha-negra dos grãos de aveia branca, cujo principal agente causal é Pyrenophora chaetomioides, é caracterizada pelo escurecimento de seus tecidos superficiais e pode ocasionar redução na qualidade e valor dos mesmos para a indústria alimentícia. Para melhor entender o processo de infecção e formação de manchas os objetivos deste trabalho foram i) Determinar o período de maior suscetibilidade dos grãos à formação de manchas por P. chaetomioides nos componentes florais da aveia; ii) determinar os diferentes níveis de resistência dos genótipos de aveia OR 2, ER 20877-2, UFRGS 995004-2, UPF 95204-2, UFRGS 16, UFRGS 9912002-2, UFRGS 999007-5, UFRGS 998013-3, UPF 16, UFRGS 999022-1, UFRGS 995058-3, UFRGS 15, UFRGS 17, UFRGS 19 e UFRGS 997005-2 à mancha-negra e sua correlação quanto à infecção dos grãos; iii) avaliar o efeito do controle químico na expressão da doença durante a fase de formação de grãos. Em laboratório, avaliou-se o percentual de grãos manchados e a incidência de P. chaetomioides nos componentes florais, enquanto que, a campo, avaliaram-se o rendimento e peso do hectolitro dos grãos. Nos estádios de grão leitoso e massa é quando ocorre a maior incidência de P. chaetomioides nos componentes florais. Os genótipos diferiram com relação ao sintoma da mancha-negra e incidência, mas não houve correlação entre estas duas variáveis. O controle químico na floração reduziu apenas 21% da incidência do fungo nas sementes, em relação à testemunha. Apesar disso, não foi suficiente para reduzir a formação das manchas e nem aumentar o rendimento que compensasse o seu custo.

The black spots of oat (Avena sativa) grains, caused mainly by Pyrenophora chaetomioides, is characterized by the darkening of their superficial tissues, with reduction in their quality and value for the industry. In order to understand the infection process and formation of kernel spots the objectives of this work were i) to determine the period of kernel's susceptibility during their spot formation by P. chaetomioides on the floral components; ii) to determine the different levels of resistance of 15 oat genotypes to black spot and its correlation with kernel infection; iii) to assess the effect of chemical control on the expression of the disease during the period of kernel formation. In the laboratory, the percentage of spotted grains and the incidence of P. chaetomioides in the floral components was evaluated, whereas in the field, yield and industrial weight were measured. Milk and dough stages had the largest incidences of P. chaetomioides in the floral components. The genotypes differed with regard to the black spot symptom on the kernel as well as with the incidence, but no correlation between these two variables was observed. Chemical control during the flowering stage reduced in 21% the incidence of the fungus in the seed in relation to the control. Despite of this, chemical control was neither efficient enough to reduce spot formation nor to increase yield to compensate its cost.

A seleção de genótipos com resistência quantitativa à ferrugem da folha da aveia (Avena sativa), baseada nos componentes que a condicionam, necessita do conhecimento da associação destes componentes entre si e deles com a quantidade de doença no campo, representada pela área abaixo da curva de progresso da doença (AACPD). Este trabalho objetivou determinar estas correlações, a partir de resultados de ensaios realizados previamente, em que 31 genótipos de aveia branca tiveram sua reação à ferrugem determinada no campo e seus componentes de resistência quantificados. As correlações encontradas foram geralmente baixas, tanto dos componentes entre si, como deles com a intensidade da doença no campo. As correlações mais altas, e consistentes entre os anos, com a AACPD foram da eficiência de infecção em plântulas, do período de latência e do comprimento de pústulas em plantas adultas. Estes dados sugerem que os componentes citados podem ter uma influência um pouco maior que os demais sobre a expressão da resistência parcial a campo. Entretanto, a baixa correlação entre os componentes medidos, indica que a seleção de genótipos, nesta interação patógeno-hospedeiro, não deve ser realizada com base em apenas um componente de resistência. Os resultados sugerem que a expressão da resistência parcial à ferrugem da folha da aveia não é condicionada apenas por um componente de resistência, mas sim pelo efeito conjunto de todos eles. Além disto, é possível que mecanismos diferenciados estejam atuando em cada genótipo, de forma que os componentes de resistência mais importantes para um não sejam os mesmos para outro.

Selection of genotypes for quantitative resistance to oat crown rust, based on its components, needs the knowledge of the association of these components with each other and with the amount of disease in the field, represented by AUDPC. This work aimed to determine these correlations, based on results of previous trials, in which the reaction of 31 white oat genotypes was tested and the resistance components were quantified. Correlations were usually low for the resistance components with each other and for these components with the amount of disease in the field. Higher correlations, consistent among years, with AUDPC were infection frequency in seedlings and latent period and pustule size in adult plants. All other possible correlations were very low. These data suggest that the resistance components mentioned can influence the expression of quantitative resistance in the field in a somewhat important manner. Nevertheless, the low correlation of resistance components with each other indicates that genotype selection, in this host-pathogen interaction, must not be based on a single resistance component assessment. The correlation analysis suggests that the expression of quantitative resistance to oat crown rust is not conditioned by a single resistance component but by the group effect of all of them. In addition, it is possible that different mechanisms are involved for each genotype, in such a way that the more important resistance component in one genotype may not be the same for another.

A utilização da resistência quantitativa como forma de controle da ferrugem da folha da aveia (Avena sativa) pode ser uma alternativa viável, visto que há reação diferenciada entre genótipos em condições de campo, a qual apresenta grande espectro de variação. O progresso lento da moléstia observado a campo é o resultado dos efeitos combinados de componentes de resistência como baixa eficiência de infecção, período de latência longo, baixa produção de esporos por pústula e pequeno tamanho de pústulas. Este trabalho foi realizado durante os anos de 1999 e 2000, e teve por objetivo quantificar os componentes de resistência acima citados em 31 genótipos de aveia branca. A reação destes genótipos foi avaliada a campo, durante os anos de 1996 a 2000, os quais foram classificados em quatro grupos. A avaliação dos componentes de resistência foi realizada em plântulas e plantas adultas mantidas em condições controladas, sendo que os dois últimos componentes também foram quantificados em folhas coletadas nos ensaios de campo. Os genótipos apresentaram variabilidade para todas as características avaliadas, exceto para o período de latência em plântulas, sendo que aqueles classificados como resistentes no campo apresentaram a melhor combinação de componentes desejáveis.

The use of quantitative resistance as a form to control oat (Avena sativa) crown rust can be a viable alternative, once there is differentiated reaction among oat genotypes in field, which shows great variation. The slow disease progress observed in the field is the result of combined effects of resistance components as low infection efficiency, longer latent period, low number of spores per pustule and little pustules size. This work was accomplished in 1999 and 2000, and its objective was to quantify the resistance components above mentioned in 31 white oat genotypes. The reaction of these genotypes was evaluated in the field, from 1996 to 2000, and they were classified in four groups. Evaluation of resistance components was accomplished in seedlings and adult plants maintained in controlled conditions, and the last two components were also quantified in leaves collected in the field trials. Genotypes showed variability for all measured characteristics, except for latent period in seedlings, and those genotypes classified as resistant in the field presented the best combination of desirable components.

Entre as doenças que se manifestam na cultura da aveia (Avena sativa), a ferrugem da folha, causada por Puccinia coronata f. sp. avenae, tem-se mostrado a mais destrutiva, sendo responsável pelo decréscimo na qualidade e no rendimento dos grãos. O controle da doença através do uso de cultivares com resistência qualitativa vem sendo restringido pela capacidade do patógeno em superar este tipo de resistência. Visando possibilitar a utilização de uma estratégia alternativa para o controle da doença, foi investigada a ocorrência de resistência quantitativa em 31 genótipos de aveia branca. Os ensaios foram realizados durante os anos de 1996 a 2000, na Estação Experimental Agronômica da UFRGS, em Eldorado do Sul, RS, Brasil. Foi avaliado o progresso da doença no campo nos genótipos durante três anos, sendo que alguns deles foram testados durante cinco anos. Para tal, foram realizadas avaliações semanais da severidade da ferrugem nas parcelas, traçando-se, a partir destes dados, as curvas de progresso da doença, sendo calculadas também as áreas delimitadas por essas curvas (AACPD) e a taxa de progresso da doença (r). Em todos os anos houve grande variabilidade entre os genótipos quanto à reação à ferrugem da folha, e, conforme sua reação ao longo dos anos em que foram testados, os genótipos foram classificados em quatro grupos: resistentes, moderadamente resistentes, moderadamente suscetíveis e suscetíveis. Os dois primeiros grupos apresentam bons níveis de resistência quantitativa e poderão ser usados futuramente como genitores em programas de melhoramento genético.

Among diseases that attack oat (Avena sativa) crop, crown rust, caused by Puccinia coronata f. sp. avenae, has been the most destructive, being responsible for a decrease in the quality and yield of grains. Control through qualitative resistance has been restricted by the capacity of the pathogen to overcome this resistance type. Seeking an alternative strategy for disease control, 31 white oat genotypes were investigated for the occurrence of quantitative resistance. Trials were accomplished from 1996 to 2000, in the Agronomic Experimental Station of UFRGS, in Eldorado do Sul, RS, Brazil. Disease progress was evaluated in the field for three years, and some genotypes were tested for five years. Weekly evaluations of rust severity in each plot were performed, providing data from which to determine the disease progress curves, and calculate the area under the disease progress curve (AUDPC), and the rate of development of disease (r). There was great variability among genotypes for all the years in regard to rust reaction, allowing the genotypes to be classified in four groups: resistant, moderately resistant, moderately susceptible and susceptible. The first two groups have good levels of quantitative resistance and can be used in the future as parents in breeding programs.

A mancha foliar e do grão da aveia (Avena sativa), denominada "helmintosporiose da aveia", causada pelo fungo Pyrenophora chaetomioides é uma doença de importância para o Brasil. Com o objetivo de identificar em que fase do desenvolvimento as cariopses de aveia branca apresentam-se mais suscetíveis à infecção por P. chaetomioides, foram conduzidos três experimentos de campo. Panículas de plantas de aveia foram expostas ao inóculo por períodos determinados de tempo desde a sua emergência. Através da utilização de sacos confeccionados com papel celofane, foram aplicados tratamentos que consistiam na proteção ou na exposição das panículas durante o desenvolvimento das cariopses. No final do ciclo, as panículas foram colhidas individualmente e a porcentagem de cariopses infetadas foi determinada através de plaqueamento em meio de cultura. As cariopses em formação, expostas ao inóculo durante os estágios de grão leitoso e massa mole, apresentaram as maiores incidências do patógeno. A temperatura e o nível de precipitação não influenciaram a porcentagem de cariopses infetadas pelo patógeno, no entanto, temperaturas altas, precipitação elevada e a ocorrência de outras moléstias, anteciparam a senescência das folhas basais, favorecendo a produção de inóculo pelo patógeno.

Oat (Avena sativa) is one of the most important crops in South Brazil. As acreage increases, particularly in the no-till system, some diseases became more significant. In order to identify which growth stage of the kernel is more susceptible to the establishment of the fungus Pyrenophora chaetomioides, three experiments were conducted under field conditions. Oat panicles were exposed to natural inoculum during specific periods of time from their extrusion. To protect the panicles from the inoculum, cellophane bags were used to cover them. At the end of the cycle the panicles were individually harvested and the percentage of infected kernels was calculated after plating them in an artificial medium. The kernels exposed to the inoculum during the milk and dough stages showed the highest percentages of infection. Temperature and precipitation did not contribute to the infection, although high temperature and precipitation along with occurrence of other diseases anticipated the senescence of basal leaves, favoring the inoculum production.

Procurou-se quantificar a produção de conídios por Pyrenophora chaetomioides sobre folhas mortas de aveia branca (Avena sativa), e relacionar essas observações com as condições de temperatura e precipitação ocorridas no período. Foram coletadas regularmente folhas mortas da superfície das parcelas experimentais, onde se realizou a contagem dos conídios. Os resultados mostraram que a quantidade de conídios produzidos diminuiu com o atraso na semeadura da cultura. Além disso, a produção de conídios nas folhas mortas foi maior na cultivar precoce do que nas cultivares semi-tardias. Também foi observada uma associação entre a precipitação acumulada no período anterior à coleta e a produção de conídios.

Efforts were made to quantify the production of Pyrenophora chaetomioides conidia on basal, dead oat leaves and to correlate it with temperature and precipitation during the crop season. At regular intervals of time samples of dead leaves were harvested from the surface of the plots, and the conidia were counted in the laboratory. The results showed that conidia decreased as the sowing date was delayed and that spore production was higher on the early variety than on the later ones. There was an association between the accumulated precipitation in the previous period of the harvested sample and the conidia produced.

Manchas nos grãos de aveia (Avena sativa) é limitante à sua comercialização por tornar o produto escuro e não permitir seu uso pela indústria alimentícia. A localização do micélio de Pyrenophora avenae nos grãos de aveia e sua atividade enzimática podem esclarecer a causa das manchas. O objetivo deste trabalho foi determinar a localização de P. avenae, na cariopse de aveia, avaliar a sua atividade enzimática e seu efeito sobre proteínas e lipídios dos grãos de aveia. A localização do micélio nos tecidos da cariopse foi determinada após hidratação e cortes da mesma, seguido da análise dos tecidos sob lupa e microscópio. Para avaliação da atividade enzimática foram utilizados 18 isolados de P. avenae obtidos das principais regiões produtoras de aveia do Brasil, avaliando-os quanto às suas atividades amilolítica, proteolítica e lipolítica, sendo realizada por plaqueamento das estruturas vegetativas em meio sólido específico para as enzimas testadas. As determinações do percentual de proteínas e lipídios foram obtidas pelos métodos de Kjeldahl e Bligh & Dyer, respectivamente. O micélio de P. avenae é a principal causa da mancha nos grãos de aveia, localizando-se nos três tecidos do pericarpo. O fitopatógeno apresenta boa atividade enzimática para lipase e protease porém insignificante para a amilase. Os grãos de aveia manchados e sadios não diferiram nos teores de proteínas e de lipídios. Esses teores foram mais elevados nos tecidos superficiais do pericarpo e aleurona independente da presença ou não de manchas, justificando o crescimento superficial de P. avenae sobre os grãos de aveia.

The presence of dark spots on oat (Avena sativa) kernels has been a limiting factor toward their commercialization in Brazil since they make affected kernels less acceptable to the industry. The mycelium localization of Pyrenophora avenae on the kernels and its enzymatic activity may be involved in the cause of the spots. The objectives of this work were to determine the localization of P. avenae mycelium on the caryopsis tissues, its enzymatic activity and its effects on lipids and protein contents. The localization of the mycelium in tissues was determinated by analysis of kernel slices under microscope and stereomicroscope after hydration. The evaluation of the enzymes lipase, protease, and amilase was performed on 18 isolates, selected from the most cultivated areas of southern Brazil, by growing the isolates on enzyme-specific media. Proteins and lipids were analyzed by Kjeldahl and Bligh & Dyer methods, respectively. The P. avenae mycelium is the main cause of kernel spots in oats and its growth is restricted to the cells of the pericarp. Pyrenophora avenae has good lipase and protease enzymatic activity but poor amylase activity. Spotted oat kernels did not differ in protein and lipid content when compared to healthy ones. In particular, their content was higher in the external tissues of the pericarp than in the rest of the grain, regardless of the presence of the spots. These results may explain the superficial growth of P. avenae mycelium in oat cariopsis and its association with the kernel spot.

As bases genéticas da germinação precoce de embrióides de trigo e organogênese in vitro foram estudadas utilizando-se seis genótipos brasileiros e suas gerações F1, F2, BC1F1 e BC2F1, através da análise de média de gerações. Quatro pais e um conjunto de F1’s também foram analisados em um experimento dialélico. Os resultados indicam que ambos caracteres são determinados por uma complexa ação gênica, ocorrendo efeitos aditivos, de dominância e epistáticos. Foram obtidos valores altos para as estimativas de herdabilidade no sentido amplo, o que indica uma forte determinação genética, embora este parâmetro nada informe sobre a magnitude da ação aditiva. Considerando a complexidade do controle gênico, espera-se que maiores ganhos genéticos sejam obtidos selecionando para os caracteres em gerações avançadas de populações segregantes. Os baixos valores de correlação entre ambas características e embriogênese somática e regeneração de plantas (dados apresentados em trabalho anterior) indicam a possibilidade de obtenção de genótipos recombinantes.

The genetic bases of in vitro organogenesis and precocious germination of embryos in immature wheat embryo culture were investigated using six Brazilian genotypes and their F1, F2, BC1F1 and BC2F1 generations in a generation means analysis. Four parents and one set of F1’s were also analyzed in a diallel experiment. The results indicated a complex gene action controlling both traits, with additive, dominant and epistatic effects. High broad sense heritability values were found, indicating genetic determination. Considering the complexity of gene control, genetic gain could be achieved by selecting for the traits in advanced generations of the segregating population. Low correlation values between organogenesis, precocious germination, regeneration and somatic embryogenesis (data shown in a previous report) indicated the possibility of obtaining recombinant genotypes.