Lotus corniculatus breeding for tolerance to aluminum toxicity

Solos ácidos com toxidez por Al são comuns, sendo geralmente destinados à pecuária. A utilização de leguminosas forrageiras adaptadas a esta situação minimizaria o uso de correção de acidez e ainda possibilitaria um aporte de N ao sistema via fixação biológica. A caracterização e a identificação de mecanismos de tolerância ao Al tóxico são os passos iniciais em um programa de seleção e melhoramento visando maior adaptação a esta condição de estresse. Este trabalho objetivou: (i) caracterizar genótipos de cornichão (L. corniculatus), espécies diplóides, inclusive da espécie modelo L. japonicus e linhas endogâmicas recombinantes (LER) de Lotus, quanto à tolerância ao Al tóxico; (ii) identificar o acúmulo de Al e exsudação radicular de ácidos orgânicos nas espécies cultivadas; e (iii) selecionar genótipos com respostas contrastantes ao Al tóxico, comparando-os através de caracteristicas agronômicas e moleculares. Os resultados da caracterização mostraram que as espécies modelo diplóides MG-20 e GIFU, a população UFRGS, e as cvs. San Gabriel e São Gabriel foram as mais produtivas de maneira geral. A população UFRGS apresentou ainda uma grande superioridade em situações de moderada acidez do solo (22,2% de Al), demonstrando um potencial de utilização em regiões onde se realize correção parcial do solo. Das 180 LERs testadas, 24 foram superiores e 39 foram inferiores a espécie modelo GIFU. Com relação à exsudação radicular de ácidos orgânicos, na ausência de Al observaram-se baixos níveis de exudação para todos os genótipos. Já na presença do Al, os resultados mostraram que o genótipo UFRGS, selecionado para tolerância ao Al (UF-T2), apresentou aumento significativo (pelo menos 50% superior) da exudação de ácido oxálico em relação aos demais genótipos, assim como a população UFRGS mostrou-se superior à cv. Draco em todas as avaliações. O resultado de dois ciclos de seleção massal visando tolerância ao Al mostrou incrementos na produção de matéria seca em todas as concentrações de Al testadas, enquanto que a seleção para sensibilidade ao Al pareceu estar relacionada com o baixo vigor das plantas, uma vez que na ausência de Al estes genótipos apresentaram menor acúmulo de matéria seca em relação às populações originais. A grande diversidade observada nos genótipos avaliados pode indicar que mecanismos de tolerância ao Al possam atuar em diferentes intensidades. A exudação de ácido oxálico parece ser um mecanismo que permite a manutenção do crescimento do cornichão em condições de Al tóxico, sendo que a seleção de um genótipo mais tolerante ao Al proporcionou aumentos significativos neste mecanismo de defesa.Acid soils with aluminum (Al) toxicity are common, being generally destined for cattle livestock. The utilization of forage legumes adapted to this situation would minimize the use of agricultural liming materials and still allow a nitrogen input to the system via biological fixation. The characterization and identification of tolerance mechanisms to toxic Al are the initial steps in a selection and breeding program aiming a greater adaptation to this stress condition. This work was aimed to: (i) characterize cultivated populations of birdsfoot trefoil (tetraploid), model species (diploid) and recombinant inbred lines (RIL) of Lotus, regarding toxic Al tolerance; (ii) identify the accumulation of Al and root exudation of organic acids in the cultivated species; and (iii) select genotypes with contrasting responses to the toxic Al, comparing their morphological and molecular characteristics. The results of the characterization showed that the diploid genotypes, MG-20 and GIFU, and the cultivated UFRGS genotypes, San Gabriel and São Gabriel were the most productive in a general matter. The UFRGS genotype also presented a great superiority in situations of moderate soil acidity (22,2% of Al), demonstrating a utilization potential in regions where partial soil amelioration is done. Of the180 RILs tested, 24 were superior and 39 were inferior to the GIFU genotype. Regarding root exudation of organic acids, in the absence of aluminum, low levels of exudation were observed for all genotypes. However, in the presence of aluminum, the results showed that the UFRGS genotype selected for Al tolerance presented a significant increase (at least 50% higher) of oxalic acid exudation compared to the other genotypes, and the UFRGS genotype proved superior to the Draco genotype in all evaluations. The result of two mass selection cycles aiming Al tolerance showed increments in dry matter production in all of the toxic aluminum concentrations tested, while the selection for Al sensibility seemed to be related to the plants’ low vigor, since in the absence of Al these genotypes presented a lower accumulation of dry matter compared to the original populations. The great diversity observed in the evaluated genotypes may indicate that the Al tolerance mechanisms may act in different intensities. The exudation of oxalic acid is apparently a mechanism that permits the maintenance of the birdsfoot trefoil growth in different conditions of toxic Al, as well as the selection of a more tolerant genotype to aluminum permitted a significant increase in this defense mechanism