Biblioteca do Café
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Item Artrópodes predadores da broca-do-café associados ao ingá(Universidade Federal de Viçosa, 2018-07-31) Pantoja, Gabriel Martins; Venzon, Madelaine; Rezende, Maíra QueirozPlantas associadas podem incrementar a comunidade de inimigos naturais no ecossistema através da disponibilidade do néctar extrafloral. Neste trabalho estudou-se a influência do ingá na comunidade de artrópodes predadores de Hypothenemus hampei (Coleoptera: Scolytinae) em cultivo de café e a capacidade predatória do tripes Trybomia sp. (Karny) (Thysanoptera: Phlaeotrhipidae em controlar a broca-do-café (Ferrari) (Hypothenemus hampei). O trabalho foi dividido em dois capítulos. No capítulo 1, foram avaliadas a diversidade e abundância de assembleias de formigas e do tripes Phlaeothripidae em cultivos de café com e sem o ingá. No capítulo 2, avaliou-se a capacidade do tripes Trybomia sp. de acessar e predar a broca-do-café no interior dos frutos. Não houve diferença na abundância e na diversidade das assembleias de formigas e tripes entre café em monocultivo e consorciado. No entanto, nas áreas com consórcio, encontramos maior abundância do total de insetos predadores. Tripes predadores do gênero Trybomia não foram eficientes em acessar e predar a broca-do-café. Através de equipamento de raio-x, foi possível identificar um comportamento de defesa da broca que pode ter impedido a entrada desses tripes. O tripes Trybomia sp. não se mostrou um predador eficiente de H. hampei no interior dos frutos. Nós concluímos que a presença do ingá pode aumentar a incidência de artrópodes predadores em cultivos de café. No entanto, são necessários estudos futuros para avaliara abundância e diversidade dos artrópodes em diferentes distâncias do ingá para certificar a adequada associação dessa planta com os cultivos.Item Seasonal variation, spatial distribution and decision–making system to control of the Leucoptera coffeella in coffee arabica fields(Universidade Federal de Viçosa, 2022-03-28) Walerius, Adriana Helena; Pallini, Angelo; Venzon, Madelaine; Picanço, Marcelo CoutinhoCoffee is the world's second-largest commodity and represented a global market of US$ 102.02 billion dollars in 2020. The Neotropical region is the main coffee producer globally, accounting for more than 56% of the world's production of Arabica coffee. In this region, the coffee leaf miner Leucoptera coffeella is one of key coffee pests. This pest can decrease productivity by around 50 to 87% at high densities. Several factors can influence the L. coffeella population dynamics in the field. Therefore, prior knowledge of the areas and seasons of higher incidence of L. coffeella is essential to field management. The objective of this study was to evaluate the seasonality of the L. coffeella population and the factors that regulate its dynamics in coffee crops located in the Atlantic Forest and the Cerrado biomes. We aim to determine the spatial distribution of Leucoptera coffeella in coffee crops in the Cerrado through geostatistical analyses and propose a decision-making control system based on management zones. L. coffeella densities were higher in the Cerrado area compared to the Atlantic Forest. In the Cerrado, air temperature and potential evapotranspiration were higher, while rainfall was lower. These data are correlated with the high densities of L. coffeella in the fields. The highest population densities were observed between July and October, when the coffee plants were in the fruiting and flowering phases. The minimum, optimum and maximum temperatures for the development of the pest were 16.59, 26.81, and 34.8°C, respectively. Therefore, the climatic elements in each biome influenced the spatio-temporal dynamics of L. coffeella. Geostatistical analysis showed an aggregated distribution of L. coffeella in the Cerrado field. Colonization generally started at the edges of the crop, except in the last year of evaluation. Pest outbreaks appeared at different pivots and different locations within the pivots. Due to isotropy, sampling must be done equidistantly, as the pest is evenly distributed in all directions. The programs that use sampling and level of control (30% of active mined leaves) in decision making were the most efficient and assertive in controlling L. coffeella. Management zones reduce insecticide use by 70% compared to conventional controlover the whole area. The information provided in this study is essential for designing and implementing efficient control strategies, thus reducing production costs and the harmful effects of pesticide use. Keywords: Coffea arabica. Coffe Leaf miner. Population Fluctuation. Climatic Elements. Geostatistics. Integrated Pest Management. Precision Agriculture.Item Aprendizado profundo aplicado à quantificação da severidade de sintomas de doenças e pragas foliares(Universidade Federal de Viçosa, 2020-07-24) Gonçalves, Juliano de Paula; Pinto, Francisco de Assis de CarvalhoOs métodos propostos atualmente para a segmentação de imagens digitais superaram a exatidão e precisão do método visual na estimativa da severidade de doenças foliares. Entretanto, a combinação de fatores como exatidão, precisão, aplicabilidade em uma gama de condições e rapidez, faz com que as estimativas visuais continuem sendo o método mais usado, tanto em ambiente controlado, como em campo. Os objetivos deste estudo foram: (1) avaliar o aprendizado profundo, mais especificamente, as redes neurais convolucionais (CNNs) na segmentação semântica de imagens digitais para estimativa de severidade de doenças e pragas foliares; e (2) investigar os fatores que afetam os desempenhos dos modelos de CNNs na segmentação semântica de imagens digitais. O conjunto de dados de imagem deste estudo reuniu 766 imagens compostas por uma única folha com sintomas cloróticos e necróticos causados por duas doenças fúngicas (ferrugem da soja e mancha bronzeada do trigo) e um inseto-praga (bicho-mineiro do café). As imagens foliares com sintomas de ferrugem da soja e mancha bronzeada do trigo foram capturadas em laboratório, com a iluminação homogênea e o plano de fundo padronizado. Diferentemente, as imagens foliares com sintomas do inseto- praga bicho-mineiro do café foram capturadas em condição de campo, com iluminação irregular e fundo complexo. Três classes semântica foram anotadas manualmente em cada imagem: fundo da imagem, área foliar saudável e área foliar lesionada. Os fatores investigados que poderiam afetar o desempenho dos modelos de CNN foram: plano de fundo da imagem, aumento de dados, resolução da imagem, backbone, número de dobras K na validação cruzada k-fold, algoritmo de otimização e aprendizado por transferência. O modelo de Rede de Pirâmides Características (FPN) tendeu a apresentar o melhor desempenho na segmentação do conjunto de imagens de teste, atingindo uma Interseção-sobre-União (IoU) de 98,9% para o fundo da imagem, 94,1% para área foliar saudável e 79,4% para a área lesionada. Quando previsões em nível de pixel foram usadas para calcular a severidade das folhas, o modelo FPN superou o software Assess, referência para os fitopatologistas, em todas as doenças e pragas analisadas, com coeficientes de concordância de 0,97, 0,98 e 0,98 para ferrugem da soja, mancha bronzeada do trigo e bicho-mineiro do café, respectivamente. Apresentando um método totalmente automático de segmentação, o tempo de inferência e estimativa da severidade dos modelos de CNNs não ultrapassou os 6s, tempo aproximadamente 20 vezes menor que o obtido pelo usuário no modo manual de segmentação do Assess. Os experimentos computacionais mostraram que os fatores analisados tenderam a impactar o desempenho do modelo FPN na segmentação semântica de imagens foliares. Os resultados se mostraram promissores, principalmente pela capacidade dos modelos de segmentar imagens em condições desafiadoras de iluminação e fundo complexo de forma precisa e automática. Palavras-chave: Redes neurais convolucionais. Segmentação semântica. Processamento de imagens.Item Monitoramento da maturação dos frutos e de doenças do cafeeiro utilizando modelos de deep learning(Universidade Federal de Viçosa, 2021-12-20) Oliveira, Carolina Tavares de; Valente, Domingos Sarvio MagalhãesO valor da safra do café está relacionado à vários fatores entre eles: a oferta e a demanda, a quantidade produzida, o armazenamento, a qualidade dos frutos, dentre outros. A qualidade do café, por sua vez, é afetada por vários fatores, entre eles radiação solar, nutrição das plantas, altitude, presença ou ausência de pragas e doenças. Dentre as principais doenças que infestam a cultura do café estão: ferrugem, cercosporiose e mancha de phoma. A ferrugem (Hemileia vastatrix Berk. & Br.) ataca as folhas do cafeeiro o que gera queda prematura das mesmas e redução da fotossíntese. De forma semelhante, a cercosporiose causa danos, principalmente, em lavouras sem fertilização adequada, atingindo folhas e frutos. Já mancha de phoma é favorecida por diferentes eventos climáticos como: ventos fortes e frios, granizo e geada. Além das doenças, outro fator determinante que impacta diretamente na qualidade da bebida é o grau de maturação dos frutos no momento da colheita. Sabe- se que frutos maduros, no estádio denominado cereja, geram cafés de qualidade superior. Normalmente, a avaliação do grau de maturação é realizada por métodos destrutivos, com colheitas de algumas plantas no talhão, que podem ou não representar o talhão a ser colhido. Neste contexto, tecnologias computacionais, tais como: técnicas de inteligência artificial podem ser úteis para monitoramento do cafeeiro. A inteligência artificial tem tido um papel importante no desenvolvimento da agricultura, por meio dela é possível estimar a produtividade das safras, identificar pragas e doenças nas lavouras, definir de forma mais assertiva o momento adequado para realizar a colheita. Dessa forma, esse trabalho teve como objetivos: (1) Desenvolver modelo de detecção, classificação e segmentação de frutos a partir de imagens obtidas em ambientes não controlados (2) Desenvolver um classificador para classificar imagens entre: presença e ausência da doença no cafeeiro, e desenvolver um classificador para identificar as três espécies de doenças comuns que atacam o cafeeiro, a saber, cercosporiose, mancha de phoma e ferrugem. Para atender o primeiro objetivo foram coletadas 78 imagens com frutos em diferentes graus de maturação. As imagens foram rotuladas para identificação dos locais com frutos verde, cereja e passa e fundo. A rotulagem foi realizada de forma manual/visual com auxílio de uma ferramenta desenvolvida por meio da linguagem de programação Python. A partir dos rótulos foi possível treinar um modelo de segmentação de instâncias com arquitetura Mask-RCNN. Para atender o segundo foram coletadas imagens de plantas contaminadas pelas doenças do cafeeiro, a saber, cercospora, mancha de phoma e ferrugem e imagens de plantas sem contaminação na região da Zona da Mata mineira. As mesmas imagens foram utilizadas para classificar somente as três doenças do cafeeiro. Em ambas as análises as imagens serviram de entradas para o treinamento dos modelos de classificação utilizando redes neurais convolucionais. Os resultados foram avaliados pelas métricas da matriz de confusão, a saber, a precisão, recall e f1-score. A precisão do modelo é a relação entre verdadeiros positivos (detecções corretas) sobre a soma de todas as detecções. As abordagens mostraram que o modelo de segmentação de frutos alcançou precisões de 0,897; 0,900; 0,891 para as classes: cereja, verde e passa, respectivamente. Os valores de recall para as mesmas classes respectivamente foram: 0,759; 0,700; 0,813, respectivamente. Já os valores de f1-score para as mesmas classes foram:0,7336; 0,6802; 0,7692. Desta forma, o modelo foi mais eficiente na detecção, segmentação de classificação de frutos passas. Quando foi aplicado o mesmo modelo nas imagens geradas por janela deslizante os valores de precisão foram: 0,974; 0,906; 0,878; recall foram: 0,753; 0,740; 0,813; e f1-score foram: 0,844; 0,8105; 0,8427 para as classes: cereja, verde e passa, respectivamente. No modelo de classificação de doenças as precisões, recall e f1-score foram: 0,933 para ambas as classes: presença e ausência de doença. Já o modelo que classificou as três espécies de doenças apresentou valores de precisão: 0,900, 0,850 e 0,900, recall de 0,900, 0,850 e 0,900 e f1-score de 0,900, 0,850 e 0,900 para as classes ferrugem, cercospora e mancha de phoma, respectivamente. Palavras-chave: Processamento de Imagens. Segmentação de instâncias. Deep Learning. Colheita do café. Inteligência artificial. Maturação do café.Item Estudo de associação genômica ampla da resistência do germoplasma amphillo a Meloidogyne paranaensis(Universidade Federal de Viçosa, 2022-09-06) Gonzales, Rafael Vago; Caixeta, Eveline Teixeira; Salgado, Sônia Maria de Lima; Nascimento, MoysésO fitonematoide Meloidogyne paranaensis é uma das principais ameaças à cafeicultura. O desenvolvimento de cultivares de Coffea arabica resistentes a este patógeno é uma demanda urgente dos programas de melhoramento genético do cafeeiro. Progênies derivadas do germoplasma silvestre ‘Amphillo’ são consideradas potenciais fontes de resistência a M. paranaensis, porém, os mecanismos envolvidos nesta resistência ainda não foram elucidados. No presente trabalho, a resistência de diferentes progênies derivadas de Amphillo foi estudada e foram identificados marcadores moleculares associados a resistência. Por meio da Associação Genômica Ampla foram identificados marcadores SNP (Single Nucleotide Polymorphism) associados a genes potencialmente envolvidos no controle da resistência. Foram analisados 158 genótipos pertencentes a quatro progênies derivadas de cruzamentos entre germoplasma ‘Amphillo’ e linhagens da cultivar Catuaí Vermelho. Estes cafeeiros foram fenotipados para cinco caracteres relacionados à resistência, sendo eles as variáveis nota, número de ovos por grama de raiz, fator de reprodução e tipo de reação ao nematoide. Foram genotipados 7116 marcadores SNPs e após filtragens de qualidade foram selecionados 931 SNPs para condução do estudo de associação genômica ampla. Por meio do modelo linear misto foram identificados 12 SNPs com associações significativas com ao menos uma das variáveis avaliadas. Foram mapeados 18 genes sendo considerados aqueles nos quais os SNPs estão inseridos e os genes imediatamente mais próximos nos sentidos upstream e downstream. Os resultados obtidos fornecem subsídio para o desenvolvimento de marcadores para seleção assistida, para estudos sobre a herança genética e para elucidação de mecanismos moleculares envolvidos na resistência de C. arabica a M. paranaensis. Palavras-chave: Fitonematóide. Arquitetura Genética. Meloidogyne paranaensis.Item Caracterização de raças fisiológicas e análise de proteínas candidatas a efetoras em população de Hemileia vastatrix no Brasil(Universidade Federal de Viçosa, 2017) Silva, Rosemeire Alves; Zambolim, LaércioA ferrugem do cafeeiro, causada pelo fungo Hemileia vastatrix Berkeley & Broome, é considerada a principal doença da cultura. O fungo está amplamente distribuído nas regiões produtoras de café, causando severos danos econômicos. Novas raças fisiológicas de H. vastatrix tem surgido, com frequência em todo mundo, infectando algumas cultivares de café lançadas comercialmente como resistentes à ferrugem. Dessa forma, a obtenção de cafeeiros resistentes tem sido um desafio devido ao alto potencial adaptativo do fungo e tem se tornado cada vez mais difícil a caracterização dos patótipos por meio da coleção de cafeeiros diferenciadores de raça. Além disso, as informações acerca da interação de cafeeiros com as raças existentes são escassas, embora o processo infeccioso de H. vastatrix seja bem estudado. Estudos genômicos estão ajudando no entendimento dos mecanismos moleculares envolvidos no processo de interação entre planta e patógeno e no desenvolvimento de técnicas moleculares para a identificação de isolados. Nosso objetivo foi caracterizar as raças de H. vastatrix encontradas nas principais regiões produtoras de café do Brasil, e estudar as proteínas candidatas a efetoras preditas para H. vastatrix que possam contribuir para patogenicidade nas diferentes raças do fungo. Foram utilizados 56 isolados monopustular coletados de diferentes espécies de café, Coffea canephora, C. arabica e Híbrido de Timor (C. canephora x C. arabica) e multiplicados em cafeeiro suscetível C. arabica variedade Caturra. Cada isolado foi inoculado em cafeeiros que compõe a série diferenciadora de raças, com três repetições. O DNA dos 56 isolados monopustulares foram extraídos para os estudos genômico. Foram utilizadas 47 combinações de primer para amplificar genes de candidatos a efetores. Sete genes foram amplificados, sequenciados e tiveram sua expressão validada em cafeeiros resistente e suscetível. As sequências obtidas foram alinhadas para os 46 isolados, usando o programa DNA Baser. Estudo de domínio conservado foram realizados no programa Pfam e a categorização das proteínas no Blast2GO. O alinhamento das sequências de nucleotídeos, proteínas e agrupamento dos isolados foi feito no programa Clustalw e as diferença de nucleotídeo foi analisada no Weblogo. Os dados obtidos foram usados para o estudo de diversidade. Por meio da inoculação na série diferenciada, foram identificadas sete raças, sendo cinco já descritas no Brasil e duas pela primeira vez (raça XXIX e XXX). Não foi possível caracterizar 15 combinações dos genes de virulência, sendo assim consideradas novas raças. A análise da coleção de isolados permitiu inferir a presença de pelo menos seis novos genes na série diferenciadora, o que possibilitou diferenciar dois isolados descritos como raças III. Na análise genômica, os 47 genes candidatos a efetores estudados se mostraram conservados em todos os isolados e estão ligados a 15 processos biológicos do desenvolvimento do fungo. Foram identificados 14 domínios nas proteínas provenientes desses genes. Para os sete genes sequenciados nos diferentes isolados, observou-se diferença na sequência dos nucleotídeos e presença de indivíduos heterozigoto e homozigoto. Com análise de diversidade foi possível discriminar os indivíduos, sendo o isolado Hv-09 o mais divergente. As informações geradas nesta pesquisa poderão ampliar o entendimento da interação entre H. vastatrix e o cafeeiro. O conhecimento dos genes que estão envolvidos no processo infeccioso auxiliará o entendimento dos mecanismos moleculares que levam à suplantação da resistência por novas raças do fungo.Item Análise citológica e perfil de expressão gênica de Hemileia vastatrix (raça XXXIII) na interação com o cafeeiro(Universidade Federal de Viçosa, 2015-08-12) Lopes, Rejane do Livramento Freitas; Sakiyama, Ney SussumuA raça XXXIII de Hemileia vastatrix foi recentemente identificada no Brasil, infectando algumas cultivares resistentes à ferrugem do cafeeiro. Embora o processo infeccioso de H. vastatrix seja bem estudado, não existem informações acerca da interação de cafeeiros com esta raça do fungo. Diante disso, um dos objetivos deste trabalho foi avaliar o processo de colonização do fungo e as respostas de defesa da planta em genótipos de cafeeiro resistente (Híbrido de Timor – HDT CIFC 832/1) e suscetível (C. arabica cv. Caturra CIFC 19/1) infectados pela raça XXXIII. As primeiras respostas citológicas induzidas pelo fungo foram observadas particularmente nas células estomáticas de ambos os genótipos, às 17 horas após inoculação (hai), e corresponderam à morte celular e ao acúmulo de compostos fenólicos. No genótipo suscetível, o fungo foi capaz de colonizar os tecidos do hospedeiro e produziu um grande número de haustórios, culminando na esporulação cerca de 20 dias após a inoculação (dai). Ao contrário, no genótipo resistente, o crescimento do fungo foi impedido, com alta frequência no estádio pré-haustorial. Estas observações citológicas indicam que a resistência de HDT CIFC 832/1 à raça XXXIII de H. vastatrix é pré-haustorial, ao contrário da resistência pós-haustorial que é geralmente descrita para interações cafeeiro - H. vastatrix. Com base nesta análise, foram definidos os tempos mais adequados para o estudo de genes expressos ao longo do processo infeccioso. Embora o sequenciamento do transcriptoma tenha sido bastante utilizado em estudos de interação planta-patógeno, uma das maiores dificuldades consiste na separação dos transcritos provenientes da planta e do fungo, principalmente quando não existe genoma de referência. Por esta razão, foi realizado o sequenciamento e a montagem do transcriptoma de esporos hidratados e germinados da raça XXXIII de H. vastatrix. A montagem resultou em 32.882 contigs, a partir dos quais foi gerado um conjunto de 11.989 genes preditos. Plantas de C. arabica cv. Caturra Vermelho (CIFC 19/1) e Híbrido de Timor (CIFC 832/1) foram inoculadas com esporos frescos de H. vastatrix (raça XXXIII) para estabelecer uma interação compatível e incompatível, respectivamente. Como controle, foram utilizadas folhas não inoculadas. Nos tempos de coleta pré-definidos (12, 24, 96 horas e 17 dias após a inoculação), as folhas foram removidas e utilizadas para extração de RNA. O sequenciamento das dez bibliotecas de cDNA foi realizado na plataforma Illumina MiSeq, gerando um total de 206 milhões de reads. Após tratamento dos reads, foi realizado o mapeamento das bibliotecas da interação, utilizando como referência o transcriptoma de H. vastatrix previamente montado. Os dados obtidos mostraram que muitos genes de H. vastatrix são similares aos genes do cafeeiro, o que dificulta o estudo da expressão de genes na interação. Por outro lado, genes não conservados entre os dois organismos puderam ser avaliados quanto à sua expressão. Foi verificada a presença de muitos genes comuns às duas interações (compatível e incompatível), sendo que a grande maioria não apresentou expressão diferencial, principalmente nas fases iniciais do processo infeccioso. As maiores diferenças entre as interações foram encontradas aos 17 dai, consistindo principalmente de genes “no hit”, ou seja, genes que não apresentam similaridade com sequências dos bancos de dados de proteínas. Estas sequências podem corresponder a genes específicos de H. vastatrix. As informações geradas nesta pesquisa poderão auxiliar no melhor entendimento da interação entre H. vastatrix e o cafeeiro. O conhecimento dos genes expressos durante a infecção poderá auxiliar no entendimento dos mecanismos moleculares que levam à suplantação da resistência por novas raças do fungo.Item Ricoseius loxocheles (Acari: Phytoseiidae): relações biológicas e fontes alimentares(Universidade Federal de Viçosa, 2015-02-19) Vacacela Ajila, Henry Eduardo; Pallini Filho, AngeloO café constitui um dos principais produtos agrícolas mundiais devido às grandes rendas econômicas que gera nos países onde é cultivado. Nesta cultura, comumente podemos observar pragas como Brevipalpus phoenicis e doenças como Hemileia vastatrix que podem ocasionar grandes perdas econômicas, caso medidas de controle não sejam tomadas. O controle destas pragas e doenças usualmente é feito com a aplicação de agrotóxicos, que podem ocasionar problemas tanto nas pragas que se deseja atingir (resistência) como nos inimigos naturais que podem ser afetados indiretamente. O controle biológico torna-se uma opção viável para a diminuição do uso de agrotóxicos e o ácaros predadores fitoseídeos são objeto de muitas pesquisas sobre sua capacidade de explorar diversos recursos na sua alimentação e sua aplicabilidade nesse tipo de controle. O predador Ricoseius loxocheles (Ácari: Phytoseiidae) tem a capacidade de se alimentar e carregar esporos de ferrugem do cafeeiro e por ser membro de uma família de ácaros predadores possui potencial para agente de controle biológico. No entanto, pouca informação existe sobre sua função ecológica no sistema cafeeiro. Nesse contexto, o objetivo do estudo foi determinar a capacidade predatória de R. loxocheles sobre B. phoenicis e o desempenho do fitoseídeo em diferentes fontes alternativas de alimento avaliando sua sobrevivência e reprodução. Os resultados mostraram que o ácaro B. phoenicis não representa uma presa potencial para o fitoseídeo R. loxocheles, já que o sucesso reprodutivo desse ácaro predador foi negativo quando unicamente tinha a presença da praga, ocasionando a morte do fitoseídeo. O crescimento populacional (r i ) de R. loxocheles foi positivo em mudas de café infectadas por ferrugem. Adicionalmente, foi demonstrado que o ácaro aproveita diversos recursos alimentícios alternativos, como ferrugem de café, ferrugem de trevo e o pólen de taboa para seu sucesso reprodutivo. Das fontes testadas, apenas o pólen apícola foi o único recurso não viável que reduziu a oviposição e ocasionou a sua morte.