A cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) é uma cultura de grande importância econômica e social para o Brasil, uma vez que é o principal produtor de açúcar e álcool. A cana-de-açúcar é acometida por doenças que afetam o seu rendimento e entre elas está a síndrome do amarelecimento da folha (SAF) ou amarelinho, doença que pode provocar perdas na produção de até 50%. São conhecidos dois agentes causais da SAF: Sugarcane yellow leaf virus (ScYLV) e Sugarcane yellow leaf phytoplasma (ScYLP). No Brasil, os únicos registros desses patógenos foram feitos em cana-de-açúcar na região Sudeste. Apesar dos estados do nordeste brasileiro serem importantes produtores de cana-de-açúcar, não é conhecida a presença desses patógenos. Diante do exposto, o objetivo deste estudo foi realizar a detecção e caracterização molecular de isolados de ScYLV e fitoplasma a partir de amostras foliares coletadas em regiões produtoras de cana-de-açúcar nos estados do Piauí, Ceará e Maranhão. Amostras de folhas de cana-de-açúcar com sintomas de amarelecimento foliar foram coletadas e tiveram seu DNA e RNA total extraído. As amostras foram submetidas a RT-PCR com oligonucleotídeos específicos correspondentes a parte do gene da capa proteica do ScYLV, e nested-PCR com oligonucleotídeos de sequências complementares à região 16S rDNA de fitoplasmas. Algumas amostras positivas tanto para ScYLV, quanto para fitoplasma foram sequenciadas e comparadas com sequências depositadas no GenBank. Árvores filogenéticas foram geradas utilizando os métodos de máxima verossimilhança e neighbor joining. As sequências nucleotídicas e de aminoácidos do ScYLV detectados foram comparadas entre si e com sequências de isolados referência. Foram obtidos fragmentos de 450 pb específicos ao ScYLV para 40,49% (41/101) das amostras, enquanto que fragmentos de 210 pb para fitoplasmas foram amplificados em 62,24% (61/98) das amostras. O ScYLV e o fitoplasma foram detectados em todos os municípios amostrados. A incidência do ScYLV foi de 60,52% no município União-PI, 23,52% em São João dos Patos-MA, 17,85% em Sucupira do Riachão-MA e 50% em Viçosa-CE. A incidência do fitoplasma foi de 72,22% em União, 3,57% em Sucupira do Riachão e 100% em São João dos Patos e Viçosa. A comparação de identidade entre as sequências de nucleotídeos (nt) dos isolados de ScYLV variou de 99-100% e para aminoácidos a variação foi de 98-100%. Os isolados de ScYLV deste estudo agruparam no mesmo clado, juntamente com outros isolados brasileiros. As sequências de oito amostras de fitoplasma foram sequenciadas, e todas apresentaram 99% de identidade com Artemisia witches’-broom quando comparadas por BLASTn. Os oito isolados agruparam com outros fitoplasmas do grupo 16SrVII, com bootstrap de 81%. Este estudo identificou o ScYLV e um fitoplasma do grupo 16SrVII associados aos sintomas de SAF em plantas de cana-de-açúcar nos estados do Piauí, Ceará e Maranhão, além de revelar baixa variabilidade genética do gene da ORF3 do ScYLV.