Mass spectrometry imaging of glucosinolates in arabidopsis flowers and siliques

Glucosinolates are multi-functional plant secondary metabolites which play a vital role in plant defence and are, as dietary compounds, important to human health and livestock well-being. Knowledge of the tissue-specific regulation of their biosynthesis and accumulation is essential for plant breeding programs. Here, we report that in Arabidopsis thaliana, glucosinolates are accumulated differentially in specific cells of reproductive organs. Using matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) mass spectrometry imaging (MSI), distribution patterns of three selected compounds, 4-methylsulfinylbutyl (glucoraphanin), indol-3-ylmethyl (glucobrassicin), and 4-benzoyloxybutyl glucosinolates, were mapped in the tissues of whole flower buds, sepals and siliques. The results show that tissue localization patterns of aliphatic glucosinolate glucoraphanin and 4-benzoyloxybutyl glucosinolate were similar, but indole glucosinolate glucobrassicin had different localisation, indicating a possible difference in function. The high resolution images obtained by a complementary approach, cryo-SEM Energy Dispersive X-ray analysis (cryo-SEM-EDX), confirmed increased concentration of sulphur in areas with elevated amounts of glucosinolates, and allowed identifying the cell types implicated in accumulation of glucosinolates. High concentration of sulphur was found in S-cells adjacent to the phloem in pedicels and siliques, indicating the presence of glucosinolates. Moreover, both MALDI MSI and cryo-SEM-EDX analyses indicated accumulation of glucosinolates in cells on the outer surface of the sepals, suggesting that a layer of glucosinolate-accumulating epidermal cells protects the whole of the developing flower, in addition to the S-cells, which protect the phloem. This research demonstrates the high potential of MALDI MSI for understanding the cell-specific compartmentation of plant metabolites and its regulation.

Flavonoids as prospective compounds for anti-cancer therapy

Flavonoids, which are polyphenolic compounds, are a class of plant secondary metabolites possessing a broad spectrum of pharmacological activity including anti-cancer activities. They have been reported to interfere in the initiation, promotion and progression of cancer by modulating different enzymes and receptors in signal transduction pathways related to cellular proliferation, differentiation, apoptosis, inflammation, angiogenesis, metastasis and reversal of multidrug resistance. Due to their multiple molecular mechanisms of action, flavonoids (both natural and synthetic analogs) are being investigated for their potential applications in anti-cancer therapies. In this review article, the main molecular mechanisms of action of flavonoids attributing to their potential anti-cancer activities have been discussed and the key structural features required for their activity are highlighted.

Interactions between nutrition and infections with Haemonchus contortus and related gastro-intestinal nematodes in small ruminants

Interactions between host nutrition and feeding behaviour are central to understanding the pathophysiological consequences of infections of the digestive tract with parasitic nematodes. The manipulation of host nutrition provides useful options to control gastrointestinal nematodes as a component of an integrated strategy. Focused mainly on the Hameonchus contortus infection model in small ruminants, this chapter (i) illustrates the relationship between quantitative (macro- and micro-nutrients) and qualitative (plant secondary metabolites) aspects of host nutrition and nematode infection, and (ii) shows how basic studies aimed at addressing some generic questions can help provide solutions, despite the considerable diversity of epidemiological situations and breeding systems.

Proanthocyanidins inhibit Ascaris suum glutathione-S-transferase activity and increase susceptibility of larvae to levamisole and ivermectin in vitro

Proanthocyanidins (PAC) are a class of plant secondary metabolites commonly found in the diet that have shown potential to control gastrointestinal nematode infections. The anti-parasitic mechanism(s) of PAC remain obscure, however the protein-binding properties of PAC suggest that disturbance of key enzyme functions may be a potential mode of action. Glutathione-S-transferases (GSTs) are essential for parasite detoxification and have been investigated as drug and vaccine targets. Here, we show that purified PAC strongly inhibit the activity of both recombinant and native GSTs from the parasitic nematode Ascaris suum. As GSTs are involved in detoxifying xenobiotic substances within the parasite, we hypothesised that this inhibition may render parasites hyper-susceptible to anthelmintic drugs. Migration inhibition assays with A. suum larvae demonstrated that the potency of levamisole (LEV) and ivermectin (IVM) were significantly increased in the presence of PAC purified from pine bark (4.6-fold and 3.2-fold reduction in IC50 value for LEV and IVM, respectively). Synergy analysis revealed that the relationship between PAC and LEV appeared to be synergistic in nature, suggesting a specific enhancement of LEV activity, whilst the relationship between PAC and IVM was additive rather than synergistic, suggesting independent actions. Our results demonstrate that these common dietary compounds may increase the efficacy of synthetic anthelmintic drugs in vitro, and also suggest one possible mechanism for their well-known anti-parasitic activity.

Dynamic headspace solid-phase microextraction combined with one-dimensional gas chromatography–mass spectrometry as a powerful tool to differentiate banana cultivars based on their volatile metabolite profile

In this study the effect of the cultivar on the volatile profile of five different banana varieties was evaluated and determined by dynamic headspace solid-phase microextraction (dHS-SPME) combined with one-dimensional gas chromatography–mass spectrometry (1D-GC–qMS). This approach allowed the definition of a volatile metabolite profile to each banana variety and can be used as pertinent criteria of differentiation. The investigated banana varieties (Dwarf Cavendish, Prata, Maçã, Ouro and Platano) have certified botanical origin and belong to the Musaceae family, the most common genomic group cultivated in Madeira Island (Portugal). The influence of dHS-SPME experimental factors, namely, fibre coating, extraction time and extraction temperature, on the equilibrium headspace analysis was investigated and optimised using univariate optimisation design. A total of 68 volatile organic metabolites (VOMs) were tentatively identified and used to profile the volatile composition in different banana cultivars, thus emphasising the sensitivity and applicability of SPME for establishment of the volatile metabolomic pattern of plant secondary metabolites. Ethyl esters were found to comprise the largest chemical class accounting 80.9%, 86.5%, 51.2%, 90.1% and 6.1% of total peak area for Dwarf Cavendish, Prata, Ouro, Maçã and Platano volatile fraction, respectively. Gas chromatographic peak areas were submitted to multivariate statistical analysis (principal component and stepwise linear discriminant analysis) in order to visualise clusters within samples and to detect the volatile metabolites able to differentiate banana cultivars. The application of the multivariate analysis on the VOMs data set resulted in predictive abilities of 90% as evaluated by the cross-validation procedure.

Ação de tinturas e óleos essenciais de plantas medicinais sobre o crestamento bacteriano comum do feijoeiro e na produção de proteínas de indução de resistência

A exploração da atividade biológica de compostos secundários presentes nas tinturas ou em óleos essenciais de plantas podem representar, ao lado da indução de resistência, mais uma forma potencial de controle de doenças em plantas cultivadas. O presente trabalho objetivou avaliar o potencial de tinturas de Lippia alba, Lippia sidoides, Mikania glomerata, Equisetum sp. e Hedera helix e óleos essenciais de Rosmarinus officinalis e Cinnamomum zeylanicum nas atividades in vitro, in vivo e na produção de proteínas na indução de resistência, em plantas de feijão vagem cultivar Bragança. Os resultados obtidos demonstraram que as tinturas de L. alba e L. sidoides e os óleos essenciais (R. officinalis e C. zeylanicum) apresentaram atividade in vitro aos isolados de Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli. Todas as tinturas ensaiadas apresentaram menores valores do progresso da doença (AACPD), em relação à testemunha, merecendo destaque a tintura de L. alba, que estavam correlacionadas com os maiores teores de polifenoloxidase, peroxidase e proteínas solúveis totais, evidenciando uma possível indução de resistência. Os óleos essenciais não apresentaram diferença na AACPD e nem na indução de proteínas.

Alteração fisiológica da cana-de-açúcar pela aplicação de Glyphosate e Sulfumeturon-Methyl

O bloqueio parcial das rotas onde atuam os herbicidas, com uso de baixas doses, pode ter implicações importantes, como a alteração do balanço de processos metabólicos nas plantas. Assim, foi conduzido no ano agrícola 2006/2007 um experimento em cana-soca de segundo corte na Fazenda Jurema, pertencente ao grupo COSAN, município de Barra Bonita-SP, para verificar os efeitos do glyphosate e do sulfumeturon-methyl, em subdoses, no comportamento fisiológico da cana-de-açúcar pelos níveis de clorofila e carotenoides. Os tratamentos constituíram-se da aplicação de dois herbicidas: sulfumeturon-methyl (Curavial 360 e.a. kg-1) e glyphosate (Roundup 480 i.a. kg-1), isolados e em misturas, em diferentes doses, e um tratamento controle, sem a aplicação dos herbicidas. As doses utilizadas foram: glyphosate 200 mL p.c. ha-1; glyphosate 400 mL p.c. ha -1; glyphosate 200 mL p.c. ha -1 + 10 g p.c. ha-1 de sulfumeturon-methyl; glyphosate 150 mL p.c. ha -1 + 12 g p.c. ha -1 de sulfumeturon-methyl; e sulfumeturon-methyl 20 g p.c. ha -1. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. As avaliações foram realizadas 15 e 30 dias após o plantio (DAP) e 30, 60, 90, 120, 150 e 180 dias após a colheita (DAC). As folhas foram cortadas padronizando-se o mesmo peso e área foliar. Para determinação do conteúdo de clorofila e carotenoides, amostras de 0,2 g de tecido foliar fresco foram preparadas e os extratos filtrados, sendo efetuadas leituras em espectrofotômetro (663 e 645 nm para clorofilas a e b, respectivamente). A aplicação de glyphosate e sulfumeturon-methyl nas maiores doses interferiu no conteúdo de carotenoides quando estes foram comparados com a testemunha. A maior dose de glyphosate diminuiu significativamente o conteúdo de clorofilas e carotenoides na cana-de-açúcar, porém esse resultado não se manteve quando a dose foi reduzida para 200 mL p.c. ha-1 . Os teores de clorofila foram inversamente proporcionais aos níveis Fe. A aplicação de sulfumeturon-methyl não interferiu nos teores de clorofila, no entanto os níveis de carotenoides se mostraram mais sensíveis e seus teores reduzidos. As alterações observadas nos níveis de clorofilas e carotenoides pela aplicação dos produtos podem afetar de maneira distinta o metabolismo da fotossíntese pela absorção e/ou conversão de energia.

Teores de lignina e celulose em plantas de cana-de-açúcar em função da aplicação de maturadores

O objetivo deste trabalho foi avaliar os teores de lignina e celulose em plantas de cana-de-açúcar após a aplicação de dois maturadores para a colheita. O experimento foi conduzido em uma área de cana-soca, cultivar SP 803280, no município de Igaraçu do Tietê/SP. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. Os tratamentos constituíram-se da aplicação de dois maturadores: sulfometuron-methyl (Curavial) e glyphosate (Roundup original). As doses utilizadas foram: glyphosate a 72 g e.a. ha-1; glyphosate a 144 g e.a. ha-1 ; glyphosate a 72 g e.a. ha-1 + sulfometuron methyl a 10 g p.c. ha-1; glyphosate a 108 g e.a. ha-1 + sulfometuron-methyl a 12 g p.c. ha-1; sulfometuron-methyl a 20 g p.c. ha-1; e a testemunha sem aplicação de maturadores. As análises de lignina e celulose foram realizadas pelo método lignina em detergente ácido modificado. O glyphosate e o sulfometuron-methyl alteraram os níveis de lignina no momento da colheita, e esse efeito foi observado também durante o crescimento da cana-de-açúcar (meses após a aplicação desses produtos). O glyphosate a 72 g e.a. ha-1 promoveu reduções nos teores de lignina, na colheita e durante o crescimento da cana-de-açúcar, quando comparados com os da testemunha, enquanto o sulfometuron-methyl isolado na menor dose (10 g ha-1) promoveu aumento nos teores desse biopolímero na soqueira da cana-de-açúcar.

Antitumoral, mutagenic and (anti)estrogenic activities of tingenone and pristimerin

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

O cultivo de yacon no Brasil

O yacon (Polymnia sonchifolia Poep. Endl.) é uma espécie da família Asteraceae que apresenta um complexo sistema subterrâneo. Suas raízes tuberosas e rizóforos contêm grandes quantidades de frutose e glicose livres, além de fruto-oligossacarídeos do tipo inulina como carboidrato de reserva. Vem despertando interesse principalmente por suas propriedades medicinais, sendo utilizado como auxiliar no tratamento contra diabetes e colesterol. Foi introduzido no Brasil por volta de 1989, porém somente em 1994 iniciaram-se os primeiros cultivos comerciais. Atualmente é cultivado na região de Capão Bonito (SP), a partir de rizóforos pesando de 60 a 80 g. Estes são plantados em canteiros de 0,30 - 0,40 m de altura por 1,0 m de base, em um espaçamento de 1,00 x 0,90 m. O pH do solo é ajustado para 6,0 e a fertilização básica é realizada com NPK + Zn, de acordo com análise e a recomendação utilizada para batata doce. Posteriormente são aplicados 40 kg.ha-1 de N em duas parcelas. A irrigação é feita por aspersão e a colheita realizada entre os 8 e 10 meses após o plantio, obtendo-se um rendimento médio de 80 t.ha-1 de raízes e 1 t.ha-1 de folhas desidratadas. Tanto as raízes como as folhas podem ser consumidas frescas ou desidratadas em estufas com ventilação forçada, à temperatura máxima de 50°C, para se evitar a degradação dos carboidratos de reserva e das substâncias do metabolismo secundário.

METABOLISMO do NITROGÊNIO ASSOCIADO À DEFICIÊNCIA HÍDRICA E SUA RECUPERAÇÃO em GENÓTIPOS DE MILHO

O estresse hídrico afeta profundamente o metabolismo celular vegetal. Neste trabalho, objetivou-se quantificar os efeitos da deficiência hídrica e sua recuperação sobre a atividade das enzimas do metabolismo do nitrogênio: redutase do nitrato (RN), glutamina sintetase (GS) e glutamato sintase (GOGAT) e sobre o acúmulo de prolina em plantas dos genótipos de milho BR 2121 e BR 205. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, sob o delineamento inteiramente casualizado, com quatro repetições, utilizando-se vasos que continham 14,3kg de solo. Os tratamentos consistiram da combinação dos dois genótipos e quatro intervalos entre irrigações (1, 3, 5 e 7 dias). No dia da avaliação (49 dias após emergência), os tratamentos com intervalos entre 3 e 7 dias, haviam sido irrigados no dia anterior, caracterizando-se portanto como recuperação da deficiência hídrica leve e severa, respectivamente. As extrações e análises foram realizadas utilizando-se a terceira folha basípeta completamente expandida. As atividades das enzimas estudadas não diferiram entre os tratamentos de estresse hídrico, controle e recuperação do estresse moderado, entretanto as plantas sob recuperação do estresse severo apresentaram atividade enzimática superior à das plantas controle. O acúmulo de prolina livre nas folhas aumentou com o estresse hídrico e respondeu à recuperação do estresse apresentando redução. de modo geral, a atividade enzimática e o acúmulo de prolina apresentaram respostas inversas dentro dos tratamentos.

Seasonal variation in coumarin content of Mikania glomerata

Mikania glomerata Spengal extract contains approximately 0.5 percent of coumarin, a substance that displays anti-inflammatory and expectoratory activities. Extracts from different young leaves of plants collected during the early evening of December and July contained the highest levels coumarin. Plants dried in oven with circulating air contained 7.3 mg of coumarin/g of dry weight, demonstrating that this was the most appropriate drying condition for Mikania glomerata.

Analysis of total glucosinolates and chromatographically purified benzylglucosinolate in organic and conventional vegetables

The limited availability of foods that are free of pesticides has led Brazil to search for alternative production methods to meet the desires of consumers. Currently, organic cultivation represents a production system that complies with general expectations of producers and consumers. Organic cultivation is particularly interesting mainly because of its effect on plant secondary metabolite content, which may help plants to naturally combat pests; in humans, these substances can also contribute to the prevention of chronic diseases. We report on the extraction of glucosinolates (both as total glucosinolates and as benzylglucosinolate) with trifluoroacetic acid addition in a 70:30 MeOH:water (v/v). Total glucosinolates, determined by a thioglucosidase coupled assay, were measured in different Brassicaceae species and were similar to values reported in the literature. For broccoli, analyses were carried out separately on inflorescences, leaves and stalks; analyses were also conducted on thermally processed samples to simulate cooking. Furthermore, when the analysis was conducted on conventional and organic products, the highest concentrations of these substances were most often found in organically cultivated Brassicaceae. The benzylglucosinolate concentrations were evaluated on the same samples using HPLC. The concentration of benzylglucosinolate was significantly higher in organically cultivated vegetables, as well. © 2012 Elsevier Ltd.

Fungos endofíticos: Uma fonte inexplorada e sustentável de novos e bioativos produtos naturais

Endophytic fungi are a rich source of new and biologically active natural products. They colonize a relatively unexplored ecological habitat and their secondary metabolism is particularly active, presumably due to metabolic interactions with their hosts. In the course of our continuing investigations for new and bioactive compounds from endophytic fungi from brazilian flora Alibertia macrophylla, Caseria sylvestris, Ocotea corymbosa, Cassia spectabilis, Piper aduncum, Cryptocaria mandioccana, Xylopia aromatica and Palicourea marcgravii were investigated. Forty two natural products were isolated and their structures were established on the basis of comprehensive spectral analysis, mainly using 1D and 2D NMR experiments. The compounds were tested in their antifungal, antioxidant, anticholinesterasic and anticancer activities.

Efeito da lisina na produção de compostos beta-lactâmicos produzidos por Sterptomuces clavuligerus

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)