EFFECT OF BAP, NAA AND GA3, EITHER ALONE OR IN COMBINATION, ON MERISTEM CULTURE AND PLANTLET ESTABLISHMENT IN SWEET POTATO (CV BRONDAL)

In Zimbabwe, the average sweet potato yield (6 t/ha) is relatively low when compared to Asian counterparts (17 t/ha). These low crop yields have been blamed on weevil infestations and viral infections which account for 60-90% of sweet potato yield losses in Africa. Meristem tip culture, a Centre for Potato Improvement (CIP) initiated tissue culture technique, has been widely used to eradicate viruses from clonally propagated crops and has been noted to be one of the instrumental techniques that helped China to increase sweet potato yields. In an effort to adopt the meristem tip culture technique for the production of virus-free planting material of a local sweet potato (cv Brondal), a study was conducted to evaluate the effect of Benzylamino purine (BAP), 1-Naphthaleneacetic acid (NAA) and Gibberellic acid (GA3) (either alone or in combination) on cultured Brondal meristems. The different hormonal treatments were assessed on the following parameters: plantlet regenerative capacity, multiple plantlet production, shoot height, average leaf number per shoot and average node number per shoot, ten weeks after meristem culture. All treatments containing a combination of BAP (1 mg-L) and GA3 (at either 5 mg-L, 10 mg-L, or 20 mg-L) had a significantly (p<0.01) higher plantlet regenerative capacity of 33-66% when compared to other treatment combinations. Only treatments, 10 mg-L GA3 + 1 mg-L BAP and 20 mg-L GA3 + 1 mg-L BAP were capable of inducing multiple plantlet formation, producing an average of three plantlets/meristem and two plantlets/meristem respectively. Overall, treatment 10 mg-L GA3 + 1 mg-L BAP gave rise to significantly (p<0.01) taller shoots (20 mm) compared to the rest of the treatments used. For average leaf number per shoot, all GA3 treatments (5 mg-L, 10 mg-L, or 20 mg-L) supplemented with 1 mg-L BAP gave significantly (p<0.01) higher numbers of leaves (six leaves/shoot) than the rest of the treatments. Treatments 10 mg-L GA3 + 1 mg-L BAP and 20 mg-L GA3 + 1 mg-L BAP gave rise to the highest number of nodes per shoot, producing an average of three nodes per shoot. In sharp contrast to treatments containing a combination of BAP and GA3, all treatments containing a combination of BAP and NAA performed poorly in all parameters tested for plant regeneration of Brondal sweet potato variety. In conclusion, the best hormonal treatment for culturing Brondal meristems proved to be 10 mg-L GA3 + 1 mg-L BAP.

Études de la réponse du métabolisme énergétique à la carence en fer dans les cultures cellulaires de Solanum tuberosum

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress.

Oligodeoxynucleotide synthesis using protecting groups and a linker cleavable under non-nucleophilic conditions

Oligodeoxynucleotides (ODNs) containing latent electrophilic groups can be highly useful in antisense drug development and many other applications such as chemical biology and medicine, where covalent cross-linking of ODNs with mRNA, protein and ODN is required. However, such ODN analogues cannot be synthesized using traditional technologies due to the strongly nucleophilic conditions used in traditional deprotection/cleavage process. To solve this long lasting and highly challenging problem in nucleic acid chemistry, I used the 1,3-dithian-2-yl-methoxycarbonyl (Dmoc) function to protect the exo-amino groups on the nucleobases dA, dC and dG, and to design the linker between the nascent ODN and solid support. These protecting groups and linker are completely stable under all ODN synthesis conditions, but can be readily cleaved under non-nucleophilic and nearly neutral conditions. As a result, the new ODN synthesis technology is universally useful for the synthesis of electrophilic ODNs. The dissertation is mainly comprised of two portions. In the first portion, the development of the Dmoc-based linker for ODN synthesis will be described. The construction of the dT-Dmoc-linker required a total of seven steps to synthesize. The linker was then anchored to the solid support―controlled pore glass (CPG). In the second portion, the syntheses of Dmoc-protected phosphoramidites ODN synthesis monomers including Dmoc-dC-amidite, Dmoc-dA-amidite, Dmoc-dG-amidite are described. The protection of dC and dA with 1,3-dithian-2-yl-methyl 4-nitrophenyl carbonate proceeded smoothly giving Dmoc-dC and Dmoc-dA in good yields. However, when the same acylation procedure was applied for the synthesis of Dmoc-dG, very low yield was obtained. This problem was later solved using a highly innovative and environmentally benign procedure, which is expected to be widely useful for the acylation of the exo-amino groups on nucleoside bases. The reactions to convert the Dmoc-protected nucleosides to phosphoramidite monomers proceeded smoothly with high yields. Using the Dmoc phosphoramidite monomers dA, dC, dG and the commercially available dT, and the Dmoc linker, four ODN sequences were synthesized. In all cases, excellent coupling yields were obtained. ODN deprotection/cleavage was achieved by using non-nucleophilic oxidative conditions. The new technology is predicted to be universally useful for the synthesis of ODNs containing one or more electrophilic functionalities.

Études de la réponse du métabolisme énergétique à la carence en fer dans les cultures cellulaires de Solanum tuberosum

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress.

Mcardle disease: Update of reported mutations and polymorphisms in the Pygm gene

McArdle disease is an autosomal recessive disorder caused by inherited deficiency of the muscle isoform of glycogen phosphorylase (or ‘myophosphorylase´), which catalyzes the first step of glycogen catabolism, releasing glucose-1-phosphate from glycogen deposits. As a result, muscle metabolism is impaired, leading to different degrees of exercise intolerance. Patients range from asymptomatic to severely affected, including in some cases limitations in activities of daily living. The PYGM gene codifies myophosphoylase and to date 147 pathogenic mutations and 39 polymorphisms have been reported. Exon 1 and 17 are mutational hot-spots in PYGM and 50% of the described mutations are missense.