Review. Characterization and selection of hexaploid wheats containing resistance to Heterodera avenae or Mayetiola destructor introgressed from Aegilops

Cereal cyst nematode (CCN, Heterodera avenae) and Hessian fly (HF, Mayetiola destructor) are two major pests affecting wheat crops worldwide including important cereal areas of Spain. Aegilops ventricosa and Ae. triuncialis were used as donors in a strategy to introduce resistance genes (RG) for these pests in hexaploid wheat (Triticum aestivum L.). Two 42 chromosomes introgression lines have been derived from Ae. ventricosa: H-93-8 and H-93-33 carrying genes Cre2 and H27 conferring resistance to CCN and HF, respectively. Line TR-3531 with 42 chromosomes has been derived from Ae. triuncialis and carries RGs conferring resistance for CCN (Cre7) and for HF (H30). Alien material has been incorporated in lines H-93 by chromosomal substitution and recombination, while in line TR-3531 homoeologous recombination affecting small DNA fragments has played a major role. It has been demonstrated that Cre2, Cre7, H27 and H30 are major single dominant genes and not allelic of other previously described RGs. Biochemical and molecular-biology studies of the defense mechanism triggered by Cre2 and Cre7 have revealed specific induction of peroxidase and other antioxidant enzymes. In parallel to these basic studies advanced lines carrying resistance genes for CNN and/or HF have been developed. Selection was done using molecular markers for eventually «pyramiding» resistance genes. Several isozyme and RAPD markers have been described and, currently, new markers based on transposable elements and NBS-LRR sequences are being developed. At present, two advanced lines have already been included at the Spanish Catalogue of Commercial Plant Varieties.

Obtención de líneas de trigo resistentes a Mayetiola destructor Say en la Campiña Sur de Extremadura

La línea H-93-33, homocigota para el gen H27, que confiere resistencia a Mayetiola destructor Say, ha sido cruzada con variedades comerciales de trigo seleccionadas por su calidad harinera y sus características agronómicas. Esos cruzamientos han producido numerosas líneas avanzadas. La línea Ma8, que contiene el gen H27, ha demostrado su resistencia al parásito en condiciones controladas de cámara y campo, y muestra mejores características agronómicas que las variedades comerciales con las que se ha cruzado.

Caracterización del comportamiento agroforestal de doce genotipos de nogal (Juglans sp.) en dos localidades de Cataluña

El comportamiento agroforestal de 10 genotipos de J. regia y dos híbridos comerciales de Juglans, Ng23xRa y Mj209xRa, se ha evaluado desde 1995 a 2000 en dos localidades: Massanes (Girona) y Prades (Tarragona). Se establecen tres grupos de genotipos diferenciados de acuerdo a su tasa de crecimiento en altura: 1) crecimiento medio superior a 60 cm/año, que corresponde a los dos híbridos; 2) crecimiento medio de unos 50 cm/año, que corresponde a las progenies de J. regia con brotaciones anteriores al 20 de abril; y 3) crecimiento medio inferior a los 40 cm/año, que corresponde a los genotipos de J. regia con brotación posterior al 20 de abril. La evolución de las progenies en altura y diámetro está significativamente ligada a la localidad. El orden en la clasificación de las progenies por su crecimiento, en altura y en grosor, es prácticamente idéntico en ambas localidades. El diámetro a 2,50 m, al sexto período vegetativo, presenta una dependencia significativa de localidad y genotipo: en Massanes se alcanza un mayor crecimiento que en Prades y el diámetro a 2,50 m de los híbridos es el doble que el del mejor J. regia. La dominancia y la rectitud dependen de los genotipos. Sólo dos J. regia tienen una aptitud forestal aceptable, concretamente dos genotipos italianos, «Bleggiana» y «Boschi Maria Grazia». Los híbridos Ng23xRa y Mj209xRa presentan un mejor comportamiento agroforestal que los genotipos de J. regia estudiados: menor mortalidad en plantación, superiores crecimientos primario y secundario y buena dominancia apical y rectitud.

Three-step pathway engineering results in more incidence rate and higher emission of nerolidol and improved attraction of Diadegma semiclausum

The concentration and ratio of terpenoids in the headspace volatile blend of plants have a fundamental role in the communication of plants and insects. The sesquiterpene (E)-nerolidol is one of the important volatiles with effect on beneficial carnivores for biologic pest management in the field. To optimize de novo biosynthesis and reliable and uniform emission of (E)-nerolidol, we engineered different steps of the (E)-nerolidol biosynthesis pathway in Arabidopsis thaliana. Introduction of a mitochondrial nerolidol synthase gene mediates de novo emission of (E)-nerolidol and linalool. Co-expression of the mitochondrial FPS1 and cytosolic HMGR1 increased the number of emitting transgenic plants (incidence rate) and the emission rate of both volatiles. No association between the emission rate of transgenic volatiles and their growth inhibitory effect could be established. (E)-Nerolidol was to a large extent metabolized to non-volatile conjugates.

EMS mutagenesis in mature seed-derived rice calli as a new method for rapidly obtaining tilling mutant populations.

Background: TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes) is a reverse genetic method that combines chemical mutagenesis with high-throughput genome-wide screening for point mutation detection in genes of interest. However, this mutation discovery approach faces a particular problem which is how to obtain a mutant population with a sufficiently high mutation density. Furthermore, plant mutagenesis protocols require two successive generations (M1, M2) for mutation fixation to occur before the analysis of the genotype can begin. Results: Here, we describe a new TILLING approach for rice based on ethyl methanesulfonate (EMS) mutagenesis of mature seed-derived calli and direct screening of in vitro regenerated plants. A high mutagenesis rate was obtained (i.e. one mutation in every 451 Kb) when plants were screened for two senescence-related genes. Screening was carried out in 2400 individuals from a mutant population of 6912. Seven sense change mutations out of 15 point mutations were identified. Conclusions: This new strategy represents a significant advantage in terms of time-savings (i.e. more than eight months), greenhouse space and work during the generation of mutant plant populations. Furthermore, this effective chemical mutagenesis protocol ensures high mutagenesis rates thereby saving in waste removal costs and the total amount of mutagen needed thanks to the mutagenesis volume reduction.

Multilevel control of arabidopsis 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase by protein phosphatase 2A

Plants synthesize a myriad of isoprenoid products that are required both for essential constitutive processes and for adaptive responses to the environment. The enzyme 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase (HMGR) catalyzes a key regulatory step of the mevalonate pathway for isoprenoid biosynthesis and is modulated by many endogenous and external stimuli. In spite of that, no protein factor interacting with and regulating plant HMGR in vivo has been described so far. Here, we report the identification of two B99 regulatory subunits of protein phosphatase 2A (PP2A), designated B99a and B99b, that interact with HMGR1S and HMGR1L, the major isoforms of Arabidopsis thaliana HMGR. B99a and B99b are Ca2+ binding proteins of the EF-hand type. We show that HMGR transcript, protein, and activity levels are modulated by PP2A in Arabidopsis. When seedlings are transferred to salt-containing medium, B99a and PP2A mediate the decrease and subsequent increase of HMGR activity, which results from a steady rise of HMGR1-encoding transcript levels and an initial sharper reduction of HMGR protein level. In unchallenged plants, PP2A is a posttranslational negative regulator of HMGR activity with the participation of B99b. Our data indicate that PP2A exerts multilevel control on HMGR through the fivemember B99 protein family during normal development and in response to a variety of stress conditions.

Analysis of a Plant Complex Resistance Gene Locus Underlying Immune-Related Hybrid Incompatibility and Its Occurrence in Nature

Mechanisms underlying speciation in plants include detrimental (incompatible) genetic interactions between parental alleles that incur a fitness cost in hybrids. We reported on recessive hybrid incompatibility between an Arabidopsis thaliana strain from Poland, Landsberg erecta (Ler), and many Central Asian A. thaliana strains. The incompatible interaction is determined by a polymorphic cluster of Toll/interleukin-1 receptor-nucleotide binding-leucine rich repeat (TNL) RPP1 (Recognition of Peronospora parasitica1)-like genes in Ler and alleles of the receptor-like kinase Strubbelig Receptor Family 3 (SRF3) in Central Asian strains Kas-2 or Kond, causing temperature-dependent autoimmunity and loss of growth and reproductive fitness. Here, we genetically dissected the RPP1-like Ler locus to determine contributions of individual RPP1-like Ler (R1R8) genes to the incompatibility. In a neutral background, expression of most RPP1-like Ler genes, except R3, has no effect on growth or pathogen resistance. Incompatibility involves increased R3 expression and engineered R3 overexpression in a neutral background induces dwarfism and sterility. However, no individual RPP1-like Ler gene is sufficient for incompatibility between Ler and Kas-2 or Kond, suggesting that co-action of at least two RPP1-like members underlies this epistatic interaction. We find that the RPP1-like Ler haplotype is frequent and occurs with other Ler RPP1-like alleles in a local population in Gorzów Wielkopolski (Poland). Only Gorzów individuals carrying the RPP1-like Ler haplotype are incompatible with Kas-2 and Kond, whereas other RPP1-like alleles in the population are compatible. Therefore, the RPP1-like Ler haplotype has been maintained in genetically different individuals at a single site, allowing exploration of forces shaping the evolution of RPP1-like genes at local and regional population scales.

Aproximación de química genómica para el entendimiento de la repuesta defensiva vegetal frente a patógenos: Identificación de moléculas antagonistas y agonistas de la regulación transcripcional en el mutante ocp1 de Arabidopsis thaliana

La genètica química en plantes constitueix una poderosa ferramenta en auge. Per a profunditzar en l’enteniment dels mecanismes defensius vegetals front a l’atac de microorganismes patògens es va realitzar un rastreig de molècules moduladores de l’expressió del gen Ep5C, que s’activa en resposta a l’aplicació de H2O2 y a l’atac de Pseudomonas syringae. S’ha utilizat el mutant ocp1 d’ Arabidopsis thaliana, obtés per mutagènesi a partir de plantes transgèniques pEp5C::GUS. Coneguda la relació d’Ep5C amb la RdDM gràcies a la implicació funcional d’OCP1 i OCP11, s’identifica a MOD18, MOD2 i MOD1 com a potencials molècules implicades en aquesta ruta. A més a més, s’identifica a MOD1 com a molècula activadora de les defenses a través de la ruta mediada per àcid salicílic.

Evaluación agronómica e industrial del material vegetal de avellano en Cataluña. Estudio de nuevas aplicaciones tecnológicas de la avellana

Los frutos secos representan un peso notable en la producción final agrícola española, siendo nuestro país el segundo productor mundial de almendra (55.000 tm grano) y el cuarto de avellana (9.000 tm grano). En el caso del avellano, la superficie de España es de unas 25.000 ha (MAPA, 2000), concentrándose el 95 % de la misma en Cataluña y, más concretamente en Tarragona (18.000 ha), donde el avellano es, en diversas comarcas, una importante fuente de ingresos. Durante las últimas décadas, el sector ha estado sometido a fuertes crisis debido al descenso de precios causado, entre otros motivos, por la existencia o no de acuerdos comerciales entre la UE y Turquía sobre este fruto seco, por las oscilaciones del dólar y la competencia creciente de Turquía, que produce casi el 75 % del total mundial y cuyos costes de producción son más reducidos, por disponer de mano de obra más barata y mejores condiciones edafoclimáticas para el cultivo. Un problema adicional de la avellana española en dicho periodo, fue la poca calidad del producto obtenido, motivada por la realización inadecuada de una serie de prácticas de recogida y de postcosecha. La variedad 'Negret' es la base de la producción de avellana española para industria y, junto con la ‘Pauetet’, constituyen el tipo comercial ‘negreta’ que es el que obtiene mejor precio en el mercado nacional. Ello es debido a sus buenas características organolépticas y elevada aptitud al tostado, que constituye el punto de partida de la mayoría de aplicaciones comerciales. Por otra parte, constituye, también, la base de la producción de la Denominación de Origen ‘Avellana de Reus’. Tradicionalmente esta variedad adolece de importantes problemas de tipo agronómico (poco vigor, rebrotante, sensible a clorosis férrica, asfixia del suelo, muy virosada, etc.) y comercial (facilidad de enranciamiento, calibres pequeños, etc.), situación que ha inducido, en la última década, a la introducción de variedades foráneas (‘Tonda Giffoni’ y ‘Tonda Romana’) que en principio no presentan estos problemas. Sin embargo, la sustitución de la variedad autóctona ‘Negret’ por otras nuevas supondría la pérdida de un carácter diferencial para la producción española, que debe evaluarse con sumo cuidado.

Mejora de la competitividad de las plantaciones frutales de nogal: selección de material vegetal, desarrollo de un modelo de predicción de la infección de Xanthomonas arboricola pv. juglandis y optimización de las podas de formación y producción

En las colecciones del IRTA-Mas Bové se han caracterizado más de 150 clones de nogal procedentes de prospección, material extranjero y de selecciones de distintos programas de mejora. El material se ha caracterizado agronómicamente siguiendo los descriptores del IPGRI (1994). Actualmente existen fichas descriptivas muy amplias de 43 accesiones. Toda esta información sobre el comportamiento del material vegetal en las condiciones climáticas de Tarragona, tiene interés a nivel científico y es muy válida para posibles plantaciones con nuevo material. El estudio de los caracteres de sensibilidad a Bacteriosis y afección de la caída prematura de flores (PFA), en dos decendencias de nogal de cruzamientos controlados, ha permitido obvervar que estos caracteres tienen una herencia compleja. Se ha establecido la virulencia de distintos aislados de Xanthomonas arboricola pv. juglandis, en nogal. Los aislados más virulentos se han utilizado para establecer un modelo de predicción, en condiciones de laboratorio, de esta bacteria en nogal. La temperatura a la que la severidad de la enfermedad es máxima es 26ºC. A esta temperatura un aumento en la duración del período de humedad relativa elevada de 0-24 horas, produce un aumento de la afección. En los próximos años, este modelo de predicción se validará en campo. Si los resultados son positivos, permitirán racionalizar los tratamientos para la Bacteriosis en las plantaciones de nogal. Los primeros resultados de un control de la iluminación en el interior de las copas de los árboles, realizado mediante medidas de iluminación interceptadas con un ceptómetro Delta T (SunScan), han puesto de manifiesto que la gran influencia de la luz en el crecimiento anual de las ramas. Así, en la formación y poda de los árbles hay que tener presente estos resultados, en especial en las formaciones en ejes libres, y favorecer la máxima entrada de luz en el interior de la copa de los árboles.

Profundización en el conocimiento y evaluación del impacto de la mejora genética sobre criterios morfofisiológicos de interés en la selección del trigo duro para ambiente mediterráneo

El objetivo general del proyecto ha sido profundizar en el conocimiento de diversos criterios morfofisiológicos de interés para la selección del trigo duro en ambiente mediterráneo y la evaluación del impacto que la mejora de la productividad ha ejercido sobre los mismos. El grado de consecución de los objetivos específicos en los que estaba involucrado nuestro subproyecto se detalla a continuación.