Agrobacterium-mediated genetic transformation of 'Hamlin' sweet orange

The development and optimization of efficient transformation protocols is essential in new citrus breeding programs, not only for rootstock, but also for scion improvement. Transgenic 'Hamlin' sweet orange (Citrus sinensis (L.) Osbeck) plants were obtained by Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation of epicotyl segments collected from seedlings germinated in vitro. Factors influencing genetic transformation efficiency were evaluated including seedling incubation conditions, time of inoculation with Agrobacterium and co-culture conditions. Epicotyl segments were adequate explants for transformation, regenerating plants by direct organogenesis. Higher percentage of transformation was obtained with explants collected from seedlings germinated in darkness, transferred to 16 hours photoperiod for 2-3 weeks, and inoculated with Agrobacterium for 15-45 min. The best co-culture condition was the incubation of the explants in darkness, for three days in culture medium supplemented with 100 muM of acetosyringone. Genetic transformation was confirmed by performing beta-glucoronidase (GUS) assays and, subsequently, by PCR amplification for the nptII and GUS genes.

Biologia molecular do processo de infecção por Agrobacterium spp.

Agrobacterium tumefaciens é o agente causal da galha-da-coroa, doença que afeta a maioria das plantas dicotiledôneas e caracteriza-se pelo crescimento de tumores na junção entre o caule e a raiz (coroa). A formação desses tumores é o resultado de um processo natural de transferência de genes de Agrobacterium spp. para o genoma da planta infetada. Esses genes estão contidos em um plasmídio de alto peso molecular (120 a 250 kb), denominado Ti ("tumor inducing"), presente em todas as linhagens patogênicas de Agrobacterium spp. Duas regiões do plasmídio Ti estão diretamente envolvidas na indução do tumor: a região-T, que corresponde ao segmento de DNA transferido para a célula vegetal, e a região de virulência (região vir), que contém genes envolvidos na síntese de proteínas responsáveis pelo processo de transferência da região-T. Esta região, uma vez transferida e integrada no genoma da célula vegetal, passa a ser denominada de T-DNA ("transferred DNA"). Os genes presentes no T-DNA codificam enzimas envolvidas na via de biossíntese de reguladores de crescimento, auxinas e citocininas. A síntese desses reguladores pelas células transformadas causa um desbalanço hormonal, levando à formação do tumor no local da infecção. Outro grupo de genes presentes no T-DNA codifica enzimas responsáveis pela síntese de opinas, que são catabolisadas especificamente pela bactéria colonizadora, como fonte de nutrientes. O conhecimento preliminar das bases moleculares envolvidas no processo de infecção de uma planta hospedeira por Agrobacterium spp., permitiu a utilização desta bactéria como vetor natural de transformação genética de plantas.

Morfogênese in vitro de variedades brasileiras de cana-de-açúcar

O objetivo deste trabalho foi estabelecer sistemas de multiplicação de plantas de cana-de-açúcar in vitro e avaliar sua utilização, como material inicial, para a indução de regeneração a partir de ápices caulinares. Três métodos de cultivo foram avaliados: cultura em meio semi-sólido, cultura líquida estacionária e cultura líquida sob agitação. A taxa de multiplicação mais elevada foi alcançada por meio da cultura líquida sob agitação. Ápices caulinares, excisados dessas plantas, apresentaram taxas de regeneração in vitro compatíveis com sua utilização em protocolos de transformação. Calos resistentes a PPT e GUS-positivos foram obtidos de explantes da variedade Chunnee com inoculação de Agrobacterium tumefaciens C58C1 (pMP90) (pDUBarA9). O protocolo estabelecido a partir de cultivo in vitro pode ser utilizado para a produção de plantas transgênicas de cana-de-açúcar, visando à realização de estudos de regulação da expressão gênica, assim como à introdução de características de interesse agronômico.

GUS gene expression driven by a citrus promoter in transgenic tobacco and 'Valencia' sweet orange

The objective of this work was the transformation of tobacco and 'Valencia' sweet orange with the GUS gene driven by the citrus phenylalanine ammonia-lyase (PAL) gene promoter (CsPP). Transformation was accomplished by co-cultivation of tobacco and 'Valência' sweet orange explants with Agrobacterium tumefaciens containing the binary vector CsPP-GUS/2201. After plant transformation and regeneration, histochemical analyses using GUS staining revealed that CsPP promoter preferentially, but not exclusively, conferred gene expression in xylem tissues of tobacco. Weaker GUS staining was also detected throughout the petiole region in tobacco and citrus CsPP transgenic plants.

Transformação genética de laranja 'Valência' com o gene cecropin MB39

O objetivo deste trabalho foi obter plantas transgênicas de laranja 'Valência' com o gene cecropin MB39 controlado pelo promotor do gene da fenilalanina-amônia-liase de citros, visando a expressão gênica específica nos vasos do xilema. A transformação genética foi realizada via Agrobacterium tumefaciens por meio do co-cultivo de segmentos de epicótilo. Onze plantas transgênicas foram identificadas por PCR, pela amplificação do fragmento esperado de 189 pb, as quais foram aclimatizadas em casa de vegetação. A integração do transgene foi confirmada em três plantas pela análise de transferência de Southern.

Caracterização morfocultural, biossíntese de autoindutor e formação de biofilme por rizobactérias de hortaliças

O objetivo deste trabalho foi caracterizar e agrupar rizobactérias, isoladas de hortaliças, quanto à morfologia cultural, riqueza e diversidade e avaliar a biossíntese de autoindutores N-acil lactonas homoserinas (ALH) e a capacidade de formação de biofilmes. Sete estirpes também foram avaliadas quanto ao potencial de promoção de crescimento de Brassica oleraceae var. acephala em casa de vegetação. Para verificar a produção de ALH, foram realizados ensaios com Agrobacterium tumefaciens estirpe NT1 como sistema repórter. A formação de biofilme foi avaliada pelo cultivo do isolado em meio líquido. A promoção do crescimento foi avaliada após inoculação das estirpes em plantas de couve-de-folha pela determinação da produção de massa de matérias fresca e seca. A maior diversidade morfocultural foi encontrada entre as estirpes isoladas de couve-de-folha. De um total de 112 estirpes testadas, 13% foram positivas quanto à produção de ALH; de 91 estirpes, 96% foram capazes de formar biofilmes; e de 79 estirpes, 11% foram positivas para ambas as características. Foram observadas diferenças significativas na massa de matéria seca das raízes com inoculação de 10(9) UFC mL-1 da estirpe R142, que incrementou em 55% a massa de matéria seca das raízes de couve, em relação ao controle. Não há relação entre a capacidade de formar biofilme e a detecção de ALH produzidos pelas rizobactérias avaliadas.

Watermelon transformation with Zucchini yellow mosaic virus coat protein gene and comparison with parental cultivar

The objective of this work was to transfer Zucchini yellow mosaic virus coat protein (ZYMV-CP) and neomycin phosphotransferase II (NPT II) genes to the watermelon 'Crimson Sweet'(CS) genome, and to compare the transgenic progenies T1 and T2 with the nontransformed parental cultivar for morphological, pomological, growth and yield characteristics. The ZYMV-CP gene was transferred by Agrobacterium tumefaciens. The presence of the gene in transgenic T0, T1 and T2 plants was determined by polymerase chain reaction, and the results were confirmed by Southern blot. Two experiments were performed, one in the winter-spring and the other in the summer-autumn. In both experiments, the hypocotyl length of transgenic seedlings was significantly higher than that of nontransgenic parental ones. In the second experiment, the differences between transgenic and nontransgenic individuals were significant concerning fruit rind thickness, flesh firmness, fruit peduncle length, size of pistil scar, and a* values for fruit stripe or flesh color. Transferring ZYMV-CP gene to CS genome affected only a few characteristics from the 80 evaluated ones. The changes in rind thickness, flesh firmness and flesh color a* values are favorable, while the increase in the size of pistil scar is undesirable. The transgenic watermelon line having ZYMV-CP gene and the parental cultivar CS are very similar.

Transgenic tomato plants expressing the antigen gene PfCP-2.9 of Plasmodium falciparum

The objective of this work was to obtain transgenic tomato plants expressing the PfCP-2.9 protein (a chimera of the antigens MSP1 and AMA1 of Plasmodium falciparum). Cotyledons of seven-day-old tomatoes, cultivar Summers, were transformed via Agrobacterium tumefaciens. Transgenic expression in the T0 plants was verified in the DNA extracted from fruits. PCR analysis was used to test the presence of the gene of interest in the T1 generation. Reverse transcriptase PCR provided evidence of gene expression at the RNA level, and Western blot analysis confirmed the presence of the protein of interest in the T1 plants. This is the first report of successful transformation with the expression of a malaria antigen (PfCP-2.9) in transgenic tomato plants from the T0 and T1 generations.

Genetic transformation of sweet oranges with the D4E1 gene driven by the AtPP2 promoter

The objective of this work was to produce transgenic 'Pêra' and 'Valência' sweet orange plants using the D4E1 gene driven by the Arabidopsis thaliana phloem protein (AtPP2) promoter and to quantify transgene expression in different transformation events. Genetic transformation experiments were carried out with epicotyl segments co‑cultivated with Agrobacterium tumefaciens. Six plants from 'Pêra' sweet orange and seven plants from 'Valência' sweet orange were confirmed as different transgenic events by means of the polymerase chain reaction (PCR) and the Southern blot techniques. Transgene expression was quantified using real‑time quantitative PCR. D4E1 gene expression levels vary from 5 up to 50 times among different transformation events.

Hipersensibilidade e necrose sistêmica em Nicotiana benthamiana transformada com o gene de resistência Sw-5 de tomateiro

O gene Sw-5 do tomateiro confere resistência a várias espécies de tospovírus e codifica uma proteína contendo domínios de ligação a nucleotídeos e repetições ricas em leucina. Tomateiros com Sw-5 exibem reações necróticas nas folhas inoculadas com tospovírus. Estas reações e a estrutura da proteína Sw-5 indicam que a resistência ocorre por meio do reconhecimento do patógeno e desencadeamento da resposta de hipersensibilidade. A capacidade de Sw-5 de conferir resistência a tospovírus em tabaco selvagem (Nicotiana benthamiana Domin.) foi avaliada em plantas transgênicas. Uma construção com a seqüência aberta de leitura de Sw-5 e sua região 3’ não-traduzida sob controle do promotor 35S do CaMV foi utilizada para transformação de N. benthamiana via Agrobacterium tumefaciens. Plantas de progênies R1 foram inoculadas com um isolado de tospovírus e avaliadas quanto à ocorrência de reação de hipersensibilidade e resistência à infecção sistêmica. Em uma progênie com segregação 3:1 (resistente:suscetível), foi selecionada uma planta homozigota e sua progênie avaliada quanto ao espectro da resistência a tospovírus. Plantas com o transgene exibiram resposta de hipersensibilidade 48 h após a inoculação, sendo resistentes à infecção sistêmica. O fenótipo da resistência foi dependente do isolado viral e um isolado de Tomato chlorotic spot virus (TCSV) causou necrose sistêmica em todas as plantas inoculadas, enquanto que isolados de Groundnut ringspot virus (GRSV) e um isolado relacionado a Chrysanthemum stem necrosis virus (CSNV) ficaram restritos ao sítio de infecção. Comparações do espectro da resistência obtido neste trabalho com aquele observado em outros membros da família Solanaceae indicam que as vias de transdução de sinais e as respostas de defesa ativadas por Sw-5 são conservadas dentro desta família e polimorfismos genéticos nas vias de transdução de sinais ou em componentes das respostas de defesa podem resultar em diferentes níveis de resistência.

Genetic transformation of Eucalyptus camaldulensis by agrobalistic method

Eucalyptus stands in the setting of worldwide forestry due to its adaptability, rapid growth, production of high-quality and low cost of wood pulp fibers. The eucalyptus convetional breeding is impaired mainlly by the long life cycle making the genetic transformation systems an important tool for this purpose. However, this system requires in vitro eficient protocols for plant induction, regeneration and seletion, that allow to obtain transgenic plants from the transformed cell groups. The aim of this work was to evaluate the callus formation and to optimize the leaves and callus genetic transformation protocol by using the Agrobacterium tumefaciens system. Concerning callus formation, two different culture media were evaluated: MS medium supplemented with auxin, cytokinin (M1) and the MS medium with reduced nitrogen concentration and supplemented with auxin, cytokinin coconut water (M2). To establish the leave genetic transformation, those were exposed to agrobiolistics technique (gene gun), to tissue injury, and A. tumesfasciens EHA 105 contening the vetor pCambia 3301 (35S::GUS::NOS), for gene transference and to establish the callus transformation thoses were exposed only to A. tumefasciens. For both experiments, the influence of different infection periods was evaluated. The M2 medium provided the best values for callus sizea and fresh and dry weight. The leaves genetic transformation using the agrobiolistics technique was effective, the gus gene transient expression could be observed. No significant differences were obtained in the infection periods (4, 6 and 8 minutes). The callus genetic transformation with A. tumefaciens also promotend the gus gene transient expression on the callus co-cultiveted for 15 e 30 minutes. The transformed callus was transfered to a regeneration and selection medium and transformed plants were obtained.

O desenvolvimento de culturas tolerantes ao herbicida diclorofenoxiacetato: revisão de literatura

O composto diclorofenoxiacetato (2,4-D) foi o primeiro herbicida orgânico, sistêmico, seletivo e de aplicação em pós-emergência desenvolvido no mundo. Juntamente com a revolução verde, ele contribuiu para elevar a produção dos cereais nas décadas posteriores a 1950. Esse produto é uma auxina sintética que pode ser utilizada como regulador do crescimento vegetal ou, ainda, como herbicida para o controle de espécies daninhas dicotiledôneas. Várias espécies infestantes dicotiledôneas que apresentam dificuldade de controle com outros herbicidas são suscetíveis ao 2,4-D. Contudo, a utilização desse herbicida fica restrita pela falta de seletividade em algumas culturas agrícolas. Nas últimas décadas, a descoberta de genes relacionados à tolerância ao 2,4-D em bactérias encontradas no solo e a sua transferência para culturas possibilitaram o desenvolvimento de linhagens tolerantes ao produto. Os objetivos desta revisão de literatura foram apresentar os genes e a atividade das enzimas responsáveis pela tolerância ao herbicida 2,4-D; ilustrar os mecanismos envolvidos na seletividade ao 2,4-D e a outros herbicidas; e equacionar algumas implicações para o manejo de plantas daninhas. O primeiro gene de tolerância ao 2,4-D descoberto foi o tfdA, encontrado no plasmídeo pJP4 da bactéria Cupriavidus necator. Este gene codifica a enzima 2,4-D/oxoglutarato dioxigenase, a qual realiza a conversão do 2,4-D em 2,4-diclorofenol e glioxilato. No final da década de 1980, foi realizada a primeira inserção do gene tfdA em plantas de Nicotiana tabacum, mediada por Agrobacterium tumefaciens. Isso conferiu tolerância de plantas de fumo ao 2,4-D. Resultados similares foram obtidos com inserções posteriores deste gene em plantas de Gossypium hirsutum, Brassica juncea e Vitis vinifera. Com a continuidade dos estudos de bactérias de solo, identificaram-se outros dois genes: o gene rdpA de Sphingobium herbicidivorans MH, que codifica a enzima ariloxialcanoato dioxigenase-1 (AAD-1); e o sdpA de Delftia acidovorans MC1, que codifica a enzima ariloxialcanoato dioxigenase-1(AAD-12). Essas duas enzimas são similares, mas têm cinética enzimática diferenciada e são capazes de degradar o 2,4-D e outros herbicidas. A enzima AAD-1 degrada o 2,4-D e, surpreendentemente, alguns herbicidas inibidores da acetil-CoA carboxilase (ACCase) do grupo dos ariloxifenoxipropionatos (FOPs). A enzima AAD-12 apresenta alta afinidade de ligação com os auxínicos 2,4-D, MCPA, triclopyr e fluroxypyr. Atualmente os genes que codificam estas enzimas estão sendo utilizados para o desenvolvimento de cultivares de soja, algodão e milho tolerantes ao 2,4-D e FOPs. Plantas de soja com o transgene sdpA se mostraram tolerantes ao 2,4-D. Plantas de milho contendo o gene rdpA também são tolerantes aos herbicidas FOPs. Trabalhos realizados com as espécies daninhas Conyza bonariensis, Conyza canadensis e Amaranthus palmeri resistentes ao herbicida glyphosate têm mostrado controle adequado com o 2,4-D. Portanto, os genes sdpA e rdpA são bons candidatos no desenvolvimento de culturas tolerantes ao 2,4-D e deverão ampliar as opções de controle de espécies daninhas de difícil manejo com outros herbicidas.

The radioprotective effect of a new aminothiol (20-PRA)

We examined the radioprotective effect of aminothiol 2-N-propylamine-cyclo-hexanethiol (20-PRA) on a human leukemic cell line (K562) following various radiation doses (5, 7.5 and 20 Gy) using a source of 60Co g-rays. At 5 Gy and 1 nM 20-PRA, a substantial protective effect (58%) was seen 24 h after irradiation, followed by a decrease at 48 h (11%). At the high radiation dose (20 Gy) a low protective effect was also seen (35%). In addition, the antitumorigenic potential of 10 nM 20-PRA was shown by the inhibition of crown gall formation induced by Agrobacterium tumefaciens. The radioprotective potency of 20-PRA is 105-106 times higher than that of the aminothiol WR-1065 (N-(2-mercaptoethyl)-1,3-diaminopropane) whose protective effect is in the 0.1 to 1.0 mM range.

Ciclo de maturação e produção de etileno de tomates (Lycopersicon esculentum, Mill.) transgênicos

Objetivou-se estudar o comportamento fisiológico de frutos de tomateiro (Lycopersicon esculentum, Mill.), da cv. Kadá, transformados geneticamente, via Agrobacterium tumefaciens, com o clone de DNA pMEL1, em orientação antisenso, e de frutos desta mesma cultivar, não transformados. O estudo fisiológico foi realizado avaliando-se a duração do ciclo de maturação dos frutos, amadurecidos na planta e após a colheita no estádio verde-maduro, e sua produção de etileno. Os frutos transformados amadurecidos na planta tiveram um ciclo total médio de 27 dias, enquanto os amadurecidos após a colheita, tiveram este intervalo prolongado a 50 dias. Ao contrário, os tomates não transformados apresentaram um ciclo de maturação mais acelerado quando colhidos no estádio verde-maduro, em relação aos frutos amadurecidos nas plantas. Os valores foram, em média, de 20 e 30 dias, respectivamente. Estes resultados estão correlacionados com as variações na produção de etileno observada nos dois genótipos. Frutos não transformados produziram, em média, 10,46 nL de etileno.g-1.h-1, enquanto os transgênicos tiveram sua produção de etileno diminuída para 0,13 nL.g-1.h-1. Pode-se concluir, então, que a redução da produção de etileno, verificada nos tomates transformados, é necessária, mas não é suficiente para prolongar o ciclo de maturação e aumentar a durabilidade dos frutos. Para que isto ocorra, é necessário que se proceda à colheita dos tomates no estádio verde-maduro.

Resposta in vitro e suscetibilidade ao Agrobacterium de duas cultivares de Stylosanthes guianensis

As cultivares Bandeirantes e Mineirão de Stylosanthes guianensis (Leguminosae) foram avaliadas quanto à capacidade de formação de brotos adventícios in vitro e quanto à suscetibilidade ao Agrobacterium. Para obter regeneração, foram utilizados vários tipos de explantes, e o meio basal MS foi suplementado com diferentes concentrações de ácido naftalenoacético (NAA) e 6-benzilanimopurina (BAP). Observou-se regeneração de brotos a partir de explantes cotiledonares e hipocotiledonares, nas duas cultivares. O Stylosanthes mostrou-se suscetível ao Agrobacterium selvagem, pois a formação de tumores foi induzida. Expressão transiente do gene uidA foi observada em tecidos infectados de Stylosanthes. Experimentos sobre a ação dos antibióticos cefotaxima e tetraciclina, usados em ensaios de transformação para eliminação do Agrobacterium, mostraram que a cefotaxima (250 µg mL-1) tende a reduzir a regeneração de brotos em explantes da cv. Bandeirantes.