Root growth of Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. treated with humic acids isolated from typical soils of Rio de Janeiro state, Brazil

Humic substances isolated from soil organic matter had been used as stimulators of plant metabolism. Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. with only five chromosomes, short cycle and size, is an important model to evaluate the physiological effects of these substances, which are qualitatively and quantitatively influenced by morphogenesis, mineralogy and chemistry of soils. The objective of this study was to evaluate the ambience effects on bioactivity of humic acids. A and B horizons of four typical soils of the North Fluminense were sampled. After isolation and purification, humic acids were applied to plants in increasing concentrations. The number and length of lateral roots and main root length were evaluated and, subsequently, the concentrations of maximum stimulation were determined by dose-response curves and regression equations. The results showed that more stable humic acids isolated from soil in less advanced stages of weathering, high activity clay and high base saturation resulted in better physiological stimulants for Arabidopsis.

Natural variability in Arabidopsis thaliana germplasm response to Xanthomonas campestris pv. campestris

This work aimed to study the interaction between the model plant Arabidopsis thaliana and Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), the pathogen responsible for black rot of crucifers. The response of 32 accessions of A. thaliana to the Brazilian isolate of Xcc CNPH 17 was evaluated. No immunity-like response was observed. "CS1308", "CS1566" and "CS1643" grown in continuous light were among the accessions that showed strongest resistance when inoculated with 5 x 10(6) CFU/mL. In contrast, "CS1194" and "CS1492" were among the most susceptible accessions. Similar results were obtained when plants were grown under short-day conditions. To quantify the differences in disease symptoms, total chlorophyll was extracted from contrasting accessions at different time points after inoculation. Chlorophyll levels from controls and Xcc inoculated plants showed a similar reduction in resistant accessions, whereas Xcc-inoculated susceptible accessions showed a greater reduction compared to controls. To test the specificity of resistance, accessions CS1308, CS1566, CS1643 and CS1438 (which showed partial resistance to CNPH 17), were inoculated with a more aggressive isolate of Xcc (CNPH 77) and Ralstonia solanacearum. Among the accessions tested, "CS1566" was the most resistant to Xcc CNPH 77 and also displayed resistance to R. solanacearum. Accessions CS1308, CS1566 and CS1643 were also inoculated with a high titer of Xcc CNPH 17 (5 x 10(8) CFU/mL). No collapse of tissue was observed up to 48 h after inoculation, indicating that a hypersensitive response is not involved in the resistance displayed by these accessions.

Desenvolvimento reprodutivo de Hyptis suaveolens (L.) Poit.: relação entre fotoperíodo, densidade celular meristemática e padrão de expressão de um ortólogo putativo do gene LEAFY de arabidopsis

Hyptis suaveolens (L.) Poit. é uma planta da família Lamiaceae, considerada uma espécie tipicamente invasora. Entretanto, é produtora de óleo essencial, ao qual várias atividades biológicas são atribuídas. Informações sobre o desenvolvimento reprodutivo nesta espécie seriam úteis à elucidação de mecanismos adaptativos relacionados à indução floral em espécies invasoras, e ao incremento na produção de óleo essencial, devido sua preponderância nas flores. Assim, aqui caracterizamos alguns aspectos do desenvolvimento reprodutivo em Hyptis suaveolens. Plantas de H. suaveolens foram submetidas a dois tratamentos fotoperiódicos (fotoperíodo natural de Alfenas e fotoperíodo mínimo de 16 h) para amostragem de ápices aéreos vegetativos e florais em cinco datas. Nestes materiais botânicos foram realizadas análises anatômicas, ensaios de hibridização in situ para detecção dos transcritos de um ortólogo putativo de LEAFY e microscopia eletrônica de varredura. Hyptis suaveolens é uma planta de dias curtos, com fotoperíodo crítico em torno de 13 h. A atividade meristemática vegetativa ou floral pôde ser evidenciada pela densidade celular. O ortólogo putativo de LEAFY em H. suaveolens exibiu o padrão de expressão clássico descrito em Antirrhinum e Arabidopsis, mas também foi expresso em ápices vegetativos de plantas cultivadas sob fotoperíodo natural, independente da época de amostragem. Entretanto, não foi expresso em meristemas vegetativos de plantas cultivadas em fotoperíodo mínimo de 16 h. Estes resultados sugerem uma expressão basal de LEAFY em meristemas vegetativos de H. suaveolens, que é fortemente reduzida sob fotoperíodo mínimo de 16 h ou incrementada em fotoperíodos inferiores a 13 h, atingindo níveis satisfatórios à determinação floral.

Xyloglucans from Hymenaea courbaril var. stilbocarpa seeds affect Arabidopsis thaliana seedling growth by enhancing lateral root development

The effect of crude xyloglucan (XG) preparations from jatobá (Hymenaea courbaril var. stilbocarpa (Hayne) Y. T. Lee & Langenh.) seeds on Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. root system development was investigated. The XG extracts exerted a dual effect on root system development by slowing down root growth and improving lateral root formation. These observed morphological changes were not due to oligosaccharides that could be generated following hydrolysis of the XG polymers, since XG hydrolysate induced a drastic inhibition of the overall growth process of the Arabidopsis thaliana seedlings. Histochemical test of GUS gene expression assay performed on seven and 14-days-old transgenic Arabidopsis thaliana plants carrying the CycB1;1-GUS fusion indicated that the improvement of the lateral root development by jatobá XG extracts was not correlated with the expression of this cell cycle marker gene in the root system. A potential agricultural application of jatobá seeds XG extract is discussed.

The level of ascorbate peroxidase is enhanced in benznidazole-resistant populations of Trypanosoma cruzi and its expression is modulated by stress generated by hydrogen peroxide

Ascorbate peroxidases (APX) are class I heme-containing enzymes that convert hydrogen peroxide into water molecules. The gene encoding APX has been characterized in 11 strains of Trypanosoma cruzi that are sensitive or resistant to benznidazole (BZ). Bioinformatic analysis revealed the presence of two complete copies of the T. cruzi APX (TcAPX) gene in the genome of the parasite, while karyotype analysis showed that the gene was present in the 2.000-kb chromosome of all of the strains analyzed. The sequence of TcAPX exhibited greater levels of similarity to those of orthologous enzymes from Leishmania spp than to APXs from the higher plant Arabidopsis thaliana. Northern blot and real-time reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) analyses revealed no significant differences in TcAPX mRNA levels between the T. cruzi strains analyzed. On the other hand, Western blots showed that the expression levels of TcAPX protein were, respectively, two and three-fold higher in T. cruzi populations with in vitro induced (17 LER) and in vivo selected (BZR) resistance to BZ, in comparison with their corresponding susceptible counterparts. Moreover, the two BZ-resistant populations exhibited higher tolerances to exogenous hydrogen peroxide than their susceptible counterparts and showed TcAPX levels that increased in a dose-dependent manner following exposure to 100 and 200 µM hydrogen peroxide.

Distribuição de massa molecular de ácidos húmicos e promoção do crescimento radicular

Os ácidos húmicos (AH) estimulam diretamente vários processos fisiológicos que promovem o crescimento vegetal, especialmente do sistema radicular. O conhecimento da natureza química e do papel de AH na expressão de efeitos biofertilizantes e bioestimulantes é fundamental para o desenvolvimento de insumos biológicos à base de ácidos húmicos. O objetivo deste trabalho foi avaliar uma possível relação entre a distribuição de massa molecular aparente de AH isolados de vermicomposto e a magnitude de resposta na promoção do crescimento radicular. Para isso, foram obtidas subfrações (SF) dos AH por meio de cromatografia preparativa por exclusão de tamanho em gel de Sephadex G-50 (CGE). O processo preparativo foi validado pelo uso da cromatografia líquida de alta performance por exclusão de tamanho (HPSEC). As cinco frações obtidas foram testadas em diferentes concentrações (0; 0,0001; 0,001; 0,003; 0,005; e 0,01 mol L-1 de C) quanto à sua capacidade de estimular o crescimento radicular de plantas de Arabidopsis thaliana (ecótipo col. 4). Para plantas de milho (Zea mays hyb. UENF 506-6) foi utilizada a dose de 0,002 mol L-1 de C. O modelo quadrático descreveu a indução do crescimento radicular de Arabidopsis e a dose de AH, sendo 0,00511 mol L-1 de C o ponto de inflexão médio. Na concentração ótima, foi observada correlação inversa e significativa entre distribuição de massa molecular e indução do número de raízes laterais em Arabidopsis. No entanto, outros atributos, como área e comprimento radicular, não sofreram influência da massa molecular aparente. Em plântulas de milho, foi observado aumento no número de sítios de mitose e raízes laterais tanto no tratamento com AH como com suas subfrações. A atividade da H+-ATPase de membrana plasmática foi significativamente alterada pelo AH, porém não ocorreu o mesmo com todas as subfrações. A atividade de estimulação do crescimento radicular parece estar mais relacionada com a estrutura química das substâncias húmicas do que com a distribuição de massa molecular dos agregados húmicos.

Soybean cultivar BR-16-AHAS tolerance to the herbicide imazapyr

The objective of this work was to evaluate the effect of the transgenic soybean BR-16-AHAS genetic constitution on the tolerance to the herbicide imazapyr. BR-16-AHAS was crossed with ten other genotypes. The experimental design was a complete randomized block, in a 2x12x3 factorial arrangement, with two sowing periods (winter and summer), twelve crossing groups and three plant positions (upper, mid and lower), with three replicates. The plants were treated with 100 g ha-1 a.i. of imazapyr at the V3/V4 stage. For each position of the plant (upper, mid and lower), the following variables were assessed: number of pods, number of seeds, seed weight, number of seeds per pod and the 100 seeds weight. The effect of the herbicide varied according to the more affected plant position (upper, mid and lower) of each genotype. The use of the same gene ahas of BR-16-AHAS, in various genotypes, results in materials with good tolerance to imazapyr; tolerance levels depend not only on the ahas gene, but also on the presence of other genes.

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.

Eficiência de transformação genética de citrange 'carrizo' com duas construções gênicas

Transformação genética é considerada uma importante ferramenta auxiliar no melhoramento genético de plantas cítricas. Entretanto, a eficiência de transformação pode variar em função de diversos fatores, incluindo a própria construção gênica utilizada. Este trabalho buscou avaliar a eficiência de transformação genética de plantas de citrange 'Carrizo' [Poncirus trifoliata (L.) Raf. x Citrus sinensis (L.) Osbeck] com duas construções gênicas diferentes contendo o gene uidA (GUS) sob o controle dos promotores Arabidopsis thaliana phloem protein 2 (AtPhP2) e Arabidopsis thaliana sucrose transporter 2 (AtSuT2). Segmentos de epicótilo de plântulas germinadas in vitro foram utilizados como explantes. O gene nptII, que confere resistência ao antibiótico canamicina, foi utilizado nas construções gênicas como agente de seleção para regeneração de plantas transgênicas. O ensaio histoquímico com X-GLUC foi realizado em todas as brotações regeneradas para verificar a expressão do gene uidA. Dos 4.790 segmentos de epicótilo utilizados, registrou-se a regeneração de 366 brotações com reação positiva no ensaio histoquímico, as quais foram enxertadas em porta-enxertos cultivados in vitro. Cinco dessas brotações, de cada construção gênica, foram selecionadas para análise da PCR, com primers específicos para amplificação da sequência do gene uidA. A inserção do transgene foi confirmada por PCR em todas as brotações selecionadas. A eficiência de transformação e o número de brotos escapes, avaliada pelo teste histoquímico, variaram em função das construções gênicas utilizadas.

Metabolite and light regulation of metabolism in plants: lessons from the study of a single biochemical pathway

We are using molecular, biochemical, and genetic approaches to study the structural and regulatory genes controlling the assimilation of inorganic nitrogen into the amino acids glutamine, glutamate, aspartate and asparagine. These amino acids serve as the principal nitrogen-transport amino acids in most crop and higher plants including Arabidopsis thaliana. We have begun to investigate the regulatory mechanisms controlling nitrogen assimilation into these amino acids in plants using molecular and genetic approaches in Arabidopsis. The synthesis of the amide amino acids glutamine and asparagine is subject to tight regulation in response to environmental factors such as light and to metabolic factors such as sucrose and amino acids. For instance, light induces the expression of glutamine synthetase (GLN2) and represses expression of asparagine synthetase (ASN1) genes. This reciprocal regulation of GLN2 and ASN1 genes by light is reflected at the level of transcription and at the level of glutamine and asparagine biosynthesis. Moreover, we have shown that the regulation of these genes is also reciprocally controlled by both organic nitrogen and carbon metabolites. We have recently used a reverse genetic approach to study putative components of such metabolic sensing mechanisms in plants that may be conserved in evolution. These components include an Arabidopsis homolog for a glutamate receptor gene originally found in animal systems and a plant PII gene, which is a homolog of a component of the bacterial Ntr system. Based on our observations on the biology of both structural and regulatory genes of the nitrogen assimilatory pathway, we have developed a model for metabolic control of the genes involved in the nitrogen assimilatory pathway in plants.