Stability of plasmid profile of highly virulent races of Xanthomonas campestris pv. malvacearum during storage and subculturing

Four races of Xanthomonas campestris pv. mal-vacearum (Xcm) viz. races 23, 27 and 32 (isolated from Gossypium hirsutum) and race 23b (from Gossypium barbadense) were studied. The plasmid profile of the natural isolates showed four plasmids in races 23 and 23b (ca. 60, 40, 23, 8.2 kb), five in race 27 (ca. 60, 40, 23, 8.2 and 3.7 kb) and six in race 32 (ca. 60, 40, 23, 8.2, 3.7 and 1.6 kb). Continuously sub-cultured laboratory isolates of the Xcm races resulted in the loss of all but two plasmids, ca. 60 and 40 kb in size. When the laboratory isolates were passed through cotton (Gossypium hirsutum), they regained certain plasmids so that four plasmids were found in race 23 and 23b (ca. 60, 40, 23 and 8.2 kb), five in race 27 (ca. 60, 40, 23, 8.2 and 3.7 kb) and six in race 32 (ca. 60, 40, 23, 8.2, 3.7 and 1.6 kb), which was more or less similar to the original isolates. The isolates recovered from cotton maintained their plasmid profile (except for minor changes in the miniplasmids) after storage for six months at -70degreesC in 50% glycerol. It is suggested that plasmid profiles among highly virulent races of Xcm are unstable during repeated sub-culturing at room temperature, resulting in rapid loss of some plasmids. However, when the cultures were sub-cultured and stored at -70degreesC the plasmid profile was fairly stable except for the miniplasmids (ca. 3.7 and 1.6 kb).

Stability in miniplasmids of Xanthomonas campestris pv. malvacearum during subculturing and storage - Abstract 7

Abstract 7

Evaluation of diagnostic molecular markers for DUS phenotypic assessment in the cereal crop, barley (Hordeum vulgare ssp. vulgare L.)

The deployment of genetic markers is of interest in crop assessment and breeding programmes, due to the potential savings in cost and time afforded. As part of the internationally recognised framework for the awarding of Plant Breeders’ Rights (PBR), new barley variety submissions are evaluated using a suite of morphological traits to ensure they are distinct, uniform and stable (DUS) in comparison to all previous submissions. Increasing knowledge of the genetic control of many of these traits provides the opportunity to assess the potential of deploying diagnostic/perfect genetic markers in place of phenotypic assessment. Here, we identify a suite of 25 genetic markers assaying for 14 DUS traits, and implement them using a single genotyping platform (KASPar). Using a panel of 169 UK barley varieties, we show that phenotypic state at three of these traits can be perfectly predicted by genotype. Predictive values for an additional nine traits ranged from 81 to 99 %. Finally, by comparison of varietal discrimination based on phenotype and genotype resulted in correlation of 0.72, indicating that deployment of molecular markers for varietal discrimination could be feasible in the near future. Due to the flexibility of the genotyping platform used, the genetic markers described here can be used in any number or combination, in-house or by outsourcing, allowing flexible deployment by users. These markers are likely to find application where tracking of specific alleles is required in breeding programmes, or for potential use within national assessment programmes for the awarding of PBRs.

Molecular and phenotypic characterization of the alternative seasonal growth habit and flowering time in barley (Hordeum vulgare ssp. vulgare L.)

Barley can be classified into three major agronomic types, based on its seasonal growth habit (SGH): spring, winter and alternative. Winter varieties require exposure to vernalization to promote subsequent flowering and are autumn-sown. Spring varieties proceed to flowering in the absence of vernalization and are sown in the spring. The ‘alternative’ (also known as ‘facultative’) SGH is only loosely defined and can be sown in autumn or spring. Here, we investigate the molecular genetic basis of alternative barley. Analysis of the major barley vernalization (VRN-H1, VRN-H2) and photoperiod (PPD-H1, PPD-H2) response genes in a collection of 386 varieties found alternative SGH to be characterized by specific allelic combinations. Spring varieties possessed spring loci at one or both of the vernalization response loci, combined with long-day non-responsive ppd-H1 alleles and wild-type alleles at the short-day photoperiod response locus, PPD-H2. Winter varieties possessed winter alleles at both vernalization loci, in combination with the mutant ppd-H2 allele conferring delayed flowering under short-day photoperiods. In contrast, all alternative varieties investigated possessed a single spring allele (either at VRN-H1 or at VRN-H2) combined with mutant ppd-H2 alleles. This allelic combination is found only in alternative types and is diagnostic for alternative SGH in the collection studied. Analysis of flowering time under controlled environment found alternative varieties flowered later than spring control lines, with the difference most pronounced under short-day photoperiods. This work provides genetic characterization of the alternative SGH phenotype, allowing precise manipulation of SGH and flowering time within breeding programmes, and provides the molecular tools for classification of all three SGH categories within national variety registration processes.

A mathematical model for the dynamics of Banana Xanthomonas Wilt with vertical transmission and inflorescence infection

A mathematical model for Banana Xanthomonas Wilt (BXW) spread by insect is presented. The model incorporates inflorescence infection and vertical transmission from the mother corm to attached suckers, but not tool-based transmission by humans. Expressions for the basic reproduction number R0 are obtained and it is verified that disease persists, at a unique endemic level, when R0 > 1. From sensitivity analysis, inflorescence infection rate and roguing rate were the parameters with most influence on disease persistence and equilibrium level. Vertical transmission parameters had less effect on persistence threshold values. Parameters were approximately estimated from field data. The model indicates that single stem removal is a feasible approach to eradication if spread is mainly via inflorescence infection. This requires continuous surveillance and debudding such that a 50% reduction in inflorescence infection and 2–3 weeks interval of surveillance would eventually lead to full recovery of banana plantations and hence improved production.

Sub-tropical urban environment affecting content and composition of non-structural carbohydrates of Lolium multiflorum ssp italicum cv. Lema

This study analyzed the relationship between environmental factors, especially air pollution and climatic conditions, and non-structural carbohydrates (NSC) in plants of Lolium multiflorum exposed during 10 consecutive periods of 28 days at a polluted site (Congonhas) and at a reference site in Sao Paulo city (Brazil). After exposure, NSC composition and leaf concentrations of Al, Fe. Cu, Zn, Pb and Cd were measured. The seasonal pattern of NSC accumulation was quite similar in both sites, but plants at Congonhas showed higher concentrations of these compounds, especially fructans of low and medium degree of polymerization. Regression analysis showed that NSC in plants growing at the polluted site were explained by variations on temperature and leaf concentration of Fe (positive effect), as well as relative humidity and particulate material (negative effect). NSC in the standardized grass culture, in addition to heavy metal accumulation, may indicate stressing conditions in a sub-tropical polluted environment. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

NAD Biosynthesis Evolution in Bacteria: Lateral Gene Transfer of Kynurenine Pathway in Xanthomonadales and Flavobacteriales

The biosynthesis of quinolinate, the de novo precursor of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), may be performed by two distinct pathways, namely, the bacterial aspartate (aspartate-to-quinolinate) and the eukaryotic kynurenine (tryptophan-to-quinolinate). Even though the separation into eukaryotic and bacterial routes is long established, recent genomic surveys have challenged this view, because certain bacterial species also carry the genes for the kynurenine pathway. In this work, both quinolinate biosynthetic pathways were investigated in the Bacteria clade and with special attention to Xanthomonadales and Bacteroidetes, from an evolutionary viewpoint. Genomic screening has revealed that a small number of bacterial species possess some of the genes for the kynurenine pathway, which is complete in the genus Xanthomonas and in the order Flavobacteriales, where the aspartate pathway is absent. The opposite pattern (presence of the aspartate pathway and absence of the kynurenine pathway) in close relatives (Xylella ssp. and the order Bacteroidales, respectively) points to the idea of a recent acquisition of the kynurenine pathway through lateral gene transfer in these bacterial groups. In fact, sequence similarity comparison and phylogenetic reconstruction both suggest that at least part of the genes of the kynurenine pathway in Xanthomonas and Flavobacteriales is shared by eukaryotes. These results reinforce the idea of the role that lateral gene transfer plays in the configuration of bacterial genomes, thereby providing alternative metabolic pathways, even with the replacement of primary and essential cell functions, as exemplified by NAD biosynthesis.

Detection of citrus canker in citrus plants using laser induced fluorescence spectroscopy

Citrus canker is a serious disease caused by Xanthomonas citri subsp. citri bacteria, which infects citrus plants (Citrus spp.) leading to a large economic loss in citrus production worldwide. In Brazil citrus canker control is done by an official eradication campaign, therefore early detection of such disease is important to prevent greater economic losses. However, detection is difficult and so far it has been done by visual inspection of each tree. Suspicious leaves from citrus plants in the field are sent to the laboratory to confirm the infection by laboratory analysis, which is a time consuming. Our goal was to develop a new optical technique to detect and diagnose citrus canker in citrus plants with a portable field spectrometer unit. In this paper, we review two experiments on laser induced fluorescence spectroscopy (LIF) applied to detect citrus canker. We also present new data to show that the length of time a leaf has been detached is an important variable in our studies. Our results show that LIF has the potential to be applied to citrus plants.

Cell-cell signal-dependent dynamic interactions between HD-GYP and GGDEF domain proteins mediate virulence in Xanthomonas campestris

RpfG is a paradigm for a class of widespread bacterial two-component regulators with a CheY-like receiver domain attached to a histidine-aspartic acid-glycine-tyrosine-proline (HD-GYP) cyclic di-GMP phosphodiesterase domain. In the plant pathogen Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc), a two-component system comprising RpfG and the complex sensor kinase RpfC is implicated in sensing and responding to the diffusible signaling factor (DSF), which is essential for cell-cell signaling. RpfF is involved in synthesizing DSF, and mutations of rpfF, rpfG, or rpfC lead to a coordinate reduction in the synthesis of virulence factors such as extracellular enzymes, biofilm structure, and motility. Using yeast two-hybrid analysis and fluorescence resonance energy transfer experiments in Xcc, we show that the physical interaction of RpfG with two proteins with diguanylate cyclase (GGDEF) domains controls a subset of RpfG-regulated virulence functions. RpfG interactions were abolished by alanine substitutions of the three residues of the conserved GYP motif in the HD-GYP domain. Changing the GYP motif or deletion of the two GGDEF-domain proteins reduced Xcc motility but not the synthesis of extracellular enzymes or biofilm formation. RpfG-GGDEF interactions are dynamic and depend on DSF signaling, being reduced in the rpfF mutant but restored by DSF addition. The results are consistent with a model in which DSF signal transduction controlling motility depends on a highly regulated, dynamic interaction of proteins that influence the localized expression of cyclic di-GMP.

Variabilidade de isolados de estirpes de Bradyrhizobium ssp recomendadas para a cultura da soja

A produção da soja em escala comercial tem sido viabilizada técnica e economicamente, entre outros fatores, devido a fixação biológica do N2 por estirpes de Bradyrhizobium que podem suprir a demanda de nitrogênio desta leguminosa. No entanto, a variabilidade existente nas estirpes de Bradyrhizobium spp recomendadas para inoculação da soja tem comprometido o processo simbiótico. Variantes espontâneos isolados a partir das estirpes de B. japonicum (SEMIA 5079 e SEMIA 5080) e B. elkanii (SEMIA 587 e SEMIA 5019) foram avaliados quanto ao desempenho simbiótico (eficiência, nodulação em diferentes hospedeiros e competitividade), indução de clorose foliar em diferentes hospedeiros, morfologia colonial, habilidade de metabolização de carboidratos e tolerância à salinidade em diferentes temperaturas de incubação. Nas etapas de eficiência simbiótica e competitividade foi usada a cultivar de soja BR-16 e na avaliação da nodulação e indução de clorose foliar foram usados os seguintes hospedeiros: soja (Glycine max) (cultivares Clark e Peking), caupi (Vigna unguiculata) e guandu (Cajanus cajan). A caracterização genotípica foi realizada através da reação em cadeia da polimerase (PCR), com os oligonucleotídeos iniciadores BOX A 1-R, ERIC e RP01 Os resultados obtidos demonstraram que variantes e estirpes originais diferem quanto a características fenotípicas, e que diferenças nos perfis eletroforéticos de DNA analisados através da amplificação com os oligonucleotídeos iniciadores testados, evidenciaram a variabilidade genética presente entre as estirpes originais e os variantes selecionados. A cultivar de soja Clark, assim como caupi e guandu foram susceptíveis à rizobiotoxina produzida por estirpes e variantes de B. elkanii. Embora não se tenha verificado diferenças na nodulação em diferentes hospedeiros quando variantes ou estirpes de B. japonicum e B. elkanii foram inoculados em soja, caupi e guandu, foi observado uma simbiose eficiente para a soja (cultivares BR 16, Clark e Peking). A partir da variabilidade existente nas estirpes SEMIA 587, SEMIA 5019, SEMIA 5079 e SEMIA 5080 foram selecionados variantes eficientes e competitivos quanto à fixação de N2 em soja.

Características das células espumosas no fígado, linfonodos mesentéricos e intestino de bovinos associados ao consumo de Brachiaria ssp.

Foram estudados fragmentos dos fígados, linfonodos hepáticos e mesentéricos, bem como dos intestinos de 100 bovinos machos, castrados, entre 3 e 4 anos de idade, da raça Nelore e provenientes do estado de Mato Grosso, onde eram mantidos em pastagens de Brachiaria decumbens e/ou Brachiaria brizantha. Macroscopicamente, os fígados apresentavam coloração amarela que se mantinha mesmo após a fixação em formalina, o que não foi constatado nos animais alimentados com outros pastos. O parênquima dos linfonodos apresentava áreas esbranquiçadas em forma de estrias paralelas, especialmente intensas nos linfonodos hepáticos. As alterações histológicas incluíram tumefação de hepatócitos, colangite mononuclear, áreas com proliferação de ductos e a presença de macrófagos espumosos de distribuição multifocal no fígado, nos linfonodos mesentéricos e hepáticos e na submucosa do intestino. Os tecidos com células espumosas foram submetidos a estudos histoquímicos, lectinoistoquímicos e imunoistoquímicos com o objetivo de caracterizar o conteúdo destas células. Através da Coloração de Perls, constatou-se as células espumosas com citoplasma corados de azul-claro, especialmente nos linfonodos e evidenciando a presença de depósitos de sais férricos, possivelmente em conseqüência da fagocitose de eritrócitos extravasados. Na imunoistoquímica, o anticorpo Mac 387, marcador de macrófagos, não marcou as células espumosas. Na lectinoistoquímica, observou-se que a lectina PNA atuou como marcador devido às altas afinidade e especificidade de união com as células espumosas. Com esta lectina, observaram-se células espumosas isoladas, as quais não eram vistas através de outras colorações. Além disto, em estudos feitos em humanos e em nossos animais, a PNA demonstrou ser específica para macrófagos, o que reforça a hipótese de que as células espumosas sejam macrófagos. A comparação do padrão de afinidade das lectinas entre os animais alimentados e os não alimentados com Brachiaria sp., demonstrou que há alterações na composição de glicídios nos animais alimentados por Brachiaria spp.

Cultura de anteras e embriogênese de genótipos selecionados de cevada (Hordeum vulgare L.ssp.vulgare)

A eficiência da técnica de cultura de anteras, em escala comercial, ainda pode ser considerada baixa quando medida em número de plantas duplo-haplóides férteis obtidas para cada antera estabelecida in vitro. Dessa forma, o presente trabalho é pioneiro no estudo detalhado da embriogênese in vitro do micrósporo e do grão de pólen de cevada (Hordeum vulgare L. ssp. vulgare). Com o objetivo de contribuir para o aperfeiçoamento da técnica de cultura de anteras foi analisada a embriogênese, com especial ênfase na etapa da indução, através de análises citológicas e histológicas de anteras cultivadas in vitro. Foram analisadas uma cultivar brasileira de cevada, em comparação com linhagens de duas outras cultivares brasileiras, que foram selecionadas, por seleção divergente para maior ou para menor resposta na indução da rota embriogênica e, respectivamente, para menor ou para maior capacidade de regenerar plântulas verdes. Somente foram estabelecidas em cultivo in vitro as anteras que apresentaram micrósporos e pólens jovens, das linhagens selecionadas da cultivar A-05 (S3A22 e S3A23), e da cultivar BR-2(S3B63 e, apenas na cultura de anteras, S3B61), bem como da cultivar MN-599 (nãoselecionada). Para as análises histológicas, foram fixadas, a cada dois dias, duas anteras, correspondentes a cada fileira da mesma espiga, após o início do cultivo in vitro. As anteras em cultivo e respectivas estruturas multicelulares foram fixadas em FAA 50%, desidratadas em série etílica e incluídas em hidroxietilmetacrilato. Os blocos de resina polimerizada foram secionados longitudinalmente com 3 mm de espessura. Para as análises citológicas foram fixadas, de cada espiga recém-coletada, três espiguetas sendo uma da base, outra do meio e outra do ápice. Após o pré-tratamento à baixa temperatura (5 °C), porém antes do cultivo in vitro, foram fixadas três anteras (amostras utilizadas como controles). A cada três dias, durante o cultivo, três anteras foram fixadas (até 18 dias). As anteras em cultivo e estruturas multicelulares foram fixadas em Farmer e FAA 50%, transferidas após 24 horas para etanol 70%. Na cultura in vitro das anteras houve diferenças entre uma das linhagens da cultivar A-05 em relação a cultivar MN- 599, na produção inicial de estruturas embriogênicas, diferença que desapareceu na produção total. Entretanto, houve diferenças na formação dos xiii embriões: a cv.MN-599 formou embriões bem diferenciados ao passo que a linhagem S3A22 produziu um número aparentemente menor, sendo que os embriões não eram bem diferenciados. A linhagem S3B63 não apresentou embriões até o final da análise histológica. Considerando que a amostra dessa linhagem, mantida em cultura, formou plantas verdes, pode-se propor que a formação de embriões deve ocorrer posteriormente ao desenvolvimento da cv.MN-599. Cabe destacar que houve diferenças significativas entre as cultivares A-05 e BR-2 quanto à regeneração de plântulas verdes. Esses resultados indicam ter havido maior eficiência da seleção em relação à etapa da regeneração. Com relação às categorias classificatórias dos micrósporos e grãos de pólen, constatou-se que desde o início da análise histológica (2o dia de cultivo in vitro) até o final (34o dia), foram observados micrósporos, o mesmo tendo sido observado na análise citológica. Os grãos de pólen multinucleados ocorreram praticamente em todo o período de cultivo in vitro, em ambas análises; não ocorrendo nos controles da citologia (antes do cultivo); os multinucleados foram observados a partir do 3o dia, enquanto que os multicelulares a partir do 4o dia de cultivo. As estruturas multicelulares foram observadas a partir do 8o dia. A quantidade e o tamanho das estruturas multicelulares foram variáveis ao longo da análise histológica, sendo que do 14o ao 20o dia foram encontradas as de maiores dimensões, resultantes da proliferação celular por mitoses sucessivas. A partir do 22o dia (cultivar MN- 599), a ocorrência de estruturas multicelulares no interior dos lóculos da antera diminuiu, predominando o processo de proliferação externo às anteras. Para as linhagens, a partir do 18o dia foram observadas estruturas multicelulares liberadas das anteras. A análise das estruturas multicelulares permitiu classificá-las em quatro categorias: 1. SFD: Sem forma definida; 2. MAC: meristema apical caulinar; 3. MAR: meristema apical radical embrionário adventício; e 4. Embriões. As estruturas amorfas apareceram em maior número, quando comparadas com as outras categorias. Em síntese: as linhagens selecionadas e a cultivar diferiram não apenas no tempo necessário para a formação dos embriões, mas também no desenvolvimento dos mesmos, que foi mais diferenciado na cultivar MN-599, porém sendo observados mais cedo na linhagem S3A22 e S3A23, do que na cultivar MN-599.

Análise da variabilidade genética em genótipos de milho crioulo (Zea mays ssp. mays)

O milho é uma das principais espécies cultivadas no mundo, e tem importância fundamental na alimentação de animais e humanos. Além disso, é considerado um dos cereais com maior variabilidade genética entre os cultivados, a qual é expressa nas diversas variedades crioulas existentes. Entretanto, para que toda esta variabilidade genética possa ser utilizada pelo melhoramento genético, é imprescindível o conhecimento do potencial genético destas raças. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram caracterizar diversas variedades crioulas de milho provenientes do sul do Brasil a nível fenotípico, molecular e citogenético e, com base nestes resultados, estimar a distância genética existente entre eles. Os marcadores moleculares utilizados neste trabalho foram microssatélites e AFLP. As análises morfológicas e moleculares demonstraram a existência de variação genética entre os genótipos avaliados, possibilitando o agrupamento de acordo com a distância genética existente entre eles. As análises citogenéticas indicaram a presença de poucas anormalidades nos grãos de pólen, as quais não comprometem o potencial reprodutivo dos genótipos. Estas informações podem contribuir significativamente com os programas de melhoramento que se dedicam a lançar genótipos com maior potencial agronômico.

Tamanho da amostra para quantificação do diâmetro de lesões de cancro cítrico

A estimativa do diâmetro de lesões de cancro cítrico é uma das principais técnicas usadas na avaliação da interação entre isolados x genótipos, na avaliação da resistência varietal e no estudo de aspectos epidemiológicos. No entanto, inexistem informações a respeito do tamanho da amostra para uma adequada quantificação da doença, considerando o diâmetro de lesões. Nesse sentido, o presente trabalho teve como objetivo a determinação do número de amostras para mensurar o diâmetro médio de lesões de cancro cítrico. Foram considerados como fontes de variação três genótipos do hospedeiro, dois métodos de inoculação de Xanthomonas citri subsp. citri e dois avaliadores. As avaliações dos diâmetros foram realizadas considerando ou não o halo amarelo ao redor do tecido necrosado, quando presente. Estimativas do diâmetro de lesões com erros na média inferiores a 3% são impraticáveis em razão do tamanho excessivo da amostra (mais que quarenta lesões/planta). Menores erros na média ocorreram nas estimativas considerando somente o tecido necrosado. Estimativas precisas do diâmetro de lesões, com erros na média inferiores a 10%, podem ser obtidas com tamanhos de amostras entre cinco e quinze lesões/planta, independentemente do genótipo e da idade das lesões.