RNAi沉默烟草GA 20-氧化酶基因研究

赤霉素是一种高效能的广谱植物生长调节剂，为五大植物激素之一，具有重要的生物学功能。目前利用赤霉素突变体研究生物合成途径和信号转导已经成为热点。 GA 20-氧化酶是GA生物合成中的一类关键酶，它位于GA合成途径的中心位置。本研究根据烟草（Nicotiana tabacum）GA 20-氧化酶基因序列，设计2对分别含有特定酶切位点的特异引物，以烟草基因组DNA为模板，扩增目的基因(约250 bp)片段。将正、反向目的片段分别插入中间载体的内含子两侧，再经BamH I和Sac I双酶切回收约700 bp的目的片段，插入到双元载体质粒p2355中，成功构建了含GA 20-氧化酶基因片段反向重复序列的植物表达载体p23700。分别将p2355质粒和p23700质粒导入根癌农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）EHA105中并转化烟草叶片细胞，经卡那霉素选择培养，PCR及GUS组织染色鉴定，获得转基因烟草植株。以EHA105-p2355转化的烟草，获得41株转基因植株，均没有矮化表型；而以EHA105-p23700转化的烟草，获得转基因植株14株，其中具有矮化表型的烟草10株，表明反向重复序列转录产物能形成发夹RNA(hpRNA)，产生小分子干扰RNA（small interferring RNA，简称siRNA），干扰目的基因的表达。 赤霉素含量测定表明矮化植株中赤霉素合成途径的最终产物GA3总含量明显低于野生型烟草植株。荧光定量PCR结果表明，矮化转基因烟草的GA 20-氧化酶基因表达量受到明显抑制，表达量明显低于野生型对照。同时对上游内根-贝壳杉合成酶（Ent-kaurene synthase，KS）基因，下游的GA-3β羟化酶基因进行了RT-PCR分析，结果显示上游基因的表达没有规律性变化，而下游基因表达量亦降低。上述结果表明，GA 20-氧化酶基因的表达被有效地干扰了，表达受到抑制，从而影响植株体内GA3的合成，影响植株的生长发育，导致植株矮化。并推测，GA 20-氧化酶基因受到抑制，可能影响下游基因的表达。并且通过干旱胁迫测试，发现矮化植株相对于野生型植株及不含干扰片段的转基因植株，对干旱的耐受力有了很大的提高，具有更强的耐受力。 研究结果为进一步进行相关研究奠定基础。 Gibberellin(GA) is an efficient plant growth regulator. As one of five major plant hormones, it plays an important biological function. Using GA mutant for investigating biosynthetic pathways and signal transduction has become high lights. GA 20-oxidase is a crucial enzyme involved in gibberellin biosynthesis. According to tobacco (Nicotiana tabacum) GA 20-oxidase enzyme gene sequence and based on binary vector p2355, we constructed a plant expression vector p23700, which habors an inverted repeat DNA fragment of GA 20-oxidase gene drivered by Cauliflower mosaic virus promtor (CaMV 35Sp). Binary plasmid p2355 had no inverted repeat DNA fragment of GA 20-oxidase gene. The vector p2355 and p23700 were introduced into Agrobacterium tumefaciens EHA105 and tobacco leaf transformation was conducted. After selected by kanamycin and characterized by PCR and GUS hischemical reaction, transsgenic plants were obtained. Fourtheen transgenic plants, which were transformed by EHA105-p23700, were obtained. Among them, 10 were dwarf mutants. However, 41 transgenic plants with the same normal phenotype as wild type,which were transformed by EHA105-p2355, were obtained. Analysis of Gibberellin contents showed that it was lower in dwarf mutants than in normal phenotype plants. Moreover, comparing to normal phenotype plants including wild type and transgenic plants with no interference fragment, the drought tolerance of dwarf plants have greatly increased. And their proline content increased obviously after drought test. Fluorescence quantitative real time PCR (RT-PCR) showed that GA 20-oxidase gene expression was significantly inhibited in dwarf transgenic tobacco. Meanwhile, the expression of the upstream gene ent-kaurene synthase (KS) gene and downstream gene GA-3β hydroxylase gene was also detected by RT-PCR. The results presented that KS gene expression had no regular change while GA-3β hydroxylase gene expression reduced. It implied that inhibiting GA 20-oxidase gene probably reduce the expression of downstream genes. The results showed that the transcriptional products of the foreign inverted repeat fragment can form hairpin RNA (hpRNA) to induce RNAi. It presented that GA 20-oxidase gene expression was effectively interfered, resulting in reducing GA3 synthesis and inhibiting plant growth and development, then dwarf plants were produced. However, the dwarf plants had higher tolerance of drought.

Effets de la salinité sur le développement de la canneberge

De nouvelles recommandations dans la production de canneberges suggèrent l’utilisation de l’irrigation souterraine, une méthode susceptible d’augmenter l’accumulation de sels dans le sol. Par ailleurs, le prélèvement d’eaux souterraines saumâtres dans des nappes résiduelles de la mer Champlain sous les dépôts d’argile dans la vallée du St-Laurent ou résultant du rehaussement des niveaux marins dans les zones côtières dû aux changements climatiques pourrait affecter la productivité des canneberges cultivées dans l’Est du Canada. Puisque très peu de données concernant la tolérance de la canneberge à la salinité sont disponibles, cette étude a été menée afin de déterminer si ces nouvelles recommandations pourraient éventuellement affecter le rendement de la plante. Dans une serre, des plants de canneberge ont été soumis à huit traitements obtenus à partir de deux méthodes d’irrigation (aspersion et irrigation souterraine) et quatre niveaux de salinité créés par des quantités croissantes de K2SO4 (125, 2 500, 5 000 et 7 500 kg K2O ha-1). L’irrigation souterraine a entraîné des conditions édaphiques plus sèches. Cependant, aucune différence significative de la conductivité électrique de la solution du sol (CEss) n’a été observée entre les deux types d’irrigation. Pourtant, les taux de photosynthèse et la nouaison étaient significativement plus faibles chez les plantes sous traitement d’irrigation souterraine. Les paramètres de croissance ont diminué de façon linéaire avec l’augmentation de la salinité alors que les paramètres de rendement ont connu une diminution quadratique avec l’élévation de la CEss. Une CEss moyenne de 3,2 dS m-1 pendant la floraison a provoqué une chute de 22% du taux relatif de photosynthèse et une diminution de 56% du rendement par rapport au témoin. Le suivi de la conductivité électrique du sol lors de l’implantation d’une régie d’irrigation souterraine de déficit en production de canneberges serait donc recommandable afin d’éviter le stress salin.

Étude structurale du mode de liaison des protéines Whirly de plantes à l’ADN monocaténaire

Les plantes doivent assurer la protection de trois génomes localisés dans le noyau, les chloroplastes et les mitochondries. Si les mécanismes assurant la réparation de l’ADN nucléaire sont relativement bien compris, il n’en va pas de même pour celui des chloroplastes et des mitochondries. Or il est important de bien comprendre ces mécanismes puisque des dommages à l’ADN non ou mal réparés peuvent entraîner des réarrangements dans les génomes. Chez les plantes, de tels réarrangements dans l’ADN mitochondrial ou dans l’ADN chloroplastique peuvent conduire à une perte de vigueur ou à un ralentissement de la croissance. Récemment, notre laboratoire a identifié une famille de protéines, les Whirly, dont les membres se localisent au niveau des mitochondries et des chloroplastes. Ces protéines forment des tétramères qui lient l’ADN monocaténaire et qui accomplissent de nombreuses fonctions associées au métabolisme de l’ADN. Chez Arabidopsis, deux de ces protéines ont été associées au maintien de la stabilité du génome du chloroplaste. On ignore cependant si ces protéines sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Notre étude chez Arabidopsis démontre que des cassures bicaténaires de l’ADN sont prises en charge dans les mitochondries et les chloroplastes par une voie de réparation dépendant de très courtes séquences répétées (de cinq à cinquante paires de bases) d’ADN. Nous avons également montré que les protéines Whirly modulent cette voie de réparation. Plus précisément, leur rôle serait de promouvoir une réparation fidèle de l’ADN en empêchant la formation de réarrangements dans les génomes de ces organites. Pour comprendre comment les protéines Whirly sont impliquées dans ce processus, nous avons élucidé la structure cristalline d’un complexe Whirly-ADN. Nous avons ainsi pu montrer que les Whirly lient et protègent l’ADN monocaténaire sans spécificité de séquence. La liaison de l’ADN s’effectue entre les feuillets β de sous-unités contiguës du tétramère. Cette configuration maintient l’ADN sous une forme monocaténaire et empêche son appariement avec des acides nucléiques de séquence complémentaire. Ainsi, les protéines Whirly peuvent empêcher la formation de réarrangements et favoriser une réparation fidèle de l’ADN. Nous avons également montré que, lors de la liaison de très longues séquences d’ADN, les protéines Whirly peuvent s’agencer en superstructures d’hexamères de tétramères, formant ainsi des particules sphériques de douze nanomètres de diamètre. En particulier, nous avons pu démontrer l’importance d’un résidu lysine conservé chez les Whirly de plantes dans le maintien de la stabilité de ces superstructures, dans la liaison coopérative de l’ADN, ainsi que dans la réparation de l’ADN chez Arabidopsis. Globalement, notre étude amène de nouvelles connaissances quant aux mécanismes de réparation de l’ADN dans les organites de plantes ainsi que le rôle des protéines Whirly dans ce processus.

Cupins: the most functionally diverse protein superfamily?

The cupin superfamily of proteins, named on the basis of a conserved β-barrel fold (‘cupa’ is the Latin term for a small barrel), was originally discovered using a conserved motif found within germin and germin-like proteins from higher plants. Previous analysis of cupins had identified some 18 different functional classes that range from single-domain bacterial enzymes such as isomerases and epimerases involved in the modification of cell wall carbohydrates, through to two-domain bicupins such as the desiccation-tolerant seed storage globulins, and multidomain transcription factors including one linked to the nodulation response in legumes. Recent advances in comparative genomics, and the resolution of many more 3-D structures have now revealed that the largest subset of the cupin superfamily is the 2-oxyglutarate-Fe2+ dependent dioxygenases. The substrates for this subclass of enzyme are many and varied and in total amount to probably 50–100 different biochemical reactions, including several involved in plant growth and development. Although the majority of enzymatic cupins contain iron as an active site metal, other members contain either copper, zinc, cobalt, nickel or manganese ions as a cofactor, with each cofactor allowing a different type of chemistry to occur within the conserved tertiary structure. This review discusses the range of structures and functions found in this most diverse of superfamilies.

Sucrose transport in the phloem: integrating root responses to phosphorus starvation

Sugars in plants, derived from photosynthesis, act as substrates for energy metabolism and the biosynthesis of complex carbohydrates, providing sink tissues with the necessary resources to grow and to develop. In addition, sugars can act as secondary messengers, with the ability to regulate plant growth and development in response to biotic and abiotic stresses. Sugar-signalling networks have the ability to regulate directly the expression of genes and to interact with other signalling pathways. Photosynthate is primarily transported to sink tissues as sucrose via the phloem. Under phosphorus (P) starvation, plants accumulate sugars and starch in their leaves. Increased loading of sucrose to the phloem under P starvation not only functions to relocate carbon resources to the roots, which increases their size relative to the shoot, but also has the potential to initiate sugar-signalling cascades that alter the expression of genes involved in optimizing root biochemistry to acquire soil phosphorus through increased expression and activity of inorganic phosphate transporters, the secretion of acid phosphatases and organic acids to release P from the soil, and the optimization of internal P use. This review looks at the evidence for the involvement of phloem sucrose in co-ordinating plant responses to P starvation at both the transcriptional and physiological levels.

Morpho-physiological characterization of spring wheat genotypes under drought stress

Water-deficit is a severe abiotic stress and major constraint to wheat productivity with effect on plant growth and development. The objective of this study was to characterize drought tolerant and susceptible spring wheat cultivars on the basis of physiological and yield attributes. The experiment was comprised of two irrigation regimes i.e. irrigated and 65% drought stress and ten wheat cultivars viz. Anmol, Moomal, Sarsabz, Bhittai, Pavon, SKD-1, TD-1, Kiran, Marvi and Mehran. Results indicated significant effect of water stress on stomatal dimension, stomatal conductance, relative leaf water content and grain yield with no effect on stomatal density. The irrigation × cultivars interaction was non-significant for grain yield only. Cultivars like Anmol, Moomal, Bhittai, Sarsabz proved to be drought tolerant with smaller stomatal dimensions, less stomatal conductance and more relative water content under water stress and produced higher grain yield. While decrease in relative water contents and grain yield, and increase in stomatal attributes was observed in drought susceptible cultivars such as Marvi, TD-1 and SKD-1 hence proved to be drought susceptible.

The Role of Phytochrome in Stress Tolerance

It is well-documented that phytochromes can control plant growth and development from germination to flowering. Additionally, these photoreceptors have been shown to modulate both biotic and abiotic stress. This has led to a series of studies exploring the molecular and biochemical basis by which phytochromes modulate stresses, such as salinity, drought, high light or herbivory. Evidence for a role of phytrochromes in plant stress tolerance is explored and reviewed.

Glyphosate e adubação foliar com manganês na cultura da soja transgênica

Com base na hipótese de que a soja transgênica tolerante ao glyphosate necessitaria da adição complementar de manganês devido a alterações na absorção e no metabolismo do elemento pelas plantas, objetivou-se estudar a interação da soja transgênica pulverizada com glyphosate e a adubação foliar com manganês. Foi desenvolvido experimento em campo, no ano agrícola 2007/2008, na Fazenda de Ensino, Pesquisa e Produção da UNESP, campus de Jaboticabal, SP. O delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, no esquema fatorial 4 x 4, com quatro repetições. Foram avaliados quatro manejos de plantas daninhas [glyphosate (p.c. Roundup Ready) a 0,72 e 1,20 kg ha-1 de equivalente ácido, fluazifop-p-butyl + fomesafen (p.c. Fusiflex) a 0,25 + 0,25 kg ha-1 e testemunha capinada, sem herbicida] e quatro doses (0, 42, 84 e 126 g ha-1) de manganês em aplicação foliar na soja. Os tratamentos estudados não alteraram significativamente a produtividade de grãos, os teores de manganês no solo, a altura e a matéria seca das plantas de soja. Apenas a mistura fluazifop-p-butyl mais fomesafen ocasionou injúrias visuais nas plantas, porém os sintomas ficaram restritos às folhas que interceptaram o jato de pulverização. Para massa de 100 grãos, os herbicidas estudados não diferiram da testemunha; no entanto, as plantas tratadas com 0,72 kg ha-1 de glyphosate apresentaram menor massa de grãos. A aplicação de manganês não influenciou os teores do elemento nas plantas tratadas com glyphosate e naquelas sem herbicida. Portanto, o glyphosate não prejudicou a absorção ou o metabolismo do manganês pela planta, e o crescimento e desenvolvimento das plantas tratadas foram estatisticamente similares aos das não tratadas com herbicidas.

Influência de silicato e calcário na nutrição, produtividade e qualidade da batata sob deficiência hídrica

A aplicação de silicato de Ca e Mg pode diminuir a acidez do solo e aumentar a disponibilidade de Ca, Mg, P e Si às plantas. O Si, mesmo não sendo essencial do ponto de vista fisiológico, traz inúmeros benefícios para o crescimento e o desenvolvimento vegetal, especialmente sob estresse. Este trabalho teve por objetivo avaliar a nutrição, a produtividade e a qualidade de tubérculos e batata cultivada em solo corrigido com calcário ou silicato sob dois níveis de umidade no solo. Os tratamentos foram constituídos pela aplicação de calcário dolomítico ou silicato de Ca e Mg, visando elevar a saturação por bases do solo a 60 %, e por duas tensões de água no solo: 0,020 MPa (sem deficiência hídrica) e 0,050 MPa (com deficiência hídrica). O experimento foi conduzido em casa de vegetação, em vasos contendo 50 kg dm-3 de Latossolo Vermelho de textura média. O delineamento foi inteiramente ao acaso em fatorial 2 x 2, com oito repetições. A deficiência hídrica teve pouca influência na nutrição da batateira, porém reduziu a produção de tubérculos comercializáveis. O silicato de Ca e Mg proporcionou os mesmos níveis de correção do solo e de fornecimento desses nutrientes que o calcário dolomítico, além de maior disponibilidade de P e Si no solo e maior absorção desses elementos pelas plantas de batata, podendo ser utilizado em substituição ao calcário. O fornecimento de Si à cultura da batata, mediante a aplicação de silicato, proporcionou maior altura de plantas, menor acamamento das hastes e maior produção de tubérculos comercializáveis.

Produção de massa seca e nutrição de cultivares de arroz de terras altas sob condição de déficit hídrico e adubação silicatada

Although silicon has not been considered an essential element for plant growth and development, it has provided several benefits for the rice crop, especially under biotic and abiotic stress. The objective of this work was to evaluate macronutrient and silicon levels in upland rice cultivars cropped under water deficit and silicon fertilization. The experiment was carried out in greenhouse and the design was the completely randomized block, analyzed as a 2 x 2 x 2 factorial, which consisted of two cultivars, 'Maravilha' (modern group) and 'Caiapo' (traditional group), two silicon rates (0 and 350 kg ha(-1)) and two soil water tensions (-0.025 MPa and -0.050 MPa). Plant dry matter of the 'Maravilha' cultivar was higher compared to the other material. Higher soil water tensions decreased plant dry matter and macronutrient levels. Upland rice cultivars respond distinctively to soil water tensions and silicon rates.

Teores de silício no solo e na planta de arroz de terras altas com diferentes doses de adubação silicatada e nitrogenada

O Si não é elemento essencial para o crescimento e desenvolvimento das plantas, porém sua absorção pode trazer inúmeros benefícios para culturas acumuladoras de Si, como o arroz. Entretanto, considerando o avançado grau de intemperização em que se encontram os solos tropicais, os teores de Si disponível nestes solos são baixos. O objetivo deste trabalho foi avaliar, na cultura do arroz de terras altas sob condições de túnel plástico, o efeito de doses de Si e de N na produção de matéria seca, na produtividade de grãos, no teor de N, nos teores de Si no solo e na planta e na quantidade de Si extraído do solo. Os tratamentos foram constituídos por três doses de N (5, 75 e 150 mg kg-1 de N), tendo como fonte a uréia e quatro doses de Si (0, 200, 400 e 600 mg kg-1 de SiO2) tendo como fonte o silicato de cálcio (Wollastonita). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado com esquema fatorial 3 x 4, com cinco repetições. O acúmulo de matéria seca, a produtividade de grãos e os teores de N na planta não foram influenciados pelas doses de Si. O incremento da adubação nitrogenada aumentou a produção de matéria seca, a produtividade de grãos e o teor de N na planta, porém nenhum efeito foi encontrado para os teores de Si no solo. Houve interação N x Si para os teores de Si na planta e para a quantidade de Si acumulado pelas plantas.

Relações entre produtividade de sorgo forrageiro e atributos físicos e teor de matéria orgânica de um latossolo do cerrado

Os atributos físicos e a matéria orgânica do solo influenciam no crescimento e desenvolvimento vegetal, limitando o crescimento de raízes e a produtividade das culturas. Objetivando-se estudar a variabilidade espacial e correlações lineares entre a produtividade do sorgo forrageiro e os atributos físicos e matéria orgânica do solo, realizou-se um experimento em Latossolo Vermelho distroférrico, no município de Selvíria (MS), na safrinha de 2005. Para tanto, estimou-se a produtividade de matéria fresca e seca do sorgo forrageiro, a microporosidade, macroporosidade, porosidade total, densidade e teor de matéria orgânica do solo, em três profundidades (0,00-0,10 m; 0,10-0,20 m; e 0,20-0,30 m). As amostras foram coletadas em uma malha geoestatística, com total de 124 pontos, em área de 4.000 m². As produtividades de matéria fresca e seca apresentaram elevada variabilidade, enquanto, para os atributos do solo, em geral, a variabilidade foi baixa. Os atributos da planta, a macroporosidade (nas primeiras camadas), microporosidade, porosidade total e densidade total, na primeira e terceira camadas, seguiram padrões espaciais bem definidos, com alcances estabelecidos entre 17,9 m e 84,2 m, enquanto os demais atributos apresentaram efeito pepita puro. A correlação linear simples entre os atributos da planta foi alta e positiva, enquanto, entre os atributos da planta com os do solo, foi baixa e significativa, com interações positivas para macroporosidade e porosidade total, bem como negativa para densidade do solo, na primeira camada. A densidade do solo, na menor profundidade, foi um excelente indicador da qualidade física do solo, para a estimativa da produtividade de matéria seca.

Seleção de clones de batata para microclimas de altitude no Planalto Central

Iniciou-se em 1986, em Anápolis, um programa de desenvolvimento de cultivares de batata adaptadas ao clima de altitude do Brasil Central, partindo-se de 15.000 genótipos, resultantes de 200 famílias obtidas pela Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) Hortaliças em 1985 e 1986. No primeiro ciclo, em 1986, foram selecionados 5.000 genótipos, considerando-se aspectos fenológicos, incidência de doenças, qualidade dos tubérculos e potencial de produção. Esses mesmos critérios foram adotados nas gerações posteriores, selecionando-se, anualmente, 15-20% de genótipos superiores. em 1990 avaliaram-se 52 destes clones, tendo como testemunhas as cultivares Achat e Bintje; Destes foram selecionados 28 clones promissores que foram submetidos à cultura de ápices caulinares e à indexação para os vírus PLRV, PVY e PVX na Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA) Hortaliças. No período de 1995 a 1997 foram avaliados em Goiás, nos municípios de Anápolis, Morrinhos, Pirenópolis e Urutaí, e em Jaboticabal. Os dados foram submetidos à análise de variância, e aqueles referentes a 14 genótipos em 7 ambientes, à regressão pelo método de Eberhart & Russell. Os clones BAT 2, BAT 3, BAT 4, BAT 19, BAT 27 e BAT 28 destacaram-se entre os mais produtivos, considerando-se, também, as características de tubérculos para o consumo. Os genótipos responderam proporcionalmente à melhoria do ambiente. O clone BAT 19 foi o mais estável.

Lucratividade do milho em razão das fontes, doses e épocas de aplicação de nitrogênio

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Efeito do glyphosate e sulfumeturon-metil na fisiologia da cana-de-açúcar

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)