Productividad media en tres años de cultivo de diferentes cultivares de pataca en San Esteban de Gormaz (Soria)

La pataca, Helianthus tuberosus L. es una especie de la familia de las Compuestas, de origen americano. Fue introducida en Europa en el siglo XVII y su cultivo fue de tipo local destinado a producir tubérculos como alimento humano y para el ganado. Posteriomente fue desplazado por la patata como alimento humano. En la actualidad se considera como un posible cultivo alternativo para la obtención de furctosa, de mayor poder edulcorante que la sacarosa, y para la obtención de etanol.

Identification, Separation, and Characterization of Acyl-Coenzyme A Dehydrogenases Involved in Mitochondrial β-Oxidation in Higher Plants1

The existence in higher plants of an additional β-oxidation system in mitochondria, besides the well-characterized peroxisomal system, is often considered controversial. Unequivocal demonstration of β-oxidation activity in mitochondria should rely on identification of the enzymes specific to mitochondrial β-oxidation. Acyl-coenzyme A dehydrogenase (ACAD) (EC 1.3.99.2,3) activity was detected in purified mitochondria from maize (Zea mays L.) root tips and from embryonic axes of early-germinating sunflower (Helianthus annuus L.) seeds, using as the enzyme assay the reduction of 2,6-dichlorophenolindophenol, with phenazine methosulfate as the intermediate electron carrier. Subcellular fractionation showed that this ACAD activity was associated with mitochondrial fractions. Comparison of ACAD activity in mitochondria and acyl-coenzyme A oxidase activity in peroxisomes showed differences of substrate specificities. Embryonic axes of sunflower seeds were used as starting material for the purification of ACADs. Two distinct ACADs, with medium-chain and long-chain substrate specificities, respectively, were separated by their chromatographic behavior, which was similar to that of mammalian ACADs. The characterization of these ACADs is discussed in relation to the identification of expressed sequenced tags corresponding to ACADs in cDNA sequence analysis projects and with the potential roles of mitochondrial β-oxidation in higher plants.

Water Deficit and Spatial Pattern of Leaf Development. Variability in Responses Can Be Simulated Using a Simple Model of Leaf Development1

We analyzed the effect of short-term water deficits at different periods of sunflower (Helianthus annuus L.) leaf development on the spatial and temporal patterns of tissue expansion and epidermal cell division. Six water-deficit periods were imposed with similar and constant values of soil water content, predawn leaf water potential and [ABA] in the xylem sap, and with negligible reduction of the rate of photosynthesis. Water deficit did not affect the duration of expansion and division. Regardless of their timing, deficits reduced relative expansion rate by 36% and relative cell division rate by 39% (cells blocked at the G0-G1 phase) in all positions within the leaf. However, reductions in final leaf area and cell number in a given zone of the leaf largely differed with the timing of deficit, with a maximum effect for earliest deficits. Individual cell area was only affected during the periods when division slowed down. These behaviors could be simulated in all leaf zones and for all timings by assuming that water deficit affects relative cell division rate and relative expansion rate independently, and that leaf development in each zone follows a stable three-phase pattern in which duration of each phase is stable if expressed in thermal time (C. Granier and F. Tardieu [1998b] Plant Cell Environ 21: 695–703).

Plastome Engineering of Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase in Tobacco to Form a Sunflower Large Subunit and Tobacco Small Subunit Hybrid1

Targeted gene replacement in plastids was used to explore whether the rbcL gene that codes for the large subunit of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, the key enzyme of photosynthetic CO2 fixation, might be replaced with altered forms of the gene. Tobacco (Nicotiana tabacum) plants were transformed with plastid DNA that contained the rbcL gene from either sunflower (Helianthus annuus) or the cyanobacterium Synechococcus PCC6301, along with a selectable marker. Three stable lines of transformants were regenerated that had altered rbcL genes. Those containing the rbcL gene for cyanobacterial ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase produced mRNA but no large subunit protein or enzyme activity. Those tobacco plants expressing the sunflower large subunit synthesized a catalytically active hybrid form of the enzyme composed of sunflower large subunits and tobacco small subunits. A third line expressed a chimeric sunflower/tobacco large subunit arising from homologous recombination within the rbcL gene that had properties similar to the hybrid enzyme. This study demonstrated the feasibility of using a binary system in which different forms of the rbcL gene are constructed in a bacterial host and then introduced into a vector for homologous recombination in transformed chloroplasts to produce an active, chimeric enzyme in vivo.

Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase Content, Assimilatory Charge, and Mesophyll Conductance in Leaves1

The content of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (Rubisco) (Et; EC 4.1.1.39) measured in different-aged leaves of sunflower (Helianthus annuus) and other plants grown under different light intensities, varied from 2 to 75 μmol active sites m−2. Mesophyll conductance (μ) was measured under 1.5% O2, as well as postillumination CO2 uptake (assimilatory charge, a gas-exchange measure of the ribulose-1,5-bisphosphate pool). The dependence of μ on Et saturated at Et = 30 μmol active sites m−2 and μ = 11 mm s−1 in high-light-grown leaves. In low-light-grown leaves the dependence tended toward saturation at similar Et but reached a μ of only 6 to 8 mm s−1. μ was proportional to the assimilatory charge, with the proportionality constant (specific carboxylation efficiency) between 0.04 and 0.075 μm−1 s−1. Our data show that the saturation of the relationship between Et and μ is caused by three limiting components: (a) the physical diffusion resistance (a minor limitation), (b) less than full activation of Rubisco (related to Rubisco activase and the slower diffusibility of Rubisco at high protein concentrations in the stroma), and (c) chloroplast metabolites, especially 3-phosphoglyceric acid and free inorganic phosphate, which control the reaction kinetics of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylation by competitive binding to active sites.

The Chemically Inducible Plant Cytochrome P450 CYP76B1 Actively Metabolizes Phenylureas and Other Xenobiotics1

Cytochrome P450s (P450s) constitute one of the major classes of enzymes that are responsible for detoxification of exogenous molecules both in animals and plants. On the basis of its inducibility by exogenous chemicals, we recently isolated a new plant P450, CYP76B1, from Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) and showed that it was capable of dealkylating a model xenobiotic compound, 7-ethoxycoumarin. In the present paper we show that CYP76B1 is more strongly induced by foreign compounds than other P450s isolated from the same plant, and metabolizes with high efficiency a wide range of xenobiotics, including alkoxycoumarins, alkoxyresorufins, and several herbicides of the class of phenylureas. CYP76B1 catalyzes the double N-dealkylation of phenylureas with turnover rates comparable to those reported for physiological substrates and produces nonphytotoxic compounds. Potential uses for CYP76B1 thus include control of herbicide tolerance and selectivity, as well as soil and groundwater bioremediation.

Nonphotochemical Reduction of the Plastoquinone Pool in Sunflower Leaves Originates from Chlororespiration1

We investigated the relationship between nonphotochemical plastoquinone reduction and chlororespiration in leaves of growth-chamber-grown sunflower (Helianthus annuus L.). Following a short induction period, leaves of previously illuminated sunflower showed a substantially increased level of minimal fluorescence following a light-to-dark transition. This increase in minimal fluorescence was reversed by far-red illumination, inhibited by rotenone or photooxidative methyl viologen treatment, and stimulated by fumigation with CO. Using flash-induced electrochromic absorption-change measurements, we observed that the capacity of sunflower to reduce plastoquinone in the dark influenced the activation state of the chloroplast ATP synthase, although chlororespiratory transmembrane electrochemical potential formation alone does not fully explain our observations. We have added several important new observations to the work of others, forming, to our knowledge, the first strong experimental evidence that chlororespiratory, nonphotochemical plastoquinone reduction and plastoquinol oxidation occur in the chloroplasts of higher plants. We have introduced procedures for monitoring and manipulating chlorores-piratory activity in leaves that will be important in subsequent work aimed at defining the pathway and function of this dark electron flux in higher plant chloroplasts.

Spatial and Temporal Analyses of Expansion and Cell Cycle in Sunflower Leaves1 : A Common Pattern of Development for All Zones of a Leaf and Different Leaves of a Plant

We have investigated the spatial distributions of expansion and cell cycle in sunflower (Helianthus annuus L.) leaves located at two positions on the stem, from leaf initiation to the end of expansion. Relative expansion rate (RER) was analyzed by following the deformation of a grid drawn on the lamina; relative division rate (RDR) and flow-cytometry data were obtained in four zones perpendicular to the midrib. Calculations for determining in situ durations of the cell cycle and of S-G2-M in the epidermis are proposed. Area and cell number of a given leaf zone increased exponentially during the first two-thirds of the development duration. RER and RDR were constant and similar in all zones of a leaf and in all studied leaves during this period. Reduction in RER occurred afterward with a tip-to-base gradient and lagged behind that of RDR by 4 to 5 d in all zones. After a long period of constancy, cell-cycle duration increased rapidly and simultaneously within a leaf zone, with cells blocked in the G0-G1 phase of the cycle. Cells that began their cycle after the end of the period with exponential increase in cell number could not finish it, suggesting that they abruptly lost their competence to cross a critical step of the cycle. Differences in area and in cell number among zones of a leaf and among leaves of a plant essentially depended on the timing of two events, cessation of exponential expansion and of exponential division.

Molecular and Physiological Responses to Water Deficit in Drought-Tolerant and Drought-Sensitive Lines of Sunflower1 : Accumulation of Dehydrin Transcripts Correlates with Tolerance

To investigate correlations between phenotypic adaptation to water limitation and drought-induced gene expression, we have studied a model system consisting of a drought-tolerant line (R1) and a drought-sensitive line (S1) of sunflowers (Helianthus annuus L.) subjected to progressive drought. R1 tolerance is characterized by the maintenance of shoot cellular turgor. Drought-induced genes (HaElip1, HaDhn1, and HaDhn2) were previously identified in the tolerant line. The accumulation of the corresponding transcripts was compared as a function of soil and leaf water status in R1 and S1 plants during progressive drought. In leaves of R1 plants the accumulation of HaDhn1 and HaDhn2 transcripts, but not HaElip1 transcripts, was correlated with the drought-adaptive response. Drought-induced abscisic acid (ABA) concentration was not associated with the varietal difference in drought tolerance. Stomata of both lines displayed similar sensitivity to ABA. ABA-induced accumulation of HaDhn2 transcripts was higher in the tolerant than in the sensitive genotype. HaDhn1 transcripts were similarly accumulated in the tolerant and in the sensitive plants in response to ABA, suggesting that additional factors involved in drought regulation of HaDhn1 expression might exist in tolerant plants.

O conceito de equilíbrio hidráulico e termodinâmico da água no solo aplicado ao estudo da curva de retenção e murchamento de plantas

Estimativas sobre alterações climáticas globais têm aumentando a demanda por estudos sobre propriedades dos solos relativamente secos e limitações impostas à absorção de água pelas plantas em condições de escassez hídrica. Neste estudo, fatores que influenciam a retenção da água no solo e o murchamento de plantas foram avaliados com base no conceito de equilíbrio da água no solo. Objetivou-se com este estudo: (i) avaliar a confiabilidade de medições do conteúdo de água no solo sob altas sucções matriciais em câmaras de pressão, usando como referência a técnica de ponto de orvalho (ii) avaliar as interações entre espécies de plantas e solos com diferentes classes texturais no ponto de murcha permanente (iii) investigar as relações entre equilíbrio hidráulico da água no solo e murchamento de plantas a partir do conceito de corte hidráulico. Para tanto, um experimento para avaliar a influência dos tipos de solos e espécies de plantas, no ponto de murcha permanente foi conduzido em casa de vegetação da Escola Superior de Agricultura \"Luiz de Queiroz\" da Universidade de São Paulo, Piracicaba, São Paulo. Avaliou-se o murchamento de plantas de girassol (Helianthus annuus L.), milho (Zea mays L.) e soja (Glycine max L.). Os solos utilizados no estudo foram coletados na camada superficial (0-10 cm) em quatro áreas, selecionadas com o objetivo de obter classes texturais contrastantes, localizadas no município de Piracicaba, São Paulo, Brasil. Sub-amostras foram utilizadas para determinação da distribuição do tamanho de partículas e atributos químicos. Amostras indeformadas foram coletadas para a determinação da curva de retenção da água no solo pela técnica de câmaras de pressão. Adicionalmente, amostras deformadas foram utilizadas para determinação das características de retenção da água no solo pela técnica do ponto de orvalho em altos valores de sucções matriciais. Os dados de retenção de água no solo foram ajustados a modelos empíricos para estimativas da sucção matricial e conteúdo de água relacionada à água em equilíbrio hidráulico (água residual). Foram observadas similaridades nas determinações das características de retenção da água no solo entre as técnicas de câmaras de pressão e ponto de orvalho, sugerindo a boa drenagem das amostras de solo em câmaras de pressão. Interações significativas foram observadas entre os tipos de solos e espécies de plantas no ponto de murcha permanente, indicando que o movimento de água no contínuo solo-planta-atmosfera foi dependente de resistências relacionadas tanto ao solo quanto às plantas. Ou seja, tanto à capacidade do solo em transportar água até raízes, quanto à habilidade das plantas em absorver a água transportada, assim como, aos processos de regulação de água que ocorrem nas plantas. A abordagem baseada no conteúdo de água residual para o intervalo de sucções matriciais de 0 a 15.000 hPa não foi adequada para ilustrar a condição de equilíbrio hidráulico da água no solo, definidos pelo corte hidráulico, e relações com as sucções matriciais em ocorre o murchamento de plantas.

Synergistic action of actinoporin isoforms from the same sea anemone species assembled into functionally active heteropores

Among the toxic polypeptides secreted in the venom of sea anemones, actinoporins are pore forming toxins whose toxic activity relies on the formation of oligomeric pores within biological membranes. Intriguingly, actinoporins appear as multigene families which give rise to many protein isoforms in the same individual displaying high sequence identities but large functional differences. However, the evolutionary advantage of producing such similar isotoxins is not fully understood. Here, using sticholysins I and II (StnI and StnII) from the sea anemone Stichodactyla helianthus, it is shown that actinoporin isoforms can potentiate each other’s activity. Through hemolysis and calcein releasing assays, it is revealed that mixtures of StnI and StnII are more lytic than equivalent preparations of the corresponding isolated isoforms. It is then proposed that this synergy is due to the assembly of heteropores since (i) StnI and StnII can be chemically cross-linked at the membrane and (ii) the affinity of sticholysin mixtures for the membrane is increased with respect to any of them acting in isolation, as revealed by isothermal titration calorimetry experiments. These results help to understand the multigene nature of actinoporins and may be extended to other families of toxins that require oligomerization to exert toxicity.

Disponibilidade de níquel no sistema solo-planta: efeito de doses e saturações por bases

Por se tratar de um elemento essencial às plantas e um metal pesado ao mesmo tempo, o níquel requer atenção quanto aos aspectos da fisiologia de plantas e ambiental. Além disso, existe um intervalo estreito entre as exigências nutricionais e os teores tóxicos às plantas. Neste contexto, objetivou-se avaliar o efeito do Ni no sistema solo-planta, com foco no ciclo do N e a disponibilidade do elemento no solo, por meio de experimento em condições controladas, utilizando vasos distribuídos inteiramente ao acaso, utilizando-se esquema fatorial 2 x 5, com sete repetições cada tratamento. O primeiro fator foi constituído de duas saturações por base (50 e 70%) e o segundo de cinco doses de Ni (0; 0,1; 0,5; 1,0 e 10,0 mg dm-3 de solo). Os vasos foram preenchidos com 8 dm3 de terra e cultivados com soja [Glycine max (L.) Merrill] sucedida por girassol (Helianthus annuus L.). Os parâmetros qualitativos e quantitativos: altura de plantas (AP), diâmetro do caule (DC), número de nós (NN), estádio fenológico (EF), índice SPAD e, diâmetro do capítulo (DCap) (para girassol) foram avaliadas aos 30 e 60 dias após a emergência (d.a.e.) de cada cultivo. Plantas inteiras de soja, amostradas em quatro vasos de cada tratamento, foram coletadas no estádio R1. Na mesma ocasião foram coletadas amostras de solo da rizosfera. Em seguida, as plantas coletadas foram divididas em: folhas; raízes (nódulos na soja) e parte aérea. Foram determinados nas folhas utilizadas para diagnose em soja e girassol: os teores de macro e micronutrientes, as atividades da redutase do nitrato e da urease e as concentrações dos ácidos orgânicos: oxálico, malônico, succínico, málico, tartárico, fumárico, oxaloacético, cítrico e lático. Os mesmos ácidos orgânicos foram determinados em raízes secundárias de girassol e nódulos de soja. Foram realizadas avaliações ultraestruturais por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET) em raízes de girassol, e estruturais e de tonalidade em nódulos de soja, por meio de microscopia de luz. No solo, foram determinadas: atividade urease, desidrogenase, Ni total e fitodisponível pelos métodos: Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA. No período de maturidade fisiológica de cada cultura foi realizada a colheita das plantas dos vasos restantes para determinação de produção de grãos, teores de Ni na planta inteira e Ni e N nos grãos. Ao final dos dois experimentos foi realizada nova coleta de solo para extração sequencial de Ni. O índice SPAD em soja aos 60 d.a.e., a produção de massa seca da parte aérea da soja e da raiz de girassol foram influenciados pela saturação por bases, doses de níquel e pela a interação destes. Foram influenciados pelas saturações por base e doses de níquel (fatores isolados): para soja: AP aos 60 d.a.e., NN aos 30 e 60 d.a.e., SPAD aos 30 d.a.e.; para girassol: AP e NN aos 30 e 60 d.a.e., DC e SPAD aos 30 d.a.e. As demais variáveis avaliadas aos 30 e 60 d.a.e. foram influenciadas apenas pela saturação por bases, ou doses de Ni separadamente. As plantas de soja e girassol apresentaram maiores teores de Ni nos diferentes tecidos avaliados (exceto grãos) quando cultivadas sob V50%. A produção de grãos de soja e girassol não foi influenciada pelos tratamentos, porém o teor de N dos grãos de soja influenciado pelas doses de Ni na V70%. A atividade da enzima urease nas folhas de soja e girassol foi responsiva positivamente ao aumento das doses de Ni. Quatro dos ácidos orgânicos avaliados e o teor de N nas folhas e nos grãos foram maiores nas plantas cultivadas sob V70% com a dose de 0,5 mg dm-3 de Ni. As doses de Ni bem com as saturações por bases influenciaram diretamente o balanço de nutrientes das plantas. Os extratores Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA apresentaram elevado coefienciente de correlação entre a fração de Ni disponível no solo e a concentração do elemento nas plantas de soja e girassol, sendo o extrator DTPA o que apresentou maior coeficiente de correlação. O Ni apresentou distribuição variável entre as diferentes frações do solo em função dos tratamentos. Os solos dos tratamentos com saturação por bases de 70% apresentaram maior concentração de Ni ligado a carbonato, comparado aos tratamentos sob saturação por bases de 50%. A distribuição do Ni entre as frações do solo seguiu a seguinte orgem: ligado a carbonato < trocável < ligado a óxidos < matéria orgânica < residual. A saturação por bases exerceu efeito diferenciado para a atividade da urease no solo em função da cultura avaliada. Por sua vez, o Ni exerceu efeito diferenciado sobre a atividade de desidrogenase em função da cultura estudada

Synergistic Action of Actinoporin Isoforms from the Same Sea Anemone Species Assembled into Functionally Active Heteropores

Among the toxic polypeptides secreted in the venom of sea anemones, actinoporins are the pore-forming toxins whose toxic activity relies on the formation of oligomeric pores within biological membranes. Intriguingly, actinoporins appear as multigene families that give rise to many protein isoforms in the same individual displaying high sequence identities but large functional differences. However, the evolutionary advantage of producing such similar isotoxins is not fully understood. Here,using sticholysins I and II (StnI and StnII) from the sea anemone Stichodactyla helianthus, it is shown that actinoporin isoforms can potentiate each other’s activity. Through hemolysis and calcein releasing assays, it is revealed that mixtures of StnI and StnII are more lytic than equivalent preparations of the corresponding isolated isoforms. It is then proposed that this synergy is due to the assembly of heteropores because (i) StnI and StnII can be chemically cross-linked at the membrane and (ii) the affinity of sticholysin mixtures for the membrane is increased with respect to any of them acting in isolation, as revealed by isothermal titration calorimetry experiments. These results help us understand the multigene nature of actinoporins and may be extended to other families of toxins that require oligomerization to exert toxicity.

Fatores de bioconcentração e disponibilidade de bário, cádmio, cobre, níquel e zinco em solos e em culturas de interesse agronômico

Os elementos potencialmente tóxicos (EPTs) estão presentes nos solos em concentrações dependentes do material de origem e das ações antrópicas. A adição de EPTs ao solo pelas atividades antrópicas pode ocasionar risco à saúde humana, já que estes elementos podem ser acumulados no organismo por meio do contato dérmico com o solo, da inalação de partículas em suspensão, de ingestão de solo e de alimentos contaminados. A contaminação dos alimentos ocorre pelo cultivo em áreas com alta biodisponibilidade de EPTs, e nessa condição ocorre absorção e translocação para a parte aérea, com possível acúmulo dos metais nas porções comestíveis, como raízes, frutos e grãos. A biodisponibilidade dos EPTs é regulada pelas características químicas dos elementos e por atributos do solo, como a CTC, o pH e a matéria orgânica (MO). Sintomas de toxicidade e alterações morfológicas e fisiológicas podem aparecer dependendo da absorção e da movimentação dos EPTs nas plantas. Objetivou-se neste trabalho avaliar o efeito da adição de bário (Ba), de cádmio (Cd), de cobre (Cu), de níquel (Ni) e de zinco (Zn) em amostras de um Neossolo Quartzarênico e um Latossolo Vermelho distrófico, sob duas condições de saturação por bases (30% e 50 ou 70%, dependendo da cultura), no cultivo de arroz (Oryza sativa), alface (Lactuca sativa), girassol (Helianthus annuus) e tomate (Solanum lycopersicum). Os EPTs nos solos foram extraídos com EPA 3051a, Água Régia, DTPA, Mehlich 1, Mehlich 3, HNO3 (0,43 mol L-1) e CaCl2 (0,01 mol L-1), e seus teores correlacionados com os presentes nas raízes, na parte aérea, nos frutos e com a quantidade acumulada pelas plantas. Os fatores de bioconcentração (FBC) e de transferência (FT) foram calculados para as culturas. O índice SPAD (Soil Plant Analysis Development - Chlorophyll Meter) foi determinado na fase vegetativa da alface, do arroz e do girassol, enquanto a atividade fotossintética foi determinada pelo IRGA (Infrared gas analyzer). Os maiores teores de EPTs foram observados nas plantas cultivadas no Neossolo. As quantidades de Cu, Ni e Zn acumuladas nas plantas apresentaram correlação positiva com os teores extraídos pelo EPA 3051a e pela Água Régia. Os teores extraídos com HNO3 (0,43 mol L-1) apresentaram elevada correlação positiva com os teores reativos extraídos com DTPA e com Mehlich 3, e também com as quantidades de EPTs acumuladas pelas plantas. Os FBCs foram mais altos nos solos com baixa CTC, baixos teores de MO e baixos valores de pH. O arroz apresentou a menor translocação de Cd do sistema radicular para os grãos. O Cu, o Ni e o Zn causaram alterações no desenvolvimento da alface e do girassol, e diminuíram a transpiração e a condutância estomática da alface. O arroz apresentou a menor absorção de EPTs e a maior tolerância ao Ba, ao Cd, ao Ni e ao Zn, no entanto, as plantas apresentaram maiores condutividade estomática e transpiração.