Gene expression changes in phosphorus deficient potato (Solanum tuberosum L.) leaves and the potential for diagnostic gene expression markers

Background: There are compelling economic and environmental reasons to reduce our reliance on inorganic phosphate (Pi) fertilisers. Better management of Pi fertiliser applications is one option to improve the efficiency of Pi fertiliser use, whilst maintaining crop yields. Application rates of Pi fertilisers are traditionally determined from analyses of soil or plant tissues. Alternatively, diagnostic genes with altered expression under Pi limiting conditions that suggest a physiological requirement for Pi fertilisation, could be used to manage Pifertiliser applications, and might be more precise than indirect measurements of soil or tissue samples. Results: We grew potato (Solanum tuberosum L.) plants hydroponically, under glasshouse conditions, to control their nutrient status accurately. Samples of total leaf RNA taken periodically after Pi was removed from the nutrient solution were labelled and hybridised to potato oligonucleotide arrays. A total of 1,659 genes were significantly differentially expressed following Pi withdrawal. These included genes that encode proteins involved in lipid, protein, and carbohydrate metabolism, characteristic of Pi deficient leaves and included potential novel roles for genes encoding patatin like proteins in potatoes. The array data were analysed using a support vector machine algorithm to identify groups of genes that could predict the Pi status of the crop. These groups of diagnostic genes were tested using field grown potatoes that had either been fertilised or unfertilised. A group of 200 genes could correctly predict the Pi status of field grown potatoes. Conclusions: This paper provides a proof-of-concept demonstration for using microarrays and class prediction tools to predict the Pi status of a field grown potato crop. There is potential to develop this technology for other biotic and abiotic stresses in field grown crops. Ultimately, a better understanding of crop stresses may improve our management of the crop, improving the sustainability of agriculture.

The Tnt1 family member Retrosol copy number and structure disclose retrotransposon diversification in different Solanum species

Eukaryotic genome expansion/retraction caused by LTR-retrotransposon activity is dependent on the expression of full length copies to trigger efficient transposition and recombination-driven events. The Tnt1 family of retrotransposons has served as a model to evaluate the diversity among closely related elements within Solanaceae species and found that members of the family vary mainly in their U3 region of the long terminal repeats (LTRs). Recovery of a full length genomic copy of Retrosol was performed through a PCR-based approach from wild potato, Solanum oplocense. Further characterization focusing on both LTR sequences of the amplified copy allowed estimating an approximate insertion time at 2 million years ago thus supporting the occurrence of transposition cycles after genus divergence. Copy number of Tnt1-like elements in Solanum species were determined through genomic quantitative PCR whereby results sustain that Retrosol in Solanum species is a low copy number retrotransposon (1-4 copies) while Retrolyc1 has an intermediate copy number (38 copies) in S. peruvianum. Comparative analysis of retrotransposon content revealed no correlation between genome size or ploidy level and Retrosol copy number. The tetraploid cultivated potato with a cellular genome size of 1,715 Mbp harbours similar copy number per monoploid genome than other diploid Solanum species (613-884 Mbp). Conversely, S. peruvianum genome (1,125 Mbp) has a higher copy number. These results point towards a lineage specific dynamic flux regarding the history of amplification/activity of Tnt1-like elements in the genome of Solanum species.

Chemical Composition and Antimicrobial Activities of the Essential Oil of Hypericum cordatum (Vell. Conc.) N. Robson (Hypericaceae)

The volatile Constituents of the fresh materials of Hypericum cordatum were isolated by hydrodistillation kind analyzed by CC and GC/MS. The leaves produced 0.04% of a yellowish essential oil and the flowers did not. The main components of the oil were myrcene (40.18%), alpha-pinene (16.40%), and limonene (12%). The antibacterial activities of the oil against Saccharomyces aureus and Escherichia coli and the anti-fungal activities of the oil against the fungi Cladosporium cladosporioides and C. sphaerospemum were evaluated. The oil showed an antibacterial activity against the bacteria S. aureus and anti-fungal activity against the two fungi.

Estudo filogenético das espécies da seção Torva do gênero Solanum L. (Solanaceae) na região sul do Brasil

O gênero Solanum L. (Solanaceae) compreende mais de 1000 espécies, incluindo táxons de grande interesse econômico por seu valor alimentício e medicinal. Este gênero é dividido em três subgêneros: Bassovia, Solanum e Leptostemonum. O subgênero Leptostemonum é dividido em dez seções, e entre essas destaca-se a seção Torva que possui representantes no sul do Brasil, e cujas espécies têm amplo interesse por apresentarem substâncias ativas de grande utilidade farmacológica. Entretanto, dentro dessa seção existem problemas taxonômicos, inclusive com a presença de indivíduos de morfologia intermediária, que dificultam sua classificação e, conseqüentemente, o seu melhor aproveitamento. Nesse trabalho, foram realizados dois estudos de caráter filogenético a fim de conhecer as relações de parentesco entre as espécies de Solanum seção Torva, presentes no sul do Brasil, e destas com espécies de outras seções do subgênero Leptostemonum. Em ambos os estudos foram utilizados quatro marcadores (genomas nuclear e plastidial): a região ITS (espaçadores internos transcritos do DNA nuclear ribossomal) incluindo ITS1, ITS2 e o gene 5,8S; o íntron trnL e os espaçadores intergênicos trnL-trnF e trnS-trnG do DNA plastidial. O marcador ISSR (Inter Simple Sequence Repeats) foi utilizado para verificar a variabilidade genética entre as espécies de Solanum seção Torva e testar o grau de polimorfismo de quatro “primers” dentro dessa seção. As análises realizadas evidenciaram uma origem monofilética para a seção Torva. Além disso, foi verificada uma relação de parentesco mais acentuado dessa seção com S. melongena, S. jamaicense e S. sisymbriifolium. Dentro da seção Torva foram observados agrupamentos que relacionam a espécie de morfologia intermediária a seus possíveis progenitores S. paniculatum e S. guaraniticum. Os quatro agrupamentos mais freqüentes observados dentro da seção foram: a aproximação de S. guaraniticum, S. bonariense e S. paniculatum X S. guaraniticum; o relacionamento entre S. adspersum e S. tabacifolium; a interação entre S. paniculatum e a espécie de morfologia intermediária; e a aproximação entre S. paniculatum e S. variabile. Este trabalho contribuiu para o conhecimento evolutivo das espécies dessa complexa seção que vem levantando interesse de inúmeros pesquisadores.

Efeitos de Solanum sisymbriifolium Lam. e S. nigrum L. sobre o nemátode - das - lesões - radiculares (Pratylenchus goodeyi (Cobb) Sher & Allen, 1953) parasita da bananeira (Musa acuminata Colla)

A cultura da bananeira é de grande importância económica para a Ilha da Madeira. A procura de formas de agricultura mais sustentáveis, como é o caso da agricultura biológica, tem levado ao desenvolvimento de estratégias alternativas aos produtos fitofarmacêuticos que possam ser utilizadas pelos agricultores. O objectivo geral deste trabalho foi o contribuir para a agricultura da Madeira desenvolvendo uma estratégia de luta contra o nemátode-das-lesões-radiculares, Pratylenchus goodeyi, utilizando Solanum sisymbriifolium e S. nigrum como cultura armadilha ou como biofumigante. Os isolados de P. goodeyi foram obtidos a partir da cultura in vitro em discos de cenoura e de raízes de bananeira infectadas pelo nemátode. Apesar de P. goodeyi se ter reproduzido nas plantas de S. sisymbriifolium e de S. nigrum, os factores de reprodução foram muito baixos (0,001), podendo estas plantas serem consideradas como resistentes ou, pelo menos, hospedeiros fracos. Os efeitos da incorporação, de diferentes partes de S. sisymbriifolium e S. nigrum (raízes, raízes+parte aérea e parte aérea), no solo com plantas de bananeira, infectadas com P. goodeyi, foram avaliados em relação ao crescimento das plantas de bananeira e à reprodução do nemátode. Verificou-se que qualquer uma das espécies de Solanum influenciou o crescimento das plantas de bananeira, principalmente daquelas em que as raízes foram incorporadas no solo. A reprodução de P. goodeyi nas plantas de bananeira, apenas infectadas com o nemátode, foi superior à sua reprodução nas plantas em que ocorreu incorporação no solo. Relativamente aos efeitos dos extractos aquosos das plantas de Solanum na mortalidade de P. goodeyi concluiu-se que os extractos de S. sisymbriifolium foram os mais eficazes, principalmente na concentração de 250 mg/ml. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que as plantas S. sisymbriifolium e S. nigrum poderão ser utilizadas como biofumigante e como adubo verde, contribuindo para melhorar a qualidade e a quantidade das produções, eliminando os efeitos negativos, de produtos de origem química, sobre a saúde e o ambiente.

Nematicidal activity of Solanum nigrum and S. sisymbriifolium extracts against the root-lesion nematode Pratylenchus goodeyi and its effects on infection and gene expression

The control of Pratylenchus goodeyi a common nematode parasite of banana crop in Madeira Island can benefit from searching for natural nematicides through plants extracts. With this aim we submitted Solanum nigrum and S. sisymbriifolium dried plants to a sequential extraction in the solvent sequence of dichloromethane, acetone, ethanol and water, and to na aqueous extraction of the fresh and dried plants. Analyses with the extracts at several concentrations were used to assess mobility and mortality on P. goodeyi. Results showed that the water extract and aqueous extracts from both plants at a concentration of 10 mg/mL affected nematode mobility and caused mortality but the acetone extract from S. nigrum was the most efficient, causing 100% mortality whereas dichloromethane had no effect on P. goodeyi. Determination of the lipophilic and phenolic compounds present in the two most effective Solanum extracts (acetone and water) and in dichloromethane extract revealed that some of these compounds had nematicidal activity. S. nigrum acetone extract (10 mg/mL) was used to find out the nematicidal potential following the effect at gene expression level and nematode behaviour. Genes coding for calreticulin and beta-1,4- endoglucanase related to parasitism and translocon-associated protein putatively connected to stress were obtained and its relative expression assessed in nematodes exposed to the extract. Results revealed that expression of Pg-CRT decreased showing to influence the infection, Pg-ENG remained steady and Pg-TRAPδ was induced over time exposure. Biological assays showed that P. goodeyi mobility and ability to infect the banana roots were affected as a decrease in the number of nematodes that reached the roots was obtained with the increased exposure time to the extract being implicated in the infection success. The information obtained from this thesis showed that S. nigrum has potential to be used for the development of a new control strategy against plant-parasitic nematodes.

Determination of lipophilic and hydrophilic antioxidants in Solanum Lycopersicum L. tomato from Gordal variety by LL-USAE combined with UHPLC-PDA/FLR

Tomato (Lycopersicon esculentum L.) is one of the main constituents of the Mediterranean diet. Its consumption has been proposed to reduce the risk of cardiovascular diseases and certain types of cancer. It is therefore one of the most popular and extensively consumed vegetable crop worldwide. To gain insights on the potential of Lycopersicon esculentum L. as bioactive food, two analytical methodologies were developed to determine the levels of the lipophilic -tocopherol, α-tocopherol, β-carotene, lycopene; and hydrophilic antioxidants ascorbic acid. The quantification of total carotenoids (β-carotene and lycopene) was assessed through a liquid–liquid ultrasound assisted extraction (LL-USAE) in combination with ultraviolet-visible spectroscopy (UV-Vis), according to method of mean, for total carotenoids (λmáx = 450 nm. The ultra-high performance liquid chromatographic using both photodiode array and fluorescence detection (UHPLC-PDA/FLR), allows the identification and quantification of the target lipophilic and hydrophilic antioxidants. This methodology UHPLC-PDA/FLR is fast, simple and revealed a high sensitivity for the compounds under study. The limits of detection (LODs) and quantification (LOQs) obtained were much lower (about 10 times) than the reported in literature. The method LL-USAE/UV-Vis was validated and applied to different tomato foodstuffs. The results reveal a small increase of carotenoids content during maturation, reaching the maximum level when ripe. These results complement those obtained by the ORAC and TBARS assays that show an increase of antioxidant capacity during maturation. The LODs ans LOQs obtained were also about 10 times lower than reported in literature. The carotenoid content was also evaluated by LL-USAE/UV-Vis in different tomatoes varieties. Regional variety present the high carotenoid level, followed by campari and gordal, and at last grape. This methodology was also applied to different processed food samples containing tomatoes derivatives. Highest carotenoids content were obtained in concentrated tomato foodstuffs.

Antiophidic Solanidane Steroidal Alkaloids from Solanum campaniforme

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estimativa da área foliar de plantas daninhas: Solanum americanum Mill

A maria pretinha (Solanum americanum Mill) é uma planta daninha infestante de diversas culturas e além da competição pode causar outros problemas. Nos estudos envolvendo a biologia e o controle de plantas daninhas, a área foliar é uma das mais importantes características a serem avaliadas, mas tem sido pouco estudada porque sua determinação exige equipamentos sofisticados ou utiliza técnicas destrutivas. Visando obter equações que permitissem a estimativa da área foliar desta planta daninha utilizando características lineares do limbo foliar, facilmente mensuráveis em plantas no campo, foram estudadas correlações entre a área foliar real e as seguintes características das folhas: comprimento ao longo da nervura principal (C), largura máxima do limbo (L) e o produto (C x L). Para tanto, foram mensuradas 200 folhas coletadas de plantas sujeitas às mais diversas condições ecológicas em que a espécie sobrevive, considerando-se todas as folhas das plantas desde que não apresentassem deformações oriundas de fatores, tais como, pragas, moléstias e granizo. Todas as equações, lineares simples, geométricas e exponenciais, permitiram boa estimativa da área foliar (Af) da maria pretinha. do ponto de vista prático, sugere-se optar pela equação linear simples envolvendo o produto (C x L), a qual apresentou o menor QM Resíduo. Assim, a estimativa da área foliar de S. americanum pode ser efetuada pela equação AF = 0,5632 x (C x L), com coeficiente de determinação (R2) de valor igual a 0,9516.

Efeito da época sobre a emergência de Sida rhombifolia e Solanum viarum em diferentes profundidades de semeadura

O conhecimento da profundidade ideal de germinação de sementes de plantas daninhas é importante para o desenvolvimento de estratégias de manejo eficientes, seguras e econômicas. Com o objetivo de estudar a emergência de plântulas de Sida rhombifolia L. e Solanum viarum Dunal, em resposta à época (setembro de 2008 e janeiro de 2009) e às profundidades de semeadura (0, 1, 2, 3, 4 e 5 cm), foram realizados dois experimentos em casa de vegetação. Sida rhombifolia mostrou-se sensível às variações de temperatura, em decorrência das épocas de semeadura, e os maiores percentuais de emergência ocorreram nas profundidades entre 1 e 4 cm. Para S. viarum, observou-se forte influência da temperatura sobre a sua emergência, sendo, observado o máximo de emergência, nas profundidades de 1 a 5 cm e sua redução para as sementes locadas na superfície do solo.

Adequação do teste de condutividade elétrica para determinar a qualidade fisiológica de sementes de jacarandá-da-bahia (Dalbergia nigra (Vell.) Fr.All. ex Benth.)

Para testar o efeito da temperatura e do tempo de embebição nos valores de condutividade elétrica e verificar sua aplicabilidade para determinar a qualidade fisiológica de sementes de Dalbergia nigra (jacarandá-da-bahia), foram utilizadas sementes colhidos em três anos (lote I _ 1998; lote II _ 1997 e lote III - 1994). Inicialmente determinou-se o teor de água e depois conduziu-se os testes de germinação em laboratório e viveiro, utilizando-se quatro repetições de 25 sementes. Para estudar a condutividade elétrica (CE) foram utilizadas quatro repetições de 50 sementes. Cada subamostra foi colocada em recipiente contendo 75ml de água deionizada, embebidas por 6, 12, 18, 24, 30 e 36 horas, a 20, 25 e 30ºC. Sementes do lote II apresentaram maiores valores na primeira contagem da germinação, diferindo significativamente dos demais lotes. O lote III apresentou qualidade inferior. Com o aumento do período e da temperatura de embebição ocorreu aumento nos valores de CE das sementes dos três lotes. O lote III mostrou qualidade fisiológica inferior a dos lotes I e II, que apresentaram valores mais elevados de CE. Não houve diferenciação entre os lotes I e II. Concluiu-se que o teste de CE foi eficiente para diferenciar os lotes de sementes de Dalbergia nigra, com alto grau de associação com o teste de germinação.

Efeito do número de sementes e do volume de água na condutividade elétrica de sementes de Dalbergia nigra (Vell.) Fr.All. ex Benth.

O presente trabalho teve como objetivos verificar o efeito do número de sementes e do volume de água utilizada no teste de condutividade elétrica (CE) para avaliar o vigor de três lotes de sementes de Dalbergia nigra (jacarandá-da-bahia) e correlacionar esses resultados com os dados de germinação em laboratório e em viveiro. Os testes de germinação em laboratório e viveiro foram conduzidos com quatro repetições de 25 sementes. O teste de CE foi realizado com 25, 50 e 75 sementes embebidas a 75, 100 e 125ml de água, por diferentes períodos. A porcentagem de germinação e de plântulas normais em laboratório, indicaram o lote III como de qualidade inferior aos lotes I e II. A primeira contagem da germinação e o índice de velocidade de germinação em laboratório e a emergência, índice de velocidade de emergência e porcentagem de plântulas normais em viveiro identificaram o lote II como superior ao lote I e o III como inferior. A CE diminui com o aumento do volume de água e aumentou com o período de embebição. A diferenciação dos lotes foi mais eficiente, quando se utilizou 75ml de água deionizada e amostras de 50 sementes com pelo menos 36 horas de embebição, com valores de CE menores nos lotes I e II do que no lote II. Os coeficientes de correlação simples entre a CE e as demais características avaliadas, em laboratório e viveiro, foram elevados e significativos, evidenciando alta associação entre os mesmos. Assim, pode-se recomendar que o teste de CE seja conduzido a 25ºC, com amostras de 50 sementes embebidas em 75ml de água deionizada, por períodos iguais ou superiores a 36 horas de embebição, para determinar a qualidade fisiológica de lotes de sementes de jacarandá-da-bahia.

Crescimento inicial e morfologia foliar em plantas de Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong. E Erythrina velutina Mart. ex Benth, sob estresse hídrico

The Caatinga is the predominant vegetation type in semi-arid region of Brazil, where many inhabitants depend on hunting and gathering for survival, obtaining resources for: food and feed, folk medicine, timber production, etc. It‟s the dry ecosystem with highest population density in the world. The early stages of development are the most critical during the life cycle of a flowering plant and they‟re primordial to its establishment in environments exposed to water stress. Information about adjustments to the growth of the species, correlated with their studies of distribution in Seridó oriental potiguar, are an important ecological and economic standpoint, because they provide subsidies for the development of cultivation techniques, to programs of sustainable use and recovery of degraded areas. This thesis aimed to study the initial growth and foliar morphology in plants like Enterolobium contortisiliquum (Vell.) Morong. (tamboril) and Erythrina velutina Mart. ex Benth (mulungu), species of occurrence in the Caatinga, under water stress. After sowing and emergency, the seedlings were exposed to three water regimes: 450 (control), 225 (moderate stress) and 112.5 (severe stress) mm of water slide for 40 days. Seeding occurred in bags of 5 kg and after the establishment of seedlings thinning was carried out leaving a plantlet per bag. At the beginning the waterings occurred daily with distilled water, passing to be on alternate days after thinning. Twenty and forty days after the thinning seedlings collections were held to be done analysis of growth and biomass partition. When compared to the control group, the treatments with water stress showed reduction in the growth of the aerial part, growth of the greater root, number of leaves and leaflets, dry leaf area and total phytomass in both species, but in general, this effect was most marked for E. velutina. Regarding the partition of biomass, there were few changes throughout the experiment. Morphological changes in the leaves as a function of stress were not significant, however, there was a trend, in both species, to produce narrower leaves, that facilitate heat loss to the environment. It has not been possible to establish a positive relationship between inhibition of growth and distribution of species, whereas E. velutina is a species of most common occurrence in Seridó oriental potiguar. In this way, other aspects should be taken into account when studying the adaptation of species the dry environments, such as salinity, presence of heavy metals, wind speed, etc