Combined transcriptomic and proteomic studies reveal non-canonical signaling functions in the jasmonate pathway

Abstract Lipid derived signals mediate many stress and defense responses in multicellular eukaryotes. Among these are the jasmonates, potently active signaling compounds in plants. Jasmonic acid (JA) and 12-oxo-phytodienoic acid (OPDA) are the two best known members of the large jasmonate family. This thesis further investigates their roles as signals using genomic and proteomic approaches. The study is based on a simple genetic model involving two key genes. The first is ALLENE OXIDE SYNTHASE (AOS), encoding the most important enzyme in generating jasmonates. The second is CORONATINE INSENSITIVE 1 (COI1), a gene involved in all currently documented canonical signaling responses. We asked the simple question: do null mutations in AOS and COI1 have analogous effects on the transcriptome ? We found that they do not. If most COI1-dependent genes were also AOS-dependent, the expression of a zinc-finger protein was AOS-dependent but was unaffected by the coi1-1 mutation. We thus supposed that a jasmonate member, most probably OPDA, can alter gene expression partially independently of COI1. Conversely, the expression of at least three genes, one of these is a protein kinase, was shown to be COI1-dependent but did not require a functional AOS protein. We conclude that a non-jasmonate signal might alter gene expression through COIL Proteomic comparison of coi1-1 and aos plants confirmed these observations and highlighted probable protein degradation processes controlled by jasmonates and COI1 in the wounded leaf. This thesis revealed new functions for COI1 and for AOS-generated oxylipins in the jasmonate signaling pathway. Résumé Les signaux dérivés d'acides gras sont des médiateurs de réponses aux stress et de la défense des eucaryotes multicellulaires. Parmi eux, les jasmonates sont de puissants composés de sig¬nalisation chez les plantes. L'acide jasmonique (JA) et l'acide 12-oxo-phytodienoïc (OPDA) sont les deux membres les mieux caractérisés de la grande famille des jasmonates. Cette thèse étudie plus profondément leurs rôles de signalisation en utilisant des approches génomique et protéomique. Cette étude est basée sur un modèle génétique simple n'impliquant que deux gènes. Le premier est PALLENE OXYDE SYNTHASE (AOS) qui encode l'enzyme la plus importante pour la fabrication des jasmonates. Le deuxième est CORONATINE INSENSITIVE 1 (COI1) qui est impliqué dans la totalité des réponses aux jasmonates connues à ce jour. Nous avons posé la question suivante : est-ce que les mutations nulles dans les gènes AOS et COI1 ont des effets analogues sur le transcriptome ? Nous avons trouvé que ce n'était pas le cas. Si la majorité des gènes dépendants de COI1 sont également dépendants d'AOS, l'expression d'un gène codant pour une protéine formée de doigts de zinc n'est pas affectée par la mutation de COI1 tout en étant dépendante d'AOS. Nous avons donc supposé qu'un membre de la famille des jasmonates, probablement OPDA, pouvait modifier l'expression de certains gènes indépendamment de COI1. Inversement, nous avons montré que, tout en étant dépendante de COI1, l'expression d'au moins trois gènes, dont un codant pour une protéine kinase, n'était pas affectée par l'absence d'une protéine AOS fonctionnelle. Nous en avons conclu qu'un signal autre qu'un jasmonate devait modifier l'expression de certains gènes à travers COI1. La comparaison par protéomique de plantes aos et coi1-1 a confirmé ces observations et a mis en évidence un probable processus de dégradation de protéines contrôlé par les jasmonates et COU_ Cette thèse a mis en avant de nouvelles fonctions pour COI1 et pour des oxylipines générées par AOS dans le cadre de la signalisation par les jasmonates.

Linking the population genetics and ecology of arbuscular mycorrhizal fungi

Résumé Les champignons endomycorhiziens arbusculaires (CEA) ont co-évolué avec les plantes terrestres depuis plus de 400 millions d'années. De nos jours, les CEA forment une symbiose avec les racines de la majorité des plantes terrestres. Les CEA sont écologiquement importants parce qu'ils influencent non seulement la croissance des plantes, mais aussi leur diversité. Les CEA sont des biotrophes obligatoires qui reçoivent leur énergie sous forme de glucides issus de la photosynthèse des plantes. En contrepartie, les CEA apportent à leurs hôtes du phospore. Les CEA croissent et se reproduisent clonalement en formant des hyphes et des spores. De plus, les CEA sont coenocytiques et multigénomiques; le cytoplasme d'un CEA contient des noyeaux génétiquement différents. De nombreuses études ont démontré que différentes espèces de CEA agissent différentiellement sur la croissance des plantes. Malgré une conscience de plus en plus forte de l'existence d'une variabilité intraspécifique, la question de savoir si les populations de CEA sont génétiquement variables a été largement négligée. Dans le Chapitre 2, j'ai cherché à savoir si une population de CEA provenant d'un seul champ possède une diversité génétique. Cette étude a mis en évidence une importante variation génétique et phénotypique au sein d'individus de la même population. Des différences au niveau de traits de croissance, héritables et liés à la valeur sélective, indiquent que la variation génétique observée entre isolats n'est pas entièrement neutre. Dans le Chapitre 3, je montre que les différences génétiques entre isolats de CEA d'une population provoquent de la variation dans la croissance des plantes. L'effet des isolats dépend des conditions environnementales et varie de bénéfique à parasitique. Dans le Chapitre 4, je montre que des traits de croissance de CEA varient significativement dans des environnements contrastés. J'ai détecté de fortes interactions entre différents génotypes de CEA et différentes espèces de plantes. Ceci suggère que dans un environnement hétérogène, la sélection pourrait localement favoriser différents génotypes de CEA, maintenant ainsi la diversité génétique dans la population. Les résultats de ce travail aident à mieux comprendre l'importance écologique de la variation intraspécifique des CEA. La possibilité de pouvoir cultiver des individus d'une population de CEA au laboratoire nous a permis une meilleure compréhension de la génétique de ces champignons. De plus, ce travail est une base pour de futures expériences visant à comprendre l'importance évolutive de la diversité intraspécifique des CEA. Abstract Arbuscular mycorrhizal fungi (A1VIF) have co-evolved with land plants -for over 400 million years. Today, AMF form symbioses with roots of most land plants and are ecologically important because they alter plant growth and affect plant diversity. AMF are obligate biotrophs, obtaining their energy in form of plant-derived photosynthates. In return,- they supply their host plants with phosphorous. These fungi grow and reproduce clonally by hyphae and spores. They are coenocytic and multigenomic, harbouring genetically different nuclei in a common cytoplasm. Many studies have shown different AMF species differentially alter plant growth. Despite the increasing awareness of intraspecific variability the question whether there is any genetic variation among different individuals of the same population has been largely neglected. In Chapter 2, we investigated whether there is genetic diversity in a field population of the AMF G. intraradices. This work revealed that large genetic and heritable phenotypic variation exists in this AMF population. Differences in fitness-related growth traits among isolates suggest that some of the observed genetic variation is not selectively neutral. In Chapter 3, we show that genetic differences among isolates from the same population also cause variation in plant growth. The isolate effects on plant growth depended on the environmental conditions and varied from beneficial to detrimental. In Chapter 4, fitnessrelated growth traits of genetically different isolates were significantly altered in contrasting environments. we detected strong AMF isolate by host species interacfions which suggests that in a heterogeneous environment selection could locally favour different AMF genotypes, thereby maintaining high genetic diversity in the population. The results of this work contribute to the understanding of the ecological importance of intraspecific diversity in AMF. The possibility of culturing individuals of an AMF field population under laboratory condition gave new insights into AMF genetics and lays a foundation for future studies to analyse the evolutionary significance of intraspecific genetic diversity in AMF.

Two distinct plant respiratory physiotypes might exist which correspond to fast-growing and slow-growing species

The origin of the carbon atoms in CO2 respired by leaves in the dark of several plant species has been studied using 13C/12C stable isotopes. This study was conducted using an open gas exchange system for isotope labeling that was coupled to an elemental analyser and further linked to an isotope ratio mass spectrometer (EA-IRMS) or coupled to a gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometer (GC-C-IRMS). We demonstrate here that the carbon, which is recently assimilated during photosynthesis, accounts for nearly ca. 50% of the carbon in the CO2 lost through dark respiration after illumination in fast-growing and cultivated plants and trees and, accounts for only ca. 10% in slow-growing plants. Moreover, our study shows that fast- growing plants, which had the largest percentages of newly fixed carbon of leaf-respired CO2 , were also those with the largest shoot/root ratios, whereas slow-growing plants showed the lowest shoot/root values.

Grain yield, carbon isotope discrimination and mineral content in mature kernels of barley under irrigated and rainfed conditions

The relationship between yield, carbon isotope discrimination and ash content in mature kernels was examined for a set of 13 barley (Hordeum vulgare) cultivars. Plants were grown under rainfed and well-irrigated conditions in a Mediterranean area. Water deficit caused a decrease in both grain yield and carbon isotope discrimination (Δ). The yield was positively related to Δ and negatively related to ash content, across genotypes within each treatment. However, whereas the correlation between yield and Δ was higher for the set of genotypes under well-irrigated (r=0.70, P<0.01) than under rainfed (r=0.42) conditions, the opposite occurred when yield and ash content were related, ie r=-0.38 under well-irrigated and r=-0.73, (P<0.01) under rainfed conditions. Carbon isotope discrimination and ash content together account for almost 60% of the variation in yield, in both conditions. There was no significant relationship (r=-0.15) between carbon isotope discrimination and ash content in well-irrigated plants, whereas in rainfed plants, this relationship, although significant (r=-0.54, P< 0.05), was weakly negative. The concentration of several mineral elements was measured in the same kernels. The mineral that correlated best with ash content, yield and A, was K. For yield and Δ, although the relationship with K followed the same pattern as the relationhip with ash content, the correlation coefficients were lower. Thus, mineral accumulation in mature kernels seems to be independent of transpiration efficiency. In fact, filling of grains takes place through the phloem pathway. The ash content in kernels is proposed as a complementary criterion, in addition to kernel Δ, to assess genotype differences in barley grain yield under rainfed conditions.

Estrategias de lucha integrada de plagas en cultivo de peral y manzano

Existen numerosos métodos de control registrados en España para el control integrado de plagas en frutales de pepita, entre los que destacan el control químico, con insecticidas de prácticamente cualquier grupo, control microbiano, a base de un virus específico, y control mediante feromonas (confusión sexual). En cuanto al control biológico, aunque tiene numerosos enemigos naturales, su acción es muy limitada. La confusión sexual es el método preferible en un programa de control integrado.

Un nuevo problema en espacios verdes urbanos: el pulgón Myzocallis (Lineomyzocallis) walshii (Hemiptera: Aphididae) y el roble americano (Quercus rubra)

Myzocallis (Lineomyzocallis) walshii (Monell) es un pulgón nativo del este de Nor- teamérica que se detectó por primera vez en España en 1995 y cuyo principal huésped es el roble americano (Quercus rubra L.). Los robles americanos se emplean como árbol ornamental en ambientes urbanos en diversas ciudades españolas, donde las proliferaciones del pulgón generan gran cantidad de melaza provocando daños estéticos y de confort. Durante 2008 y 2009 se efectuó el seguimiento de la fenología y de la densidad de población de M. walshii y de otros pulgones en robles americanos plantados en alineación en la ciudad de Girona y se estimaron los daños producidos. Asimismo se valoró la relación entre la abundancia de pulgones y los daños ocasionados. Finalmente se identificaron los principales grupos de enemigos naturales, a la vez que se cuantificó su abundancia. M. walshii fue la única especie de pulgón que afectó a los robles americanos. Este pulgón pasa el invierno en forma de huevo, las primeras ninfas surgen a la salida de hojas y las distintas generaciones de individuos partenogenéticos se mantienen a niveles variables hasta mediados de otoño, cuando aparecen las formas sexuales. Existe una correlación positiva entre la abundancia del pulgón y los daños de confort, incluso cuando la densidad es baja. Parasitoides y coccinélidos fueron los enemigos naturales más frecuentemente registrados, aunque su abundancia fue relativamente escasa. Se discute el papel de las condiciones climáticas y de los enemigos naturales en la determinación de la abundancia de M. walshii.

Plagas de los espacios verdes urbanos: bases para su control integrado

En España, las plagas de los espacios verdes urbanos suponen cada año un notable esfuerzo de control y la aplicación de plaguicidas es la estrategia de control empleada casi exclusivamente, con los subsiguientes riesgos que conlleva para las personas, animales y el medio ambiente. El control integrado es una alternativa pero requiere, para poder ser aplicada, un conocimiento profundo de las especies-plaga implicadas, de su biología, dinámica de poblaciones, daños, metodologías de muestreo y posibles sistemas de control. Esta información es difícil de encontrar en España debido a que existen pocos trabajos publicados sobre plagas de zonas verdes urbanas llevados a cabo de una forma sistematizada y a medio o largo plazo. En el presente artículo se analizan los condicionantes del control integrado de plagas en espacios verdes urbanos y se presenta un ejemplo, a partir de los estudios llevados a cabo en la ciudad de Lleida durante el período 2001-2003, de cómo la información básica necesaria para la implementación de posibles programas de control integrado puede ser obtenida.

Metcalfa pruinosa (Say) (Homoptera: Flatidae), ¿una plaga potencial de plantas ornamentales en espacios verdes urbanos de Cataluña?

Se ha determinado la presencia y abundancia de Metcalfa pruinosa (Say) en espacios verdes urbanos de Cataluña. M. pruinosa es una especie ampliamente establecida en Cataluña, especialmente en la zona costera. Se ha registrado el insecto sobre más de 100 plantas distintas. La abundancia del insecto ha sido grande en parques y jardines de localidades como Figueres, Girona, Barcelona, Vilanova i la Geltrú, Tarragona o Salou, ocasionando daños estéticos de consideración. Por tanto, M. pruinosa puede considerarse ya una plaga real de los espacios verdes urbanos de Cataluña, aunque su abundancia y capacidad de daño pueden aumentar en el futuro.

Survival of wild adults of Ceratitis capitata (Wiedemann) under natural winter conditions in north east Spain

The overwintering of the Mediterranean fruit fly (medfly), Ceratitis capitata (Wiedemann) at the northern limits of its geographic distribution is not yet well known. With the aim of estimating the survival rate of medfly adults in northeast Spain under natural winter conditions, a two-winter-season trial was carried out. A control was carried out in a climatic chamber at 25°C. The results showed that medfly adults were unable to survive the entire winter season in the Girona area. Climatic conditions, including the daily minimum temperature, daily maximum temperature and the high rainfall, appeared to be involved in adult mortality in winter.

Biología y control de carpocapsa mediante el uso de estrategias combinadas

La biología de la carpocapsa (Cydia pomonella) en la zona frutícola de Lleida durante 2008 ha estado muy condicionada por el largo período de lluvias durante el mes de mayo, que provocó un primer vuelo y una primera generación de larvas reducidos. El control mediante el uso combinado de confusión sexual + granulovirus + insecticidas ha continuado proporcionando un resultado satisfactorio, con una reducción del número de aplicaciones insecticidas en las fincas en las que hace años que se utiliza el sistema. El difusor de feromona y éster de pera es una buena alternativa para el muestreo de poblaciones. Existen poblaciones resistentes a los insecticidas, pero la resistencia no es un fenómeno extendido por toda la zona .

Anàlisi agronòmica i ambiental dels cultius cerealístics de secà de la plana de Lleida

Al llarg d’aquest estudi es descriuen les tècniques de cultiu i alguns elements de les explotacions agràries de les diferents ZEPA d’hàbitat estèpic. El document inclou a l’apartat 4, les recomanacions tecnològiques per a la millora de la gestió agronòmica de cadascun dels pais estudiats que son vàlides per als secans cerealistes de la plana de Lleida, així com de moltes zones cerealistes de la Vall de l’Ebre i d’altres indrets amb condicions mediterrànies. En general s’observa que aquestes zones cerealistes presenten característiques de clima i sòl que condicionen la productivitat agrícola de manera important. El principal factor limitant és l’aigua disponible per als cultius, que ve condicionada per les pluges irregulars intera-anuals i també intra-anuals, i per l’eficiència en l’absorció i ús per part dels conreus. El sòl al seu torn, condiciona generalment la capacitat d’emmagatzematge d’aigua i en alguns casos introdueix algunes limitacions com la salinitat o alcalinitat. A aquests condicionants cal afegir la dimensió de les explotacions, l’estructura de la propietat i altres característiques socials, culturals i econòmiques que limiten la renda agrària. Aquesta marginalitat econòmica i social es veu resolta en algunes ocasions pel complement de la renda mitjançant l’activitat agrícola en regadiu i d’activitats ramaderes intensives. Les àrees d’estudi estan dotades d’una alta tecnificació agrícola, fins i tot amb excés de mecanització, i on les pràctiques de cultiu estan arrelades de forma tradicional. Tanmateix, encara hi ha un espai molt important per a la millora i optimització tecnològica. Aquesta és essencial i necessària pel que fa a la millora econòmica de la renda reduint els costos de cultiu i també per a una recuperació mediambiental del sistema agrícola, més enllà de l’interès per la protecció de les aus i d’altres elements de la biodiversitat o el paisatge. Actualment, algu- nes de les pràctiques agrícoles habituals afavoreixen l’erosió del sòl i la reducció de la matèria orgànica del mateix. El manteniment del sòl i de la seva qualitat són elements importants en la sostenibilitat d’aquestes àrees i en la productivitat a diferents nivells. Així mateix, el control de la fertilització és necessari per evitar problemes de contaminació per nitrats del sòl i de l’aigua, els quals es comencen ja a detectar en algunes de les ZEPA. Davant de la necessitat i exigència actual de promoure sistemes productius sostenibles ambientalment i agronòmica, el present estudi aporta algunes observacions i planteja recomanacions i propostes per tal d’assolir aquest objectiu.

Hàbitat en cova i espai pels ramats ca.6200-6000 BP:La Cova Colomera (Prepirineu de Lleida) durant el Neolític Antic.

En aquest treball es presenten les dades referents a la Cova Colomera (Sant Esteve de la Sarga, Pallars Jussà) durant el Neolític cardial final. A partir de diferents sondejos duts a terme des de l'any 2005, s'ha pogut observar la varietat d'usos i funcionalitats del jaciment en moments potencialment sincrònics. Per una banda,una zona on predominen les estructures de caire domètic (fogars, fosses i forats de pal)que ens mostren les dades entorn a l'hàbitat al jaciment; i per altra banda, un gran sector de la cavitat dedicat a l'estabulació dels ramats amb sediments de tipus fumier i probablement també a l'emmagatzematge. Tot això succeix en unes datacions d'entre 6180 +/- 40 i 6020 +/- 510BP. Aquestes dades es contextualitzen amb les d'altres jaciments de la zona pirinenca, un àmbit que sempre ha estat definit en la bibliografia com un espai de pas entre diferents biòtops ecològics, de les plantes fèrtils a les pastures de l'estiu.

Numeros cromosomaticos de plantas occidentales 307-314

Se estudiaron metáfases somáticas de meristemas radicales o de tejidos florales. La tinción se realizó con carmín acético para los tejidos florales y con el método de Feulgen para los meristemas radicales.