Expresión génica diferencial y antioxidantes en la planta de tomate (Solanum lycopersicon L. Mill) enriquecida con selenio

La biofortificación tiene como finalidad incrementar la concentración de elementos biodisponibles en las plantas de cultivo para elevar la calidad nutricional. El selenio es un elemento traza de gran impacto para el metabolismo antioxidante de las plantas y su acumulación es pobre en especies como el tomate, de igual manera este elemento es esencial para los humanos, por lo que adicionarlo en las plantas forma parte de los programas de biofortificación. El propósito de este trabajo fue analizar experimentalmente la capacidad del selenito de sodio para incrementar la concentración de Se y modificar la actividad antioxidante en plantas de tomate. Para ello se usaron plantas de la variedad híbrido Toro y se aplicaron tres tratamientos 0, 2 y 5 mg L-1 de selenito de sodio (Na2SeO3) utilizando como vehículo el agua de riego, los tratamientos fueron aplicados bajo un diseño experimental completamente al azar. Se llevaron a cabo tres muestreos 40, 80 y 120 días después del trasplante y la subsecuente cuantificación de la acumulación de selenio y macronutrientes en hojas, tallos y frutos así como su impacto en la producción de frutos bajo un diseño experimental completamente al azar. Se determinó la altura de la planta, los diámetros de tallos, firmeza, sólidos solubles de frutos y la materia seca total de los diferentes tejidos. Se obtuvo una cuantificación del potencial oxido reducción y de la actividad de antioxidante específicos como la catalasa, glutatión peroxidasa, superóxido dismutasa, el ácido ascórbico y licopeno, para cada variable se llevó a cabo un análisis de varianza y posteriormente una prueba de comparación de medias de Tukey. La expresión de los genes cat, gpx, sod, apx y lic en los frutos fue también analizada y en este caso se aplicó un análisis de varianza no paramétrico de Fisher, para encontrar las diferencias entre tratamientos. Los resultados mostraron un incremento en la acumulación de Se, encontrándose hasta un 53.1% de aumento en la concentración en los frutos bajo el tratamiento 5 mg L-1 en comparación con el testigo, sin embargo, este incremento no tuvo un impacto notorio en la producción y el rendimiento del tomate, a pesar de la existencia de una correlación de Spearman positiva (r =0.9637) entre la producción de fruto y la concentración de Se. Los valores del potencial oxido-reducción se redujeron en promedio desde -41.4 mV para el tratamiento testigo y hasta -68.0 mV con el mayor tratamiento. Mientras tanto, la concentración de Se si influyó positivamente en los parámetros de calidad incluyendo el ácido ascórbico (hasta un 50 % de aumento con el tratamiento 5 mgL-1 ) y el licopeno (hasta un 66.9% de aumento con el mayor tratamiento). La actividad de las enzimas antioxidantes aumentó notablemente en el fruto con el tratamiento 5 mg L-1 de selenito encontrándose 60.9% de aumento para CAT, 33.4% para GPX y 26.0% para SOD. En cuanto la expresión génica hubo mayor nivel de transcriptos de los genes gpx, sod y apx bajo el tratamiento 2 mg L-1

Influência dos processos de cura e conservação nas características da batata (Solanum tuberosum L.) cv.Monalisa para cozer

Mestrado em Engenharia Agronómica - Especialização em Horto-fruticultura e Viticultura - Instituto Superior de Agronomia - UL

Études de la réponse du métabolisme énergétique à la carence en fer dans les cultures cellulaires de Solanum tuberosum

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress.

Études de la réponse du métabolisme énergétique à la carence en fer dans les cultures cellulaires de Solanum tuberosum

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress.

Bioactivity of Ruta graveolens and Satureja montana Essential Oils on Solanum tuberosum Hairy Roots and Solanum tuberosum Hairy Roots with Meloidogyne chitwoodi Co-cultures

As a nematotoxics screening biotechnological system, Solanum tuberosum hairy roots (StHR) and S. tuberosum hairy roots with Meloidogyne chitwoodi co-cultures (StHR/CRKN) were evaluated, with and without the addition of the essential oils (EOs) of Satureja montana and Ruta graveolens. EOs nematotoxic and phytotoxic effects were followed weekly by evaluating nematode population density in the co-cultures as well as growth and volatile profiles of both in vitro cultures types. Growth, measured by the dissimilation method and by fresh and dry weight determination, was inhibited after EO addition. Nematode population increased in control cultures, while in EO-added cultures numbers were kept stable. In addition to each of the EOs main components, and in vitro cultures constitutive volatiles, new volatiles were detected by gas chromatography and gas chromatography coupled to mass spectrometry in both culture types. StHR with CRKN co-cultures showed to be suitable for preliminary assessment of nematotoxic EOs.

Parâmetros genéticos, respostas associadas ao déficit hídrico e estrutura populacional em germoplasma de batata (Solanum tuberosum L.).

2016

Seleção de acessos selvagens de solanum stramonifolium resistentes a patógenos de solo para uso como porta-enxerto em cultivos de tomate.

2016

Cultivares de batata para sistemas orgânicos de produção

Informações a respeito de cultivares adaptadas ao sistema de cultivo orgânico são escassas. O objetivo deste estudo foi avaliar, sob sistema de cultivo orgânico, genótipos nacionais e estrangeiros desenvolvidos para o cultivo convencional, quanto ao potencial produtivo, em condições de campo. O experimento foi conduzido em 2008, no Pólo APTA Leste Paulista, em Monte Alegre do Sul-SP. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso, com 18 tratamentos e quatro repetições. Cada parcela foi constituída por 80 batatas-semente, dispostas em quatro linhas de 5 m de comprimento, espaçadas de 80 cm, com 25 cm entre tubérculos. Os genótipos avaliados foram Agata, Asterix, Caesar, Cupido, Éden, Melody, Novella e Vivaldi, de origem estrangeira; e Apuã, Aracy, Catucha, IAC Aracy Ruiva, Itararé, Monte Alegre 172, IAC 6090, APTA 16.5, APTA 15.20 e APTA 21.54, nacionais. Foram avaliadas as características de produtividade total e comercial de tubérculos, massa média total e comercial de tubérculos, teor de matéria seca e severidade da pinta-preta (Alternaria solani). Os clones APTA 16.5, APTA 21.54 e IAC 6090, e as cultivares Cupido, Apuã, Itararé e Monte Alegre 172 foram os mais produtivos. 'APTA 21.54' superou os demais em relação a produtividade comercial (18,07 t ha-1), sendo que 'APTA 16.5', 'Cupido', 'IAC 6090' e 'Itararé' formaram o segundo grupo. As maiores massas médias de tubérculos foram apresentadas pelas cultivares Itararé e Cupido. O clone IAC 6090 e as cultivares Aracy e Aracy Ruiva foram as que apresentaram maiores teores de matéria seca, com valor médio de 22,91%. 'APTA 16.5', 'Apuã', 'Aracy', 'Aracy Ruiva', 'Éden', 'Ibituaçú' e 'Monte Alegre 172' apresentaram alto nível de resistência à pinta-preta. As cultivares Itararé, Apuã e Cupido são adaptadas ao cultivo orgânico, e os clones avançados APTA 16.5, APTA 21.54 e IAC 6090 apresentam potencial de cultivo no sistema orgânico.

Immatures of Gratiana conformis (Boheman) (Coleoptera, Chrysomelidae, Cassidinae)

Egg cases and larvae of Gratiana conformis (Boheman, 1854) were collected on Solanum paniculatum L. and reared in laboratory. Egg case, egg, third instar and mature larvae and pupa are described and illustrated. Biological notes and a comparison with the immatures of other Gratiana species and Charidotis gemellata Boheman, 1855, are also presented.

Convergence of developmental mutants into a single tomato model system: 'Micro-Tom' as an effective toolkit for plant development research

Background: The tomato (Solanum lycopersicum L.) plant is both an economically important food crop and an ideal dicot model to investigate various physiological phenomena not possible in Arabidopsis thaliana. Due to the great diversity of tomato cultivars used by the research community, it is often difficult to reliably compare phenotypes. The lack of tomato developmental mutants in a single genetic background prevents the stacking of mutations to facilitate analysis of double and multiple mutants, often required for elucidating developmental pathways. Results: We took advantage of the small size and rapid life cycle of the tomato cultivar Micro-Tom (MT) to create near-isogenic lines (NILs) by introgressing a suite of hormonal and photomorphogenetic mutations (altered sensitivity or endogenous levels of auxin, ethylene, abscisic acid, gibberellin, brassinosteroid, and light response) into this genetic background. To demonstrate the usefulness of this collection, we compared developmental traits between the produced NILs. All expected mutant phenotypes were expressed in the NILs. We also created NILs harboring the wild type alleles for dwarf, self-pruning and uniform fruit, which are mutations characteristic of MT. This amplified both the applications of the mutant collection presented here and of MT as a genetic model system. Conclusions: The community resource presented here is a useful toolkit for plant research, particularly for future studies in plant development, which will require the simultaneous observation of the effect of various hormones, signaling pathways and crosstalk.

In silico analysis of Simple Sequence Repeats from chloroplast genomes of Solanaceae species

The availaibilty of chloroplast genome (cpDNA) sequences of Atropa belladonna, Nicotiana sylvestris, N tabacum, N tomentosiformis, Solanum bulbocastanum, S lycopersicum and S tuberosum, which are Solanaceae species, allowed us to analyze the organization of cpSSRs in their genic and intergenic regions In general, the number of cpSSRs in cpDNA ranged from 161 in S tuberosum to 226 in N tabacum, and the number of intergenic cpSSRs was higher than genic cpSSRs The mononucleotide repeats were the most frequent in studied species, but we also identified di-, tri-, tetra-, penta- and hexanucleotide repeats Multiple alignments of all cpSSRs sequence from Solanaceae species made the identification of nucleotide variability possible and the phylogeny was estimated by maximum parsimony Our study showed that the plastome database can be exploited for phylogenetic analyses and biotechnological approaches

The Missing Part of Seed Dispersal Networks: Structure and Robustness of Bat-Fruit Interactions

Mutualistic networks are crucial to the maintenance of ecosystem services. Unfortunately, what we know about seed dispersal networks is based only on bird-fruit interactions. Therefore, we aimed at filling part of this gap by investigating bat-fruit networks. It is known from population studies that: (i) some bat species depend more on fruits than others, and (ii) that some specialized frugivorous bats prefer particular plant genera. We tested whether those preferences affected the structure and robustness of the whole network and the functional roles of species. Nine bat-fruit datasets from the literature were analyzed and all networks showed lower complementary specialization (H(2)' = 0.3760.10, mean 6 SD) and similar nestedness (NODF = 0.5660.12) than pollination networks. All networks were modular (M=0.32 +/- 0.07), and had on average four cohesive subgroups (modules) of tightly connected bats and plants. The composition of those modules followed the genus-genus associations observed at population level (Artibeus-Ficus, Carollia-Piper, and Sturnira-Solanum), although a few of those plant genera were dispersed also by other bats. Bat-fruit networks showed high robustness to simulated cumulative removals of both bats (R = 0.55 +/- 0.10) and plants (R = 0.68 +/- 0.09). Primary frugivores interacted with a larger proportion of the plants available and also occupied more central positions; furthermore, their extinction caused larger changes in network structure. We conclude that bat-fruit networks are highly cohesive and robust mutualistic systems, in which redundancy is high within modules, although modules are complementary to each other. Dietary specialization seems to be an important structuring factor that affects the topology, the guild structure and functional roles in bat-fruit networks.

Inhibition of Auxin Transport from the Ovary or from the Apical Shoot Induces Parthenocarpic Fruit-Set in Tomato Mediated by Gibberellins

Fruit-set in tomato (Solanum lycopersicum) depends on gibberellins and auxins (GAs). Here, we show, using the cv MicroTom, that application of N-1-naphthylphthalamic acid (NPA; an inhibitor of auxin transport) to unpollinated ovaries induced parthenocarpic fruit-set, associated with an increase of indole-3-acetic acid (IAA) content, and that this effect was negated by paclobutrazol (an inhibitor of GA biosynthesis). NPA-induced ovaries contained higher content of GA(1) (an active GA) and transcripts of GA biosynthetic genes (SlCPS, SlGA20ox1, and -2). Interestingly, application of NPA to pollinated ovaries prevented their growth, potentially due to supraoptimal IAA accumulation. Plant decapitation and inhibition of auxin transport by NPA from the apical shoot also induced parthenocarpic fruit growth of unpollinated ovaries. Application of IAA to the severed stump negated the plant decapitation effect, indicating that the apical shoot prevents unpollinated ovary growth through IAA transport. Parthenocarpic fruit growth induced by plant decapitation was associated with high levels of GA(1) and was counteracted by paclobutrazol treatment. Plant decapitation also produced changes in transcript levels of genes encoding enzymes of GA biosynthesis (SlCPS and SlGA20ox1) in the ovary, quite similar to those found in NPA-induced fruits. All these results suggest that auxin can have opposing effects on fruit-set, either inducing (when accumulated in the ovary) or repressing (when transported from the apical shoot) that process, and that GAs act as mediators in both cases. The effect of NPA application and decapitation on fruit-set induction was also observed in MicroTom lines bearing introgressed DWARF and SELF-PRUNING wild-type alleles.

Brassinosteroids interact negatively with jasmonates in the formation of anti-herbivory traits in tomato

Given the susceptibility of tomato plants to pests, the aim of the present study was to understand how hormones are involved in the formation of tomato natural defences against insect herbivory. Tomato hormone mutants, previously introgressed into the same genetic background of reference, were screened for alterations in trichome densities and allelochemical content. Ethylene, gibberellin, and auxin mutants indirectly showed alteration in trichome density, through effects on epidermal cell area. However, brassinosteroids (BRs) and jasmonates (JAs) directly affected trichome density and allelochemical content, and in an opposite fashion. The BR-deficient mutant dpy showed enhanced pubescence, zingiberene biosynthesis, and proteinase inhibitor expression; the opposite was observed for the JA-insensitive jai1-1 mutant. The dpyxjai1-1 double mutant showed that jai1-1 is epistatic to dpy, indicating that BR acts upstream of the JA signalling pathway. Herbivory tests with the poliphagous insect Spodoptera frugiperda and the tomato pest Tuta absoluta clearly confirmed the importance of the JA-BR interaction in defence against herbivory. The study underscores the importance of hormonal interactions on relevant agricultural traits and raises a novel biological mechanism in tomato that may differ from the BR and JA interaction already suggested for Arabidopsis.

Ectopic expression of soybean leghemoglobin in chloroplasts impairs gibberellin biosynthesis and induces dwarfism in transgenic potato plants

We have characterized potato (Solanum tuberosum L.) plants expressing a soybean leghemoglobin that is targeted to plastids. Transgenic plants displayed a dwarf phenotype caused by short internode length, and exhibited increased tuberization in vitro. Under in vivo conditions that do not promote tuberization, plants showed smaller parenchymal cells than control plants. Analysis of gibberellin (GA) concentrations indicated that the transgenic plants have a substantial reduction (approximately 10-fold) of bioactive GA(1) concentration in shoots. Application of GA(3) to the shoot apex of the transformed plants completely restored the wild type phenotype suggesting that GA-biosynthesis rather than signal transduction was limiting. Since the first stage of the GA-biosynthetic pathway is located in the plastid, these results suggest that an early step in the pathway may be affected by the presence of the leghemoglobin.