Actin Depolymerization Affects Stress-Induced Translational Activity of Potato Tuber Tissue1

Changes in polymerized actin during stress conditions were correlated with potato (Solanum tuberosum L.) tuber protein synthesis. Fluorescence microscopy and immunoblot analyses indicated that filamentous actin was nearly undetectable in mature, quiescent aerobic tubers. Mechanical wounding of postharvest tubers resulted in a localized increase of polymerized actin, and microfilament bundles were visible in cells of the wounded periderm within 12 h after wounding. During this same period translational activity increased 8-fold. By contrast, low-oxygen stress caused rapid reduction of polymerized actin coincident with acute inhibition of protein synthesis. Treatment of aerobic tubers with cytochalasin D, an agent that disrupts actin filaments, reduced wound-induced protein synthesis in vivo. This effect was not observed when colchicine, an agent that depolymerizes microtubules, was used. Neither of these drugs had a significant effect in vitro on run-off translation of isolated polysomes. However, cytochalasin D did reduce translational competence in vitro of a crude cellular fraction containing both polysomes and cytoskeletal elements. These results demonstrate the dependence of wound-induced protein synthesis on the integrity of microfilaments and suggest that the dynamics of the actin cytoskeleton may affect translational activity during stress conditions.

Characterization of SKT1, an Inwardly Rectifying Potassium Channel from Potato, by Heterologous Expression in Insect Cells

A cDNA encoding a novel, inwardly rectifying K+ (K+in) channel protein, SKT1, was cloned from potato (Solanum tuberosum L.). SKT1 is related to members of the AKT family of K+in channels previously identified in Arabidopsis thaliana and potato. Skt1 mRNA is most strongly expressed in leaf epidermal fragments and in roots. In electrophysiological, whole-cell, patch-clamp measurements performed on baculovirus-infected insect (Spodoptera frugiperda) cells, SKT1 was identified as a K+in channel that activates with slow kinetics by hyperpolarizing voltage pulses to more negative potentials than −60 mV. The pharmacological inhibitor Cs+, when applied externally, inhibited SKT1-mediated K+in currents half-maximally with an inhibitor concentration (IC50) of 105 μm. An almost identical high Cs+ sensitivity (IC50 = 90 μm) was found for the potato guard-cell K+in channel KST1 after expression in insect cells. SKT1 currents were reversibly activated by a shift in external pH from 6.6 to 5.5, which indicates a physiological role for pH-dependent regulation of AKT-type K+in channels. Comparative studies revealed generally higher current amplitudes for KST1-expressing cells than for SKT1-expressing insect cells, which correlated with a higher targeting efficiency of the KST1 protein to the insect cell's plasma membrane, as demonstrated by fusions to green fluorescence protein.

Stress Induction of Mitochondrial Formate Dehydrogenase in Potato Leaves1

In higher plants formate dehydrogenase (FDH, EC 1.2.1.2.) is a mitochondrial, NAD-dependent enzyme. We previously reported that in potato (Solanum tuberosum L.) FDH expression is high in tubers but low in green leaves. Here we show that in isolated tuber mitochondria FDH is involved in formate-dependent O2 uptake coupled to ATP synthesis. The effects of various environmental and chemical factors on FDH expression in leaves were tested using the mitochondrial serine hydroxymethyltransferase as a control. The abundance of FDH transcripts is strongly increased under various stresses, whereas serine hydroxymethyltransferase transcripts decline. The application of formate to leaves strongly enhances FDH expression, suggesting that it might be the signal for FDH induction. Our experiments using glycolytic products suggest that glycolysis may play an important role in formate synthesis in leaves in the dark and during hypoxia, and in tubers. Of particular interest is the dramatic accumulation of FDH transcripts after spraying methanol on leaves, as this compound is known to increase the yields of C3 plants. In addition, although the steady-state levels of FDH transcript increase very quickly in response to stress, protein accumulation is much slower, but can eventually reach the same levels in leaves as in tubers.

Molecular and Enzymatic Characterization of Three Phosphoinositide-Specific Phospholipase C Isoforms from Potato1

Many cellular responses to stimulation of cell-surface receptors by extracellular signals are transmitted across the plasma membrane by hydrolysis of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (PIP2), which is cleaved into diacylglycerol and inositol-1,4,5-tris-phosphate by phosphoinositide-specific phospholipase C (PI-PLC). We present structural, biochemical, and RNA expression data for three distinct PI-PLC isoforms, StPLC1, StPLC2, and StPLC3, which were cloned from a guard cell-enriched tissue preparation of potato (Solanum tuberosum) leaves. All three enzymes contain the catalytic X and Y domains, as well as C2-like domains also present in all PI-PLCs. Analysis of the reaction products obtained from PIP2 hydrolysis unequivocally identified these enzymes as genuine PI-PLC isoforms. Recombinant StPLCs showed an optimal PIP2-hydrolyzing activity at 10 μm Ca2+ and were inhibited by Al3+ in equimolar amounts. In contrast to PI-PLC activity in plant plasma membranes, however, recombinant enzymes could not be activated by Mg2+. All three stplc genes are expressed in various tissues of potato, including leaves, flowers, tubers, and roots, and are affected by drought stress in a gene-specific manner.

Identification and characterization of putative transposable DNA elements in solanaceous plants and Caenorhabditis elegans.

Several families of putative transposable elements (TrEs) in both solanaceous plants and Caenorhabditis elegans have been identified by screening the DNA data base for inverted repeated domains present in multiple copies in the genome. The elements are localized within intron and flanking regions of many genes. These elements consist of two inverted repeats flanking sequences ranging from 5 bp to > 500 bp. Identification of multiple elements in which sequence conservation includes both the flanking and internal regions implies that these TrEs are capable of duplicative transposition. Two of the elements were identified in promoter regions of the tomato (Lycoperiscon esculentum) polygalacturonase and potato (Solanum tuberosum) Win1 genes. The element in the polygalacturonase promoter spans a known regulatory region. In both cases, ancestral DNA sequences, which represent potential recombination target sequences prior to insertion of the elements, have been cloned from related species. The sequences of the inverted repeated domains in plants and C. elegans show a high degree of phylogenetic conservation. While frequency of the different elements is variable, some are present in very high copy number. A member of a single C. elegans TrE family is observed approximately once every 20 kb in the genome. The abundance of the described TrEs suggests utility in the genomic analysis of these and related organisms.

Interazioni piante - insetti: ruolo delle formiche in un sistema multitrofico. Aspetti ecoetologici ed applicativi

Le formiche svolgono un importante ruolo all’interno degli ecosistemi ed alcune specie sono considerate keystone in quanto in grado di modificare la componente biotica e/o abiotica dell’ecosistema stesso. Sono animali ubiquitari che hanno colonizzato molteplici ambienti, compresi gli agroecosistemi. Negli agroecosistemi spesso svolgono un ruolo impattante determinando la diffusione o il regresso di specie di artropodi, alcune delle quali dannose alle colture. La presente ricerca tiene conto di un’ampia visione dei rapporti ecoetologici intercorrenti tra le formiche e la componente biotica di un ecosistema, utilizzando il concetto di rete multitrofica. In quest’ottica, si è pensato di costruire un sistema multitrofico costituito da una specie vegetale di interesse agrario (Cucumis sativus), dai suoi fitofagi naturali, divisi in fitomizi (afidi) (Aphis gossypii e Myzus persicae) e fitofagi masticatori (bruchi del lepidottero Mamestra brassicae), formiche (Formica pratensis) e predatori afidofagi (Aphidolets aphidimyza). Il sistema multitrofico è stato utilizzato sia per studiare l’aggressività delle formiche, sia per verificare l’esistenza di una comunicazione interspecifica tra le formiche e le piante (allelochimici). Gli studi sull’aggressività sono consistiti nel: • Verificare il livello di aggressività delle formiche nei confronti di un fitofago masticatore, competitore degli afidi nello sfruttare la pianta ospite. • Verificare se la presenza di afidi mutualisti fa variare il livello di aggressività delle formiche verso il competitore. • Verificare se esiste aggressività verso un predatore di afidi, i quali, secondo il paradigma della trofobiosi, dovrebbero essere difesi dalle formiche in cambio della melata. • Verificare se il predatore ha evoluto strategie volte ad eludere il controllo delle formiche sugli insetti che si approcciano alla colonia di afidi. Gli studi sui rapporti piante-formiche sono stati effettuati mediante olfattometro, osservando la risposta delle formiche alle sostanze volatili provenienti da piante infestate in modo differente con i fitofagi del sistema. Attraverso il trappolaggio e l’analisi gas-cromatografica delle sostanze prodotte dalle piante oggetto di studio abbiamo quindi individuato tipo e quantità di ogni composto volatile. Oltre alle piante di cetriolo, per questi esperimenti sono state utilizzate anche piante di patata (Solanum tuberosum). Dagli esperimenti sull’aggressività è risultato che le formiche manifestano un elevato potenziale predatorio, eradicando completamente la presenza dei bruchi sulle piante. Questo livello di aggressività tuttavia non cresce con la presenza degli afidi mutualisti che dovrebbero essere difesi dai competitori. Le formiche inoltre non sono in grado di sopprimere i predatori afidofagi che ipotizziamo riescano ad effettuare un camuffamento chimico, assumendo gli odori degli afidi dei quali si nutrono. I risultati degli esperimenti in olfattometro mostrano una chiara risposta positiva delle formiche verso gli odori di alcune delle piante infestate. Vi sono delle differenze nella risposta in funzione della specie di fitofago presente e della specie di pianta utilizzata. Nei trattamenti in cui erano presenti le piante di C. sativus, gli esperimenti in olfattometro hanno mostrato che le formiche rispondono in modo significativo agli odori emessi dalle piante in cui vi era la presenza del fitofago masticatore M. brassicae, solo o in associazione con A. gossypii. La presenza dei soli afidi, sia mutualisti (A. gossypii) sia non mutualisti (M. persicae), non ha invece indotto una risposta significativa nelle formiche rispetto agli odori delle piante non infestate. Nei trattamenti in cui erano presenti le piante di S. tuberosum la scelta delle formiche è stata significativa verso gli odori emessi dalle piante infestate con ciascuna delle singole specie di erbivori rispetto alle piante non infestate. Gli esperimenti sull’analisi delle sostanze volatili emesse dalle piante hanno confermato che gli organismi vegetali sono una vera centrale di produzione biochimica, infatti ben 91 composti volatili diversi sono stati individuati dall’analisi gas-cromatografica delle piante di cetriolo e 85 in quelle di patata. Dalle elaborazioni effettuate, rispettivamente 27 e 4 di essi sono prodotti esclusivamente dalle piante attaccate dai fitofagi. In generale, il cambiamento più consistente è dato dalla quantità di alcune sostanze volatili emesse dalle piante infestate rispetto a quelle integre che determina un cambiamento nei rapporti tra le sostanze che compongono i volatiles. E’ probabile che l’effetto attrattivo esercitato sulle formiche sia dato da un Blend di sostanze più che dai singoli composti presenti

Effect of nitrogen supply on leaf appearance, leaf growth, leaf nitrogen economy and photosynthetic capacity in maize (Zea mays L.)

Leaf area growth and nitrogen concentration per unit leaf area, N-a (g m(-2) N) are two options plants can use to adapt to nitrogen limitation. Previous work indicated that potato (Solanum tuberosum L.) adapts the size of leaves to maintain Na and photosynthetic capacity per unit leaf area. This paper reports on the effect of N limitation on leaf area production and photosynthetic capacity in maize, a C4 cereal. Maize was grown in two experiments in pots in glasshouses with three (0.84-6.0 g N pot(-1)) and five rates (0.5-6.0 g pot(-1)) of N. Leaf tip and ligule appearance were monitored and final individual leaf area was determined. Changes with leaf age in leaf area, leaf N content and light-saturated photosynthetic capacity, P a,, were measured on two leaves per plant in each experiment. The final area of the largest leaf and total plant leaf area differed by 16 and 29% from the lowest to highest N supply, but leaf appearance rate and the duration of leaf expansion were unaffected. The N concentration of expanding leaves (N-a or %N in dry matter) differed by at least a factor 2 from the lowest to highest N supply. A hyperbolic function described the relation between P-max and N-a. The results confirm the 'maize strategy': leaf N content, photosynthetic capacity, and ultimately radiation use efficiency is more sensitive to nitrogen limitation than are leaf area expansion and light interception. The generality of the findings is discussed and it is suggested that at canopy level species showing the 'potato strategy' can be recognized from little effect of nitrogen supply on radiation use efficiency, while the reverse is true for species showing the 'maize strategy' for adaptation to N limitation. (c) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Efeito de doses e modo de fraccionamento de potássio na batata de indústria “VR0808”

O potássio é um dos macronutrientes que as plantas absorvem em maior quantidade, influenciando na batateira a produtividade e a qualidade dos tubérculos. A introdução de novas variedades de batata para indústria implica a avaliação prévia da sua adaptação às condições de solo, clima e tecnologia cultural. Neste contexto, instalou-se um ensaio em Salvaterra-de-Magos, em pleno campo de cultivo, com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes doses e modo de fraccionamento (à plantação e em cobertura, após a emergência) de potássio (K2O) na batata de indústria “VR0808”. Foram avaliados 5 tratamentos: (K0-0kg/ha, K1-100kg/ha, K2-200kg/ha, K3-100+50+50kg/ha e K4-200+50+50kg/ha). O dispositivo experimental foi o de parcelas totalmente aleatórias, com 4 repetições. Foi possível concluir que, em relação ao rendimento, com excepção do K4-200+50+50kg/ha, não existiram diferenças significativas entre os tratamentos com 0, 100, 200 e 100+50+50kg/ha de K2O. A mobilização do K2O de formas fixas e/ou de origem orgânica poderá explicar este resultado. Observou-se um decréscimo dos teores de Ca ao nível da folha e do teor de matéria seca dos tubérculos com o incremento do potássio.

Avaliação da fertilização azotada na produtividade e qualidade da variedade Hermes para indústria

O azoto é determinante na produtividade e na qualidade da batata para indústria. Com este trabalho pretendeu-se avaliar o efeito de diferentes doses de azoto na variedade de batata “Hermes”, em plena condições de cultivo do Vale do Tejo. Os tratamentos consistiram na aplicação de 0 (N0), 80 (N80), 160 (N160), 240 (N240) e 320 (N320) kg de azoto/ha, na forma de ENTECÒ 26. O ensaio foi instalado em parcelas totalmente aleatórias, com 4 repetições. Foi registado semanal a taxa de cobertura de solo pelo método da grelha até à sua cobertura total. Bissemanalmente, foram recolhidas plantas nos tratamentos N0 (0kgN/ha) e N160 (160kgN/ha) para avaliação do seu desenvolvimento e crescimento. No final do ciclo cultural avaliou-se a produção total, comercial, em peso e número de tubérculos. Avaliou-se ainda o peso específico, os teores em matéria seca dos tubérculos e a percentagem do azoto total na matéria seca das folhas e tubérculos. A adubação azotada influenciou a dimensão do aparelho fotossintético, através do estímulo de ramificações. Verificou-se uma maior produtividade de tubérculos nos tratamentos com maior aplicação de azoto, embora os acréscimos tenham sido menores a partir dos 160kg/ha. O azoto influenciou a percentagem de tubérculos de maior calibre.

Resposta da batata cv. Cupido à fertilização organomineral

Potato crop cycle is relatively short and presents high yield per area; therefore, it is a very demanding culture for available nutrients in the soil solution. Despite its importance and the large number of studies about the crop, there is little research on plant nutrition regarding the use of organomineral fertilizer. This study evaluated potato, cv. Cupid, development and productivity as a function of fertilization with pelletized organomineral fertilizer. The experiment was done in Perdizes, Minas Gerais, in the rainy season of 2014/2015. The experimental design was a randomized blocks, with factorial arrangement of 4 x 2 (doses x management) and a control with mineral fertilizer, with 3 repetitions. Organomineral fertilizer doses were 25, 50, 75 and 100% of the conventional mineral dose, which was 600 kg ha-1 K2SO4, 850 kg ha-1 NH4H2PO4, and 300 kg ha-1 (NH4)2SO4 of topdressing 19 days after planting (DAP). Fertilization managements were with or without topdressing at 19 DAP, when the potato was hilled. Two plants per plot were sampled at 36, 50, 64 and 81 DAP and analyzed for leaf, stem and dry matter contents. DRIS - Diagnosis and Recommendation Integrated System was applied at 36 DAP and the potatoes were harvested 112 DAP and subjected to tuber classification. Throughout the cycle, stem, leaf and tuber dry mass showed no significant differences between the fertilization managements. The doses of organomineral fertilizer and topdressing management does not affect productivity, and the lower doses (25%) were similar the greater ones and the control, with an average of 16.8 t ha-1, demonstrating that it is viable to make a single application of organomineral fertilizer at planting due to operational efficiency. The low yields observed were due to high rainfall and temperature, creating favorable conditions for the incidence of pests and diseases. According to DRIS, the organomineral dose 75% for topdressing, presented the best nutritional balance.

Aplicación biotecnológica de bacterias rizosféricas: elicitación de sistemas defensivos sistémicos en relación con la producción de compuestos con interés farmacológico y alimentario

Esta memoria se basa en la hipótesis del papel fundamental que el sistema microbiano asociado al sistema radical de las plantas tiene sobre el metabolismo vegetal y las consiguientes aplicaciones de los productos derivados del mismo. El sistema rizosférico microbiano, el microbioma rizosférico cumple un papel fundamental para que la planta consiga mejorar sus capacidades de adaptación a un ambiente cambiante. En el capítulo 2 se exponen de manera enlazadas hipótesis sucesivas que pretenden evidenciar el potencial de aplicación de las bacterias asociadas a la planta y los distintos enfoques de aplicación biotecnológicos. En primer lugar, se plantea el uso de la rizosfera como fuente de microorganismos especialmente adaptados a la interacción del sistema planta/microorganismos. Un sistema en el que la presión selectiva definida por la planta condiciona el tipo de microorganismos, su diversidad y en definitiva la estructura de las comunidades microbianas que se desarrollan en este ecosistema. Sobre la hipótesis de la capacidad de selección de microorganismos por la planta, primero se busca una planta que aporte una serie de factores de presiónselección. La planta se elige en base a criterios filogenéticos y metabólicos (metabolismo secundario muy activo). Nicotiana glauca, es una Solanacea, de la misma familia que especies con gran interés alimentario, como el tomate, Solanum lycopersicum, la patata, Solanum tuberosum o el pimiento, Capsicum annum. Se selecciona esta planta como sujeto de muestreo rizosférico, en busca de un microbioma cultivable y con aplicaciones por sus aportaciones beneficiosas en la interacción. A continuación, sobre las casi mil cepas aisladas de la rizosfera, a lo largo de dos años, en tres suelos de características muy diferentes, se realiza un ensayo previo de actividades con potencial para incidir favorablemente sobre la salud de la planta. Las cepas se seleccionan sobre la base de un screening a gran escala en el que se intenta absorber la máxima variabilidad genética de los microorganismos que se desarrollan en el sistema rizosférico de Nicotiana glauca y pasan a estudiarse por su capacidad para inducir resistencia sistémica y efectos sobre el crecimiento en plantas de tomate, especie elegida como modelo de trabajo...

Carotenoids and antioxidant enzymes as biomarkers of the impact of heavy metals in food chain

Antioxidant enzymes (catalase and peroxidase) and carotenoids (lutein and â-carotene) are often used as biomarkers of metal contamination of water and agricultural soils. In this study, the effects of heavy metals present in irrigation water on the aforementioned carotenoids of potatoes (Solanum tuberosum L.) and carrots (Daucus carota L.), cultivated in a greenhouse and irrigated with a water solution including different levels of Cr(VI) and Ni(II) were investigated. These results were compared to the levels of the same metabolites that had been assessed in market-available potato and carrot samples. The findings indicated that the levels of the examined metabolites on the treated with Cr and Ni samples, resemble the levels of the same parameters in the market samples, originating from polluted areas. Therefore, the antioxidant enzymes, catalase and peroxidase, and the carotenoids, lutein and â-carotene, could be handled as indicators of heavy metal pollution.

Efeito de doses e modo de fraccionamento de potássio na batata de indústria “VR0808”

O potássio é um dos macronutrientes que as plantas absorvem em maior quantidade, influenciando na batateira a produtividade e a qualidade dos tubérculos. A introdução de novas variedades de batata para indústria implica a avaliação prévia da sua adaptação às condições de solo, clima e tecnologia cultural. Neste contexto, instalou-se um ensaio em Salvaterra-de-Magos, em pleno campo de cultivo, com o objetivo de avaliar o efeito de diferentes doses e modo de fraccionamento (à plantação e em cobertura, após a emergência) de potássio (K2O) na batata de indústria “VR0808”. Foram avaliados 5 tratamentos: (K0-0kg/ha, K1-100kg/ha, K2-200kg/ha, K3-100+50+50kg/ha e K4-200+50+50kg/ha). O dispositivo experimental foi o de parcelas totalmente aleatórias, com 4 repetições. Foi possível concluir que, em relação ao rendimento, com excepção do K4-200+50+50kg/ha, não existiram diferenças significativas entre os tratamentos com 0, 100, 200 e 100+50+50kg/ha de K2O. A mobilização do K2O de formas fixas e/ou de origem orgânica poderá explicar este resultado. Observou-se um decréscimo dos teores de Ca ao nível da folha e do teor de matéria seca dos tubérculos com o incremento do potássio.