Product stability and sequestration mechanisms in Solanum tuberosum engineered to biosynthesize high value ketocarotenoids

To produce commercially valuable ketocarotenoids in Solanum tuberosum, the 4, 4′ β-oxygenase (crtW) and 3, 3′ β-hydroxylase (crtZ) genes from Brevundimonas spp. have been expressed in the plant host under constitutive transcriptional control. The CRTW and CRTZ enzymes are capable of modifying endogenous plant carotenoids to form a range of hydroxylated and ketolated derivatives. The host (cv. Désirée) produced significant levels of nonendogenous carotenoid products in all tissues, but at the apparent expense of the economically critical metabolite, starch. Carotenoid levels increased in both wild-type and transgenic tubers following cold storage; however, stability during heat processing varied between compounds. Subcellular fractionation of leaf tissues revealed the presence of ketocarotenoids in thylakoid membranes, but not predominantly in the photosynthetic complexes. A dramatic increase in the carotenoid content of plastoglobuli was determined. These findings were corroborated by microscopic analysis of chloroplasts. In tuber tissues, esterified carotenoids, representing 13% of the total pigment found in wild-type extracts, were sequestered in plastoglobuli. In the transgenic tubers, this proportion increased to 45%, with esterified nonendogenous carotenoids in place of endogenous compounds. Conversely, nonesterified carotenoids in both wild-type and transgenic tuber tissues were associated with amyloplast membranes and starch granules.

Evaluación de cuatro variedades de tomate (Solanum esculentum Mill) en la Comarca El Tule Central del Municipio de Boaco, (entre el periodo comprendido Junio a Agosto 2015)

El cultivo de tomate es uno de los cultivos hortícolas más importantes de nuestro país, debido al valor de su producción, demanda de mano de obra y generación de divisas. Las plagas y enfermedades son los principales problemas que impactan al cultivo de tomate, incrementando los costos de producción por el uso de productos químicos para su control. El objetivo de este trabajo fue evaluar cuatro variedades de tomate (1173, 1082, Buter y L-7) en la comarca del Tule Central del Municipio Boaco, con el fin de determinar el comportamiento agronómico del cultivo de tomate, la dinámica poblacional de insectos plagas, la incidencia y severidad de enfermedades y rendimiento. El estudio se llevó a cabo en la finca San Jerónimo entre los meses de Junio a Agosto del 2015, se utilizó un diseño de bloque completo al azar (BCA), con cuatros repeticiones. La dinámica de población de mosca blanca en la variedad L-7 presentó un promedio de 1.2 a 1.4 mosca/planta y en menor poblaciones en la variedad 1173 con 0.2 a 1 mosca/planta. Los porcentajes de incidencia de virosis registrados fueron mayores en la variedades 1173 con 60 % y la menor fue la variedad Buter con 30 %. En la severidad de virus la variedad L-7 fue alto y la menor variedad 1173. En la incidencia de otras enfermedades como hongo y bacteria la que presentó mayor incidencia fue la variedad 1082 con un promedio de 50 % y 80 % respectivamente; las que presentaron menor incidencia fue la variedad 1173 con 30 % y bacterias 60 %. La variedad 1173 fue más alta con 90 cm y la menor L-7 con 58 cm. En el grado Brix la variedad que presento mayor dulzura fue el Buter, con un porcentaje de 5.90 y la variedad que presento acides fue 1173 con un porcentaje de 4.80. Diámetro polar y ecuatorial el más alto fue la 1173 con 107.50 mm y con 69.25 mm. Los rendimientos totales obtenidos fueron en la variedad L-7 con 26.03 tonelada/ha, seguido por la variedad 1082 con 16.56 Toneladas/ha.

Determinación de la actividad insecticida de Solanum sisymbriifolium, Cestrum parqui y Chenopodium album sobre adultos de Tribolium castaneum (Coleptera, Tenebrionidae)

p.373-377

Unique and unifying themes in the mechanisms regulating the expression of the arabidopsis thaliana PR-1 and Solanum tuberosum PR-10a inducible defense genes

Arabidopsis is a model plant used to study disease resistance; Solanum tuberosum or potato is a crop species. Both plants possess inducible defense mechanisms that are deployed upon recognition of pathogen invasion. Transcriptional reprogramming is crucial to the activation of defense responses. The Pathogenesis-Related (PR) genes are activated in these defense programs. Expression of Arabidopsis PR-l and potato PR-10a serve as markers for the deployment of defense responses in these plants. PR-l expression indicates induction of systemic acquired resistance (SAR). Activation of SAR requires accumulation of salicylic acid (SA), in addition to the interaction of the non-expressor of pathogenesis-related genes I (NPRI), with the TGA transcription factors. The PR-10a is activated in response to pathogen invasion, wounding and elicitor treatment. PR-10a induction requires recruitment of the Whirly I (Whyl) activator to the promoter. This locus is also negatively regulated by the silencer element binding factor (SEBF). We established that both the PR-l and PR-10a are occupied by repressors under non-inducing conditions. TGA2 was found to be a constitutive resident and repressor of PR-l, which mediates repression by forming an oligomeric complex on the promoter. The DNA-binding activity of this oligomer required the TGA2 N-terminus (NT). Under resting conditions we determined that the PR-10a is bound by a repressosome containing SEBF and curiously the activator Pto interacting protein 4 (Pti4). In the context of this repressosome, SEBF is responsible for PR-10a binding, yet rWe also showed that PR-l and PR-10a are activated by different means. In PR-l activation the NPRI NT domain alleviates TGA2-mediated repression by interacting with the TGA2 NT. TGA2 remains at the PR-l but adopts a dimeric conformation and forms an enhanceosome with NPRl. In contrast, the PR-10a is activated by evicting the repressosome and recruiting Why! to the promoter. These results advance our understanding of the mechanisms regulating PR-l and PR-10a expression under resting and inducing conditions. This study also revealed that the means of regulation for related genes can differ greatly between model and crop s

La régulation génique chez Solanum chacoense : de la pollinisation jusqu’à l’embryogenèse

Chez les végétaux supérieurs, l’embryogenèse est une phase clé du développement au cours de laquelle l’embryon établit les principales structures qui formeront la future plante et synthétise et accumule des réserves définissant le rendement et la qualité nutritionnelle des graines. Ainsi, la compréhension des évènements moléculaires et physiologiques menant à la formation de la graine représente un intérêt agronomique majeur. Toutefois, l'analyse des premiers stades de développement est souvent difficile parce que l'embryon est petit et intégré à l'intérieur du tissu maternel. Solanum chacoense qui présente des fleurs relativement grande facilitant l’isolation des ovules, a été utilisée pour l’étude de la biologie de la reproduction plus précisément la formation des gamètes femelles, la pollinisation, la fécondation et le développement des embryons. Afin d'analyser le programme transcriptionnel induit au cours de la structuration de ces étapes de la reproduction sexuée, nous avons mis à profit un projet de séquençage de 7741 ESTs (6700 unigènes) exprimés dans l’ovule à différents stades du développement embryonnaire. L’ADN de ces ESTs a été utilisé pour la fabrication de biopuces d’ADN. Dans un premier temps, ces biopuces ont été utilisé pour comparer des ADNc issus des ovules de chaque stade de développement embryonnaire (depuis le zygote jusqu’au embryon mature) versus un ovule non fécondé. Trois profils d’expression correspondant au stade précoce, intermédiaire et tardive ont été trouvés. Une analyse plus approfondie entre chaque point étudié (de 0 à 22 jours après pollinisation), a permis d'identifier des gènes spécifiques caractérisant des phases de transition spécifiques. Les annotations Fonctionnelles des gènes differentiellement exprimés nous ont permis d'identifier les principales fonctions cellulaires impliquées à chaque stade de développement, révélant que les embryons sont engagés dans des actifs processus de différenciation. Ces biopuces d’ADN ont été par la suite utilisé pour comparer différent types de pollinisation (compatible, incompatible, semi-compatible et inter-espèce) afin d’identifier les gènes répondants à plusieurs stimuli avant l'arrivé du tube pollinique aux ovules (activation à distance). Nous avons pu démontrer que le signal perçu par l’ovaire était différent et dépend de plusieurs facteurs, incluant le type de pollen et la distance parcourue par le pollen dans le style. Une autre analyse permettant la comparaison des différentes pollinisations et la blessure du style nous a permis d’identifier que les programmes génétiques de la pollinisation chevauchent en partie avec ceux du stress. Cela était confirmé en traitant les fleurs par une hormone de stress, méthyle jasmonate. Dans le dernier chapitre, nous avons utilisé ces biopuces pour étudier le changement transcriptionnel d’un mutant sur exprimant une protéine kinase FRK2 impliqué dans l’identité des ovules. Nous avons pu sélectionner plusieurs gènes candidat touchés par la surexpression de cette kinase pour mieux comprendre la voie se signalisation. Ces biopuces ont ainsi servi à déterminer la variation au niveau transcriptionnelle des gènes impliqués lors de différents stades de la reproduction sexuée chez les plantes et nous a permis de mieux comprendre ces étapes.

Spezifität der quantitativen Resistenz von Blättern und Früchten der Tomate (Lycopersicon ssp. L.) gegenüber Phytophthora infestans (Mont.) de Bary.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen Beitrag zur Resistenzforschung bei Tomaten gegenüber P. infestans zu leisten, um erste Grundlagen für eine mögliche Züchtungsstrategie auf Basis unterschiedlicher quantitativer Resistenzen zu erarbeiten. Hierzu wurde untersucht, inwieweit unterschiedliche qualitative und quantitative Resistenzen bei Tomatenblättern und -früchten vorliegen, und ob hierfür verantwortliche Mechanismen identifiziert werden können. Zudem wurde untersucht, ob isolatspezifische quantitative Resistenzen identifiziert werden können. Zu diesem Zweck wurde mit einer erweiterten Clusteranalyse, basierend auf einer modifizierten Sanghvi-T2 Distanz, ein statistisches Verfahren entwickelt, welches die Identifikation von quantitativen, isolatspezifischen Resistenzen unter der Berücksichtigung der Variabilität ermöglicht. Des weiteren wurde geprüft, inwieweit zwischen den Resistenzausprägungen auf dem Blatt und den Resistenzausprägungen auf der Frucht ein Zusammenhang besteht und inwieweit die im Labor beobachteten Resistenzen unter Freilandbedingungen eine Rolle spielen. Im Labortest wurde die qualitative und quantitative Blattresistenz von 109 Akzessionen aus elf Lycopersicon und Solanum Arten gegenüber zwölf unterschiedlich aggressiven und teilweise auch unterschiedlich virulenten P. infestans Isolaten untersucht (Kap. 3). Die Früchte von 38 Tomatensorten wurden auf ihre Resistenz gegenüber drei P. infestans Isolaten geprüft. Zusätzlich wurde der Einfluss der Fruchtnachreife auf die Resistenzeigenschaften der Tomatenfrüchte gegenüber P. infestans analysiert (Kap. 4). Insgesamt 40 Sorten wurden auch unter Feldbedingungen auf Blatt- und Fruchtbefall untersucht (Kap. 5). Die frühen Stadien der Infektion von Tomatenblättern mit P. infestans Sporangien wurden mikroskopisch bei acht Tomatensorten mit unterschiedlichen quantitativen Reaktionsprofilen und drei Isolaten untersucht (Kap. 6). Hierzu wurden die Entwicklungsstadien von P. infestans Sporangien nach 24h, 48h und 60h nach der Inokulation auf und im Blatt mit der Calcofluor und der KOH - Anilin Blau Färbung sichtbar gemacht. Das Auftreten und die Lokalisation von H2O2 im Blatt nach 48h und 60h nach der Inokulation in Reaktion auf die Infektion wurde mithilfe einer DAB (3,3′ - Diaminobenzidine) Färbung untersucht. Es wurden einige, z.T. auch wahrscheinlich neue, qualitative Blattresistenzen gegenüber P. infestans gefunden, jedoch war keine der 109 Akzessionen vollständig resistent gegenüber allen Isolaten. Für die quantitative Resistenz von Blättern lagen in vielen Fällen isolatspezifische Unterschiede vor. Die Sorte x Isolat Interaktionen konnten mit Hilfe der erweiterten Clusteranalyse erfolgreich analysiert werden und die Akzessionen in Gruppen mit unterschiedlichen quantitativen Resistenzprofilen bzgl. der Interaktion mit den Isolaten und des Resistenzniveaus eingeteilt werden. Für die Fruchtresistenz konnten keine qualitativen Resistenzen gegenüber den drei getesteten Isolaten gefunden werden. Im Gegensatz dazu unterschieden sich die Tomatensorten in ihrer quantitativen Resistenz und Sorten und Isolate interagierten signifikant. Auch für die Fruchtresistenz konnten Gruppen mit unterschiedlichen quantitativen Reaktionsprofilen gebildet werden. Insgesamt nimmt die Anfälligkeit von Tomatenfrüchten mit zunehmender Reife kontinuierlich und signifikant ab. Unter Laborbedingungen korrelierten nur die Sporulationskapazität der Früchte und der prozentuale Blattbefall. Im Feldversuch über zwei Jahre und mit bis zu 40 Tomatensorten war der Zusammenhang hoch signifikant, jedoch asymptotisch, d.h. bereits bei sehr geringem Blattbefall war der Fruchtbefall sehr hoch. Bei den Tomatenherkünften, die sowohl im Labor als auch im Feld auf ihre Anfälligkeit getestet wurden, erschienen die Blattanfälligkeiten ähnlich, während kein klarer Zusammenhang zwischen der Fruchtanfälligkeit im Feld und im Labor bestand. Die Entwicklung von P. infestans auf der Blattoberfläche war unabhängig von der Sorte. Sowohl beim Eindringen und der Etablierung von P. infestans ins Blatt als auch bei der damit verbunden H2O2 Aktivität im Wirt wurden deutliche isolat- und sortenspezifische Effekte gefunden, die aber nur zum Teil mit den quantitativen Unterschieden der Blattresistenz korrespondierten. Sorten, die bei hoher Resistenz unterschiedliche Reaktionsprofile aufweisen, sind grundsätzlich interessante Kreuzungspartner, um die quantitative Resistenz gegenüber P. infestans zu verbessern. Hier sind vor allem Sorten, die sich auch in ihrer H2O2 Aktivität unterscheiden von Interesse.

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.

Acúmulo de massa seca e de macronutrientes por plantas de Glycine max e Solanum americanum

A soja é uma das principais culturas agrícolas do Brasil, sendo a sua produtividade muito influenciada pela competição exercida pelas plantas daninhas. Foram realizados dois experimentos em casa de vegetação, em Jaboticabal, SP, objetivando determinar o acúmulo de massa seca, assim como a distribuição e o acúmulo de macronutrientes em plantas de soja, no período de outubro de 2000 a fevereiro de 2001, e de Solanum americanum, no período de janeiro a maio de 1995. As plantas cresceram em vasos com capacidade de 7 litros, preenchidos com areia de rio lavada e peneirada; elas foram irrigadas diariamente com solução nutritiva. Os tratamentos foram representados pelas épocas de amostragem, realizada a intervalos de 14 dias, iniciando-se 21 dias após a emergência (DAE), até 161 DAE para S. americanum e 119 DAE para soja cv. BR-16 (precoce). O ponto de máximo acúmulo teórico de massa seca deu-se aos 104 DAE para a soja (35,0 g por planta) e 143 DAE para S. americanum (179,62 g por planta). da emergência até 49 e 63 DAE, as folhas apresentaram maior participação no acúmulo de massa seca para soja e S. americanum, respectivamente. Após esses períodos, verificou-se, em ambas as espécies, inversão na representatividade das folhas por caules para a espécie daninha e por caules e, posteriormente, por estruturas reprodutivas, para a cultura. A taxa de absorção diária dos macronutrientes atingiu maiores valores entre 69 e 87 DAE para a soja e entre 105 e 119 DAE para a planta daninha. Considerando a média dos valores de pontos de inflexão observados para a cultura da soja, tem-se que aos 75 DAE uma planta de soja acumula teoricamente 23,9 g de massa seca, 564,4 mg de N, 7,1 mg de P, 490,8 mg de K, 487,0 mg de Ca, 156,6 mg de Mg e 36,0 mg de S. Para o mesmo período, uma planta de S. americanum acumula teoricamente 33,75 g de massa seca, 875,96 mg de N, 88,46 mg de P, 983,54 mg de K, 647,60 mg de Ca, 100,93 mg de Mg e 42,15 mg de S.

Growth and mineral nutrition of Solanum americanum

Um experimento em casa de vegetação foi conduzido entre novembro de 1995 e abril de 1996 na FCAV/UNESP, Brasil, objetivando estudar a produção de matéria seca, a distribuição e o acúmulo de macronutrientes por Solanum americanum - uma importante planta infestante de culturas anuais e perenes no Brasil. As plantas foram cultivadas em vasos de 7 L com substrato de areia, os quais foram irrigados diariamente com solução nutritiva de Hoagland & Arnon. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com quatro repetições. Os tratamentos corresponderam às épocas de avaliação, em intervalos de 14 dias, iniciando-se 21 dias após a emergência (DAE). em cada avaliação, as plantas de quatro vasos foram analisadas quanto à produção de matéria seca e ao conteúdo de macronutrientes. S. americanum apresentou pequeno acúmulo de matéria seca e de macronutrientes no início da fase experimental. Esses acúmulos intensificaram-se após 77 DAE, atingindo o máximo valor teórico aos 142, 142, 164, 149, 140, 149 e 152 DAE, para matéria seca, N, P, K, Ca, Mg e S, respectivamente. K e N foram os macronutrientes acumulados em maior quantidade por plantas de S. americanum.

Resistência de genótipos de batata, Solanum spp., a afídeos (Homoptera: Aphididae) e influência sobre parasitóides

Avaliou-se a resistência de genótipos de batata aos afídeos Myzus persicae (Sulz.), Macrosiphum euphorbiae (Thomas) e Aphis gossypii (Glover), e a influência desses genótipos sobre parasitóides, em dois ensaios em plantios de inverno (1996 e 1997), em condições de campo, em Jaboticabal, SP. Os genótipos plantados no primeiro ano foram: Achat, Baronesa, Bintje, BR-2, Contenda, Monalisa, N 140-201 e NYL 235-4, distribuídos em quatro blocos ao acaso. Dois levantamentos foram efetuados, aos 70 e 85 dias após o plantio, avaliando-se o número de pulgões/folha e pulgões parasitados, nos terços superior, médio e inferior da planta. em 1997 plantaram-se os mesmos genótipos, excetuando-se o N 140-201, com levantamentos aos 72 e 80 dias. O genótipo NYL 235-4 mostrou-se suscetível a M. euphorbiae, sob infestações médias de 2,90 (1996) e 1,19 pulgões/folha (1997); dentre as cultivares comerciais, Baronesa foi a menos atacada por M. persicae (0,12 e 0,10 pulgões/folha em 1996 e 1997), enquanto BR-2 foi bem suscetível (1,10 e 0,66 pulgões/folha). Os afídeos ocorreram em maior população nas partes média e inferior das plantas; maior número de pulgões mumificados por Aphidius ervi Hal. e Diaretiella rapae (McIntosh), com parasitismo variando de 15 a 36%, foi observado em NYL 235-4, que foi o genótipo mais infestado pelos afídeos.

Preferência alimentar de adultos de Diabrotica speciosa (Germar) (Coleoptera: Chrysomelidae) por genótipos de batata (Solanum spp.)

Avaliou-se a preferência alimentar de adultos de Diabrotica speciosa (Germar), pelos genótipos de batata Achat, Baronesa, Monalisa, N 140-201 e NYL 235-4. Foram realizados ensaios com e sem chance de escolha, em laboratórios e em casa de vegetação, na FCAV/UNESP, Jaboticabal, SP. em dois testes utilizaram-se discos de folíolos provenientes de plantios em vaso (plantas com 40 dias); em outros seis semelhantes (exceção ao genótipo N 140-201) foram utilizados discos de folíolos provenientes de plantio de campo (plantas com 30, 50 e 70 dias). Nas placas de Petri (repetições) foram liberados dois adultos/disco. Dois outros ensaios foram efetuados em gaiolas (sem chance de escolha), no interior de casa de vegetação, com plantas com 15 e 45 dias de idade, liberando-se três e 10 adultos/planta respectivamente, avaliando-se o consumo de área foliar quatro e cinco dias após. Nos testes em laboratório com material de vaso, o genótipo NYL 235-4 (com e sem chance) foi o menos consumido (1,08 a 1,12 mg de peso seco). Com material de campo (com e sem chance), o peso de matéria fresca consumida pela praga foi menor em NYL 235-4 (médias de 26,2 e 66,1 mg) e Baronesa (30,2 e 57,9 mg). Nos ensaios em gaiolas (sem chance) também verificou-se menor consumo em NYL 235-4 (3,35 cm² e 16,70 cm²/planta). Esses resultados revelam que o genótipo NYL 235-4 apresenta resistência do tipo não-preferência para alimentação em relação a D. speciosa.

CHARACTERIZATION of RALSTONIA SOLANACEARUM STRAINS FROM BRAZIL USING MOLECULAR METHODS and PATHOGENICITY TESTS

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)