Plastidic Phosphoglucose Isomerase Is an Important Determinant of Starch Accumulation in Mesophyll Cells, Growth, Photosynthetic Capacity, and Biosynthesis of Plastidic Cytokinins in Arabidopsis

Phosphoglucose isomerase (PGI) catalyzes the reversible isomerization of glucose-6-phosphate and fructose-6-phosphate. It is involved in glycolysis and in the regeneration of glucose-6-P molecules in the oxidative pentose phosphate pathway (OPPP). In chloroplasts of illuminated mesophyll cells PGI also connects the Calvin-Benson cycle with the starch biosynthetic pathway. In this work we isolated pgi1-3, a mutant totally lacking pPGI activity as a consequence of aberrant intron splicing of the pPGI encoding gene, PGI1. Starch content in pgi1-3 source leaves was ca. 10-15% of that of wild type (WT) leaves, which was similar to that of leaves of pgi1-2, a T-DNA insertion pPGI null mutant. Starch deficiency of pgi1 leaves could be reverted by the introduction of a sex1 null mutation impeding beta-amylolytic starch breakdown. Although previous studies showed that starch granules of pgi1-2 leaves are restricted to both bundle sheath cells adjacent to the mesophyll and stomata guard cells, microscopy analyses carried out in this work revealed the presence of starch granules in the chloroplasts of pgi1-2 and pgi1-3 mesophyll cells. RT-PCR analyses showed high expression levels of plastidic and extra-plastidic beta-amylase encoding genes in pgi1 leaves, which was accompanied by increased beta-amylase activity. Both pgi1-2 and pgi1-3 mutants displayed slow growth and reduced photosynthetic capacity phenotypes even under continuous light conditions. Metabolic analyses revealed that the adenylate energy charge and the NAD(P) H/NAD(P) ratios in pgi1 leaves were lower than those of WT leaves. These analyses also revealed that the content of plastidic 2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (MEP)-pathway derived cytokinins (CKs) in pgi1 leaves were exceedingly lower than in WT leaves. Noteworthy, exogenous application of CKs largely reverted the low starch content phenotype of pgi1 leaves. The overall data show that pPGI is an important determinant of photosynthesis, energy status, growth and starch accumulation in mesophyll cells likely as a consequence of its involvement in the production of OPPP/glycolysis intermediates necessary for the synthesis of plastidic MEP-pathway derived hormones such as CKs.

I.小麦非叶器官碳酸酐酶活性与定位分析II.镉毒害导致芦苇胚性细胞死亡的激素调控研究

第一部分： 通过生理测定和化学染色分析了冬小麦品种小堰54和京411的叶片和非叶片组织的碳酸酐 酶活性。叶片碳酸酐酶活性(CA)在挑旗时期达到最大值，之后减少到最小，而在饱粒期又呈 增加趋势。从灌浆期到饱粒期，颖片和内稃的CA活性均减少，而外稃和种皮的CA活性均增加。在饱粒期，小堰54的叶片、颖片、外稃和种皮CA活性均高于京411。组织化学染色表明，CA主要分布在旗叶的叶肉细胞叶绿体中，也分布在非叶片组织颖片、外稃和内稃的叶肉和维管束鞘细胞的胞质中。这些结果表明，小麦非叶组织叶肉和维管束鞘细胞的胞质中的CA可能对饱粒期冬小麦的C4光合途径起作用。饱粒期小堰54的C02传递到Rubisco酶速率和抗旱性较京411高。 第二部分： 以继代培养的芦苇胚性细胞为材料，利用台盼兰拒染法检测了悬浮细胞死亡过程，并利用石蜡切片法及苏木精染色法观察了不同浓度镉对芦苇细胞的毒害作用。1000μM的CdCl2迅速导致芦苇悬浮细胞死亡，200μM的CdClz在接种后第5天引起悬浮细胞死亡，100μM的CdCl2在接种后第7天引起悬浮细胞死亡，≤50μM的CdClz在接种后7天不引起悬浮细胞死亡。同时对不同浓度镉处理的芦苇胚性细胞的内源植物激素和可溶性蛋白质进行分析，≤50μM的镉浓度显著地降低胚性细胞内IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却提高ABA的含量，抑制可溶性蛋白质的合成：≥100μM的镉浓度显著地提高IAA、ZR、GA3和GA4的含量，却降低ABA的含量，促进可溶性蛋白质的合成。这些结果表明，镉的毒害至少包括镉浓度决定的两种细胞死亡机制，高浓度的镉(1000μM)引起的细胞死亡应当为坏死，而100μM的镉引起植物悬浮细胞发生程序性死亡。在较高浓度(≥100μM)的镉处理下，芦苇细胞内内源IAA、ZR、GA3和GA4的浓度较高，可能调控可溶性蛋白质的合成而促进细胞发生程序化死亡。

Rubisco small subunit, chlorophyll a/b-binding protein and sucrose : fructan-6-fructosyl transferase gene expression and sugar status in single barley leaf cells in situ. Cell type specificity and induction by light

Chungui Lu, Olga A. Koroleva, John F. Farrar, Joe Gallagher, Chris J. Pollock, and A. Deri Tomos (2002). Rubisco small subunit, chlorophyll a/b-binding protein and sucrose : fructan-6-fructosyl transferase gene expression and sugar status in single barley leaf cells in situ. Cell type specificity and induction by light. Plant Physiology, 130 (3) pp.1335-1348 Sponsorship: BBSRC RAE2008

Degradação in vitro de tecidos da lâmina foliar e do colmo de gramíneas forrageiras tropicais, em função do estádio de desenvolvimento

O experimento foi realizado com o objetivo de avaliar o efeito da idade sobre o potencial de degradação dos diferentes tecidos da lâmina foliar e do colmo de capim-braquiária (Brachiaria decumbens), capim-gordura (Melinis minutiflora) e capim-tifton 85 (Cynodon sp). Foram amostradas a 7ª (capim-braquiária e capim-gordura) e a 11ª (capim-tifton 85) lâminas foliares, no dia da exposição da lígula e 20 dias após. Por meio de observações ao microscópio foram estimadas a extensão da digestão in vitro dos tecidos da lâmina e do colmo e a redução na espessura da parede de células do esclerênquima do colmo. Lâminas foliares e segmentos de colmos jovens apresentaram maiores áreas digeridas. Permaneceram intactos os tecidos com células de parede espessada e lignificada, a bainha parenquimática dos feixes, o esclerênquima, o xilema e a epiderme do colmo. Tecidos com células de parede delgada, normalmente não-lignificada, o mesofilo, o floema e o parênquima, desapareceram completamente. O avanço na idade reduziu a digestão do mesofilo, em lâminas de capim-braquiária e capim-gordura, e do parênquima em colmos, principalmente de capim-gordura. A epiderme na lâmina foliar foi parcialmente digerida, independentemente da idade e da espécie. Embora aparentemente intactas, células esclerenquimáticas do colmo sofreram redução da espessura da parede com a incubação em líquido ruminal. A porcentagem de redução variou de 7 a 37% e a taxa de redução da espessura de 0,007 a 0,018 µm/h.

Características anatômicas da lâmina foliar e do colmo de gramíneas forrageiras tropicais, em função do nível de inserção no perfilho, da idade e da estação de crescimento

Foram avaliados os efeitos da idade, do nível de inserção da folha no perfilho e da estação de crescimento (verão ou outono), sobre a proporção de tecidos e a espessura da parede celular em lâminas foliares e segmentos de colmo de capim-braquiária (Brachiaria decumbens), capim-gordura (Melinis minutiflora) e capim-tifton 85 (Cynodon sp). Lâminas foliares das posições inferior e superior do perfilho foram colhidas no dia da exposição da lígula e 20 dias após. Foram determinadas as proporções relativas de epiderme, xilema, floema, bainha parenquimática dos feixes, esclerênquima, parênquima no colmo e mesofilo na lâmina foliar. Foram medidas as espessuras das paredes dos vasos de metaxilema e do esclerênquima da lâmina e do colmo. A proporção de tecidos em lâminas foliares não foi alterada pela idade nem pela estação de crescimento, sendo a espessura da parede de células do esclerênquima da lâmina a única característica modificada pela idade. Lâminas do nível de inserção superior apresentaram mais elevadas proporções de esclerênquima, bainha parenquimática dos feixes e xilema e células do esclerênquima e do metaxilema com paredes mais espessas, enquanto as lâminas do nível de inserção inferior se destacaram por apresentar mais elevada proporção de mesofilo e paredes celulares mais delgadas. Enquanto a proporção de parênquima decresceu, a área relativa de esclerênquima e as espessuras das paredes celulares variaram diretamente com a idade do colmo e foram maiores, em geral, no verão.

Alterações anatômicas do limbo foliar de plantas de Polygonum lapathifolium submetidas à aplicação de herbicidas

O presente trabalho teve por objetivo avaliar a eficiência do controle dos herbicidas 2,4-D, diquat e glyphosate e as alterações anatômicas do limbo foliar provocadas por eles em plantas de Polygonum lapathifolium. As plantas foram cultivadas em caixas-d'água sob condições de campo e, quando atingiram seu pleno desenvolvimento (antes do florescimento), pulverizadas com os herbicidas. Avaliaram-se quantitativamente as seguintes características anatômicas da nervura central e internervural das folhas: porcentagem da epiderme adaxial e abaxial, porcentagem da bainha do feixe, porcentagem do feixe vascular, porcentagem de esclerênquima e colênquima, porcentagem de parênquima paliçádico e lacunoso, bem como a espessura foliar (μm). Os tratamentos químicos foram: diquat (400 g i.a. ha-1 do produto comercial Reward), 2,4-D (1.340 g e.a. ha -1 do produto comercial DMA 806 BR) e glyphosate (4.320 g e.a. ha-1 do produto comercial Rodeo) com a adição do surfatante Silwet L-77 a 0,01% v v-1. Os principais caracteres anatômicos quantitativos da região da nervura central do limbo foliar que sofreram alterações após a aplicação dos herbicidas foram a porcentagem da epiderme adaxial, a porcentagem de feixe vascular, a porcentagem de colênquima, a porcentagem de parênquima paliçádico e lacunoso e a espessura foliar. Para a região internervural do limbo foliar, os principais caracteres anatômicos quantitativos que sofreram alterações após a aplicação dos herbicidas foram a porcentagem da epiderme adaxial, a porcentagem da bainha do feixe e a espessura foliar. Os herbicidas diquat e 2,4-D foram ineficientes no controle das plantas de P. lapathifolium; o glyphosate apresentou controle superior a 90% das plantas aos 100 dias após a aplicação. Entretanto, todos os herbicidas permitiram rebrota das plantas.

Características da anatomia foliar de espécies de braquiária e sua relação com a sensibilidade a herbicidas

O objetivo deste trabalho foi relacionar as características da anatomia foliar de Brachiaria decumbens (capim-braquiária) e Brachiaria plantaginea (capim-marmelada), em três estádios de desenvolvimento da planta, com a sensibilidade a herbicidas. A semeadura foi feita em vasos plásticos, contendo solo, mantidos em casa de vegetação. Foi amostrada a porção mediana do limbo da terceira folha expandida, a partir da base do colmo, compreendendo três estádios de desenvolvimento da planta: estádio 1 (com 4-6 folhas), estádio 2 (com 3-4 perfilhos) e estádio 3 (plantas adultas no início do florescimento). Foram quantificados os seguintes descritores anatômicos das regiões da quilha (nervura central) e da asa (porção entre a nervura central e a margem do limbo): área da secção transversal; porcentagens de epiderme das faces adaxial e abaxial, esclerênquima, bainha do feixe vascular, feixe vascular e parênquima; espessura da folha; distância entre os feixes vasculares; comprimento do estômato; e número de estômatos e de tricomas (curtos e longos). Os valores obtidos foram submetidos aos testes estatísticos multivariados de Análise de Agrupamento e Análise dos Componentes Principais. Os descritores avaliados permitiram diferenciar o estádio 3 de desenvolvimento da planta em relação aos demais, o qual pode ser considerado o menos sensível à ação dos herbicidas aplicados em pós-emergência.

Diferenciação de espécies daninhas aquáticas pela análise multivariada de caracteres estruturais foliares

Algumas espécies de plantas aquáticas têm-se tornado problemáticas em reservatórios hidrelétricos no Brasil, devido a sua grande capacidade de reprodução. O objetivo destes trabalho foi diferenciar Brachiaria mutica, Brachiaria subquadripara, Panicum repens, Eichhornia crassipes, Heteranthera reniformis, Typha ubulata e Enhydra anagallis, utilizando-se 19 caracteres estruturais quantitativos do limbo foliar, que se relacionassem com a penetração e translocação de herbicidas. Amostras do terço médio do limbo foram fixadas em FAA 50, cortadas transversalmente em micrótomo com 8 mm de espessura e coradas com azul-de-toluidina. Foram quantificados (%) os seguintes caracteres estruturais da nervura central (NC) e da região internervural (IN): epidermes adaxial e abaxial, feixe vascular, bainha do feixe vascular, esclerênquima, parênquima e lacunas do aerênquima, além da espessura da folha, do número de estômatos e do número de tricomas nas faces adaxial e abaxial. Os 19 caracteres estruturais foram submetidos à Análise de Agrupamento e Análise de Componentes Principais. Houve a formação de três grupos principais: grupo 1 B. mutica, B. subquadripara e P. repens (Poaceae); grupo 2 E. crassipes e H. reniformis (Pontederiaceae) e E. anagallis (Asteraceae); e grupo 3 apenas T. subulata (Typhaceae). Os caracteres com maior poder discriminatório foram: porcentagem de epiderme adaxial (IN); porcentagem de epiderme abaxial; feixe vascular; bainha do feixe vascular; esclerênquima e lacunas do aerênquima (NC e IN); espessura da folha e número de estômatos das faces adaxial e abaxial. Concluiu-se que os caracteres estruturais quantitativos permitiram diferenciar essas espécies daninhas aquáticas em fase vegetativa.

On the taxonomic value of the anatomical structure of vegetative organs and inflorescence axis of Abolboda species (Xyridaceae - Poales)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Role of intermediary cells in Peltodon radicans (Lamiaceae) in the transfer of calcium and formation of calcium oxalate crystals

Com o objetivo de estudar a relação entre cristais de oxalato de cálcio e floema, fragmentos de folhas de Peltodon radicans foram fixados e processados, segundo métodos usuais, para estudos ao microscópio de luz e eletrônico de transmissão. Observou-se que os cristais ocorrem nas células da bainha do feixe, lateralmente em relação ao floema. Células intermediárias estabelecem conexão entre elemento crivado e células da bainha, portadoras de cristais, com crescimento intrusivo entre estas. Íons cálcio são abundantes no citoplasma das células da bainha que contém cristais de oxalato de cálcio. Nas células intermediárias a detecção ultra-citoquímica de cálcio também apresentou resultados positivos, enquanto nos elementos crivados a presença deste íon não foi constatada. Há, portanto, um gradiente crescente de concentração de cálcio dos elementos crivados para as células da bainha. Assim, formulamos a hipótese de que a formação de cristais de oxalato de cálcio tem, em P. radicans, o objetivo de controlar os níveis de cálcio citossólico nos elementos crivados.

Developmental anatomy of Cyperus laxus (non-Nranz) and Fimbristylis dichotoma (Kranz) (Cyperaceae, Poales) and tissue continuity

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estrutura foliar de espécies de Aechmea Ruiz & Pav. (Bromeliaceae) do Estado de São Paulo, Brasil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Anatomia quantitativa da folha e do colmo de Brachiaria brizantha (Hochst. ex A. Rich.) Stapf e B. humidicola (Rendle) Schweick

As características da digestão das forragens podem ser mais bem compreendidas quando complementadas com estudos de anatomia dos tecidos de plantas forrageiras. Com o objetivo de agregar novas informações ao tema, determinou-se a área dos diversos tecidos presentes na folha e no colmo de Brachiaria brizantha e B. humidicola, em três diferentes níveis de inserção no perfilho. O experimento foi conduzido em casa de vegetação, com plantas mantidas em vasos plásticos contendo areia esterilizada e recebendo solução nutritiva de macro e micronutrientes. Após 70 dias do corte de uniformização das parcelas (vasos), coletou-se o segmento do colmo e da folha (limbo e bainha) situado na porção mediana de cada um dos três diferentes níveis de inserção do perfilho estudado. As amostras foram emblocadas em GMA, seccionadas em micrótomo e o laminário fotomicrografado. As fotografias foram digitalizadas e as áreas de tecidos, mensuradas com software Image Tool. Observou-se que o limbo das folhas basilares apresentou menor área de tecido vascular lignificado. Maior área de tecido parenquimático foi observada na bainha e no colmo da B. brizantha. em relação à B. humidicola, a B. brizantha apresentou maior área de tecido vascular lignificado no limbo, bainha e colmo. Maior distância entre os feixes vasculares foi observada no limbo e na bainha, sendo o número de feixes maior no limbo e no colmo.

Anatomy of Brazilian Eriocaulaceae: correlation with taxonomy and habitat using multivariate analyses

In this study we present a survey on vegetative anatomy in species of Actinocephalus, Blastocaulon, Eriocaulon, Leiothrix, Paepalanthus, Philodice, Syngonanthus, and Tonina (Eriocaulaceae). Multivariate analyses were used to correlate anatomical characters to taxa and the habitats where the species occur. Root and stem anatomical characters seem to be more affected by environmental factors where these species occur, and seem of little value for delimiting major taxonomic groups within the family. Other characters in the leaves, such as epidermis with thickened wall cells, compartmented substomatal chambers, mesophyll with hypodermis, compact chlorenchyma, collenchymatous bundle sheath extensions, and numerous vascular bundles, were shown to be important for defining species clusters in Leiothrix, Syngonanthus, and Paepalanthus subg. Platycaulon. Similarly, loosely aggregated chlorenchyma caused Blastocaulon, Eriocaulon, Philodice, Syngonanthus sect. Carpocephalus, S. sect. Syngonanthus, and Tonina, genera from humid environments, to cluster. Scape characters appear to be more informative in discriminating groups. This situation probably reflects lower selection pressures determining anatomical characters of this organ.

Anatomy of scapes, bracts, and leaves of Paepalanthus sect. Diphyomene (Eriocaulaceae, Poales) and its taxonomic implications

Paepalanthus sect. Diphyomene comprises 18 species with a convoluted taxonomic history. Aiming to correlate anatomical structures with the systematics of this group and its relatives, we studied the anatomy of scapes, reproductive axis bracts, and leaves of 20 Paepalanthus species. Bracts and leaves show differences in epidermal cell thickening; mesophyll width; vascular bundle arrangement; presence or absence of a hypodermis; types of cells in the vascular bundle sheath extensions; margin shape and composition; and presence or absence of aquiferous parenchyma. Scapes differ in contour, rib number, and pith size. Some diagnostic characters found are presence of aquiferous parenchyma and absence of vascular bundle sheath extensions in leaves of P. urbanianus; vascular bundles decreasing in size towards the margin of leaves and bracts, and scapes with a triangular contour in P. flaccidus; scapes with nine ribs in P. acanthophyllus and ten in P. macer. All anatomical features are summarized in tables. These results aid in the identification and characterization of the species of P. sect. Diphyomene. They also support the current section circumscription, reinforcing the relevance of the anatomical characters in order to define natural groups. © 2012 The New York Botanical Garden.