An alternative pathway to β-carotene formation in plant chromoplasts discovered by map-based cloning of Beta and old-gold color mutations in tomato

Carotenoid pigments in plants fulfill indispensable functions in photosynthesis. Carotenoids that accumulate as secondary metabolites in chromoplasts provide distinct coloration to flowers and fruits. In this work we investigated the genetic mechanisms that regulate accumulation of carotenoids as secondary metabolites during ripening of tomato fruits. We analyzed two mutations that affect fruit pigmentation in tomato (Lycopersicon esculentum): Beta (B), a single dominant gene that increases β-carotene in the fruit, and old-gold (og), a recessive mutation that abolishes β-carotene and increases lycopene. Using a map-based cloning approach we cloned the genes B and og. Molecular analysis revealed that B encodes a novel type of lycopene β-cyclase, an enzyme that converts lycopene to β-carotene. The amino acid sequence of B is similar to capsanthin-capsorubin synthase, an enzyme that produces red xanthophylls in fruits of pepper (Capsicum annum). Our results prove that β-carotene is synthesized de novo during tomato fruit development by the B lycopene cyclase. In wild-type tomatoes B is expressed at low levels during the breaker stage of ripening, whereas in the Beta mutant its transcription is dramatically increased. Null mutations in the gene B are responsible for the phenotype in og, indicating that og is an allele of B. These results confirm that developmentally regulated transcription is the major mechanism that governs lycopene accumulation in ripening fruits. The cloned B genes can be used in various genetic manipulations toward altering pigmentation and enhancing nutritional value of plant foods.

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...

Supercritical Carbon Dioxide Extraction Of Capsaicinoids From Malagueta Pepper (capsicum Frutescens L.) Assisted By Ultrasound.

Extracts from malagueta pepper (Capsicum frutescens L.) were obtained using supercritical fluid extraction (SFE) assisted by ultrasound, with carbon dioxide as solvent at 15MPa and 40°C. The SFE global yield increased up to 77% when ultrasound waves were applied, and the best condition of ultrasound-assisted extraction was ultrasound power of 360W applied during 60min. Four capsaicinoids were identified in the extracts and quantified by high performance liquid chromatography. The use of ultrasonic waves did not influence significantly the capsaicinoid profiles and the phenolic content of the extracts. However, ultrasound has enhanced the SFE rate. A model based on the broken and intact cell concept was adequate to represent the extraction kinetics and estimate the mass transfer coefficients, which were increased with ultrasound. Images obtained by field emission scanning electron microscopy showed that the action of ultrasonic waves did not cause cracks on the cell wall surface. On the other hand, ultrasound promoted disturbances in the vegetable matrix, leading to the release of extractable material on the solid surface. The effects of ultrasound were more significant on SFE from larger solid particles.

The influence of supra-optimal root-zone temperatures on growth and stomatal conductance in Capsicum annuum L.

Pepper (Capsicum annuum L.) plants were grown aeroponically in a Singapore greenhouse under natural diurnally fluctuating ambient shoot temperatures, but at two different root-zone temperatures (RZTs): a constant 20 +/- 2 degrees C RZT and a diurnally fluctuating ambient (A) (25-40 degrees C) RZT, Plants grown at 20-RZT had more leaves, greater leaf area and dry weight than A-RZT plants. Reciprocal transfer experiments were conducted between RZTs to investigate the effect on plant growth, stomatal conductance (g(s)) and water relations. Transfer of plants from A-RZT to 20-RZT increased plant dry weight, leaf area, number of leaves, shoot water potential (Psi(shoot)), and g(s); while transfer of plants from 20-RZT to A-RZT decreased these parameters. Root hydraulic conductivity was measured in the latter transfer and decreased by 80% after 23 d at A-RZT. Transfer of plants from 20-RZT to A-RZT had no effect on xylem ABA concentration or xylem nitrate concentration, but reduced xylem sap pH by 0.2 units. At both RZTs, g(s) measured in the youngest fully expanded leaves increased with plant development. In plants with the same number of leaves, A-RZT plants had a higher g(s) than 20-RZT plants, but only under high atmospheric vapour pressure deficit. The roles of chemical signals and hydraulic factors in controlling g(s) of aeroponically grown Capsicum plants at different RZTs are discussed.

Anti-inflammatory effects of red pepper (Capsicum baccatum) on carrageenan- and antigen-induced inflammation

Inflammation is a pivotal component of a variety of diseases, such as atherosclerosis and tumour progression. Various naturally occurring phytochemicals exhibit anti-inflammatory activity and are considered to be potential drug candidates against inflammation-related pathological processes. Capsicum baccatum L. var. pendulum (Willd.) Eshbaugh (Solanaceae) is the most consumed species in Brazil, and its compounds, such as capsaicinoids, have been found to inhibit the inflammatory process. However, the anti-inflammatory effects of C. baccatum have not been characterized. Thus, this study was designed to evaluate the effects of C. baccatum juice in animal models of acute inflammation induced by carrageenan and immune inflammation induced by methylated bovine serum albumin. Pretreatment (30 min) of rats with pepper juice (0.25-2.0 g kg(-1)) significantly decreased leucocyte and neutrophil migration, exudate volume and protein and LDH concentration in pleural exudates of a pleurisy model. This juice also inhibited neutrophil migration and reduced the vascular permeability on carrageenan-induced peritonitis in mice. C. baccatum juice also reduced neutrophil recruitment and exudate levels of pro-inflammatory cytokines TNF-alpha, and IL-1 beta in mouse inflammatory immune peritonitis. Furthermore, we demonstrated that the main constituent of C. baccatum juice, as extracted with chloroform, is capsaicin. In agreement with this, capsaicin was able to inhibit the neutrophil migration towards the inflammatory focus. To our knowledge, this is the first demonstration of the anti-inflammatory effect of C. baccatum juice and our data suggest that this effect may be induced by capsaicin. Moreover, the anti-inflammatory effect induced by red pepper may be by inhibition of pro-inflammatory cytokine production at the inflammatory site.

Determinação da dissimilaridade genética entre acessos de Capsicum chinense com base em características de flores

As pimentas do gênero Capsicum apresentam grande importância para o mercado de condimentos e para o uso ornamental no Brasil. A estimativa da diversidade genética é importante na escolha de progenitores de programa de melhoramento genético. Este trabalho teve por objetivo verificar a eficiência de descritores multicategóricos de flores para estimar a dissimilaridade genética entre acessos de Capsicum chinense, do Banco Ativo de Germoplasma Capsicum, da Embrapa Clima Temperado. O experimento foi realizado no período de agosto de 2009 a março de 2010, no campo experimental da Embrapa Clima Temperado, em blocos ao acaso, utilizando-se 22 acessos, com dez plantas por parcela. Para a caracterização morfológica das flores, foram avaliadas cinco flores de cada planta, de dez plantas por acesso. Foram utilizados 15 descritores, sendo cinco quantitativos e dez qualitativos multicategóricos. Foram realizadas análises de comparação de médias, utilizando-se agrupamento pelos métodos UPGMA e de Tocher, para os dados quantitativos, e agrupamento pelo método de Tocher, para os dados qualitativos. Os acessos estudados apresentam ampla diversidade genética em relação a descritores de flores, existindo grande variabilidade entre os acessos avaliados, o que recomenda seu uso em programas de melhoramento genético. O uso de descritores multicategóricos de flores é eficiente para estimar a dissimilaridade genética entre acessos de Capsicum chinense.

Variabilidade em população base de pimenteiras ornamentais (Capsicum annuum L.)

O objetivo deste trabalho foi caracterizar progênies de uma população base de pimenteiras (Capsicum annuum L.). Foram utilizadas 54 plantas de uma geração F2 de pimenteiras ornamentais, para se avaliarem os seguintes caracteres morfoagronômicos: altura da planta (AP), diâmetro da copa (DDC), altura da primeira bifurcação (APB), diâmetro do caule (DCL), comprimento da folha (CFL), largura da folha (LFL), comprimento da corola (CDC), comprimento de antera (CANT), comprimento do estilete (CES) e largura da pétala (LAP). O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com três repetições. Os dados foram submetidos à Análise de Variância, com posterior agrupamento das médias para o teste de Scott-Knott (p<0,01). Com exceção do CANT, verificaram-se diferenças significativas para os demais descritores, pelo Teste F. O DCL foi o descritor com maior herdabilidade (99,49%), seguido de DDC (96,14%) e APB (94,05%). O caractere DCL apresentou maior variabilidade entre as plantas, formando 13 classes, seguido de DDC, com oito e APB, com seis classes. Quando se utilizaram as técnicas multivariadas, foi possível agrupar as 54 plantas em oito grupos, sendo o grupo 1 o que reuniu maior número de plantas (35). A característica que mais contribuiu para a divergência genética foi o diâmetro do caule (68,97%), seguida pelo diâmetro da copa (9,22%), altura da primeira bifurcação (6,76%) e altura da planta (4,58%). Já as características de flor foram as que menos contribuíram para a variabilidade (10,47%). Houve variabilidade entre as plantas estudadas, sendo possível praticar seleção dentro dessa família, dando continuidade ao Programa de Melhoramento de Pimenteiras.

Pimentas do gênero Capsicum cultivadas em Roraima, Amazônia Brasileira. I. Espécies domesticadas

Foram inventariadas as pimentas domesticadas do gênero Capsicum que são cultivadas no Estado de Roraima, extremo norte da Amazônia brasileira. O levantamento foi realizado em comunidades indígenas e não indígenas. Dos 163 acessos registrados, C. chinense Jacq. (76,7%) foi a espécie com o maior número, seguida de C. frutescens L. (9,8%), C. annuum L. (8,0%) e C. baccatum v. pendulum Wild. (5,5%). As formas de fruto mais encontradas foram "alongada" (42,9%) e "ovalada" (27,0%). C. chinense apresentou a maior diversidade de formas enquanto que as demais estavam concentradas na forma "alongada". A cor predominante dos frutos maduros foi a vermelha (64,4%). Isoladamente, C. chinense foi melhor distribuída entre as cores básicas amarela (44,8%) e vermelha (55,2%), independente das diferentes tonalidades assumidas por cada acesso (alaranjado, vermelho-escuro, etc). O nível de pungência sensorial com maior número de registros foi o "alto" (62,6%), seguido do "médio" (16,0%), "baixo" (15,3%) e "muito alto" (6,1%). Dos 105 acessos de coloração vermelha, 67,6% possuía pungência "alta" ou "muito alta". C. chinense do tipo "murupi" e "olho-de-peixe", juntamente com "malagueta" (C. frutescens) são os morfotipos mais tradicionalmente consumidos entre as comunidades indígenas locais.

Produção e qualidade de frutos de híbridos de pimentão (Capsicum annuum) em ambiente protegido em Manaus-AM

Na avaliação de cultivares de hortaliças, os rendimentos médios mais elevados nos ensaios de competição, associados aos fatores de qualidade, são utilizados como critérios de recomendação para plantio. O objetivo do trabalho foi avaliar nas condições climáticas de Manaus, AM, sob cultivo protegido, cinco híbridos comerciais de pimentão. O experimento foi conduzido em casa de vegetação do tipo arco, medindo 50,4m de comprimento com 7m de largura e coberta com plástico de 100 micras. Foi utilizado o delineamento experimental blocos ao acaso, com quatro repetições e parcelas de 20 plantas e avaliadas as características: peso (PF) e número (NF) de frutos produzidos por planta, peso médio de fruto (PMF), comprimento (CF) e diâmetro (DF) médio do fruto e relação CF/DF (RCD). Os dados foram submetidos a análises de variância e comparação de médias (Tukey). Foram verificadas diferenças estatisticamente significativas para todas as características avaliadas, com excessão para PF. Os híbridos Magali R e Nathalie apresentaram frutos mais alongados, formato preferido pelo consumidor local. Os frutos do híbrido Safari R, embora menos alongados que os de Magali R e Nathalie, apresentam maior peso médio e satisfazem a exigência do mercado local, sendo esse híbrido uma boa alternativa para diversificação dos híbridos cultivados.

Pimentas do gênero Capsicum cultivadas em Roraima, Amazônia brasileira: II. Hábitos e formas de uso

O objetivo do trabalho foi o de relacionar e discutir os hábitos e as formas de uso mais comuns das pimentas do gênero Capsicum cultivadas em Roraima, e utilizadas pelos povos indígenas e comunidades migrantes de outras regiões do país.

Polinização e fixação de frutos em Capsicum chinense Jacq.

A Amazônia é um importante centro de diversidade de Capsicum spp., em especial de C. chinense. Informações relativas à biologia reprodutiva são importantes para o melhoramento e conservação da espécie. O objetivo desse trabalho foi estudar o sistema de reprodução de C. chinense. Foram avaliados cinco genótipos e quatro tratamentos: polinização natural, proteção dos botões florais, autopolinização manual e polinização cruzada manual. Os genótipos avaliados demonstraram auto-compatibilidade e reprodução como plantas autógamas.

Fontes de resistência à murcha bacteriana em germoplasma de Capsicum spp. do estado do Amazonas

A murcha bacteriana, causada por Ralstonia solanacearum, é uma das doenças mais importantes do gênero Capsicum no Brasil. No Amazonas, as condições de elevada temperatura e umidade favorecem o desenvolvimento da doença. O objetivo deste trabalho foi avaliar a resistência à murcha bacteriana de germoplasma, selvagem e comercial, de Capsicum spp. Foram avaliados 22 acessos de Capsicum em casa de vegetação. A inoculação foi feita mediante ferimento das raízes, seguido de adição no solo, ao redor das plantas, de suspensão bacteriana na concentração de 10(8) ufc mL-1. A avaliação foi feita diariamente a partir do quarto dia após a inoculação, em função desenvolvimento dos sintomas. A partir das médias de progresso dos sintomas foi construída a área abaixo da curva de progresso da doença (AACPD), e os dados submetidos ao teste de Scott-Knott ao nível de 5% de probabilidade, utilizando o programa estatístico SAEG 9.1. Foram selecionados os acessos 30, 20 e 17, da espécie C. chinense, como resistentes à murcha bacteriana para ensaios futuros em programas de melhoramento genético.

Estudios cariosistemáticos en Solanáceas sudamericanas, con especial referencia a Capsicum y Nierembergia

Solanaceae , aunque cosmopolita, presenta la mayor concentración de géneros y especies en Sudamérica, donde se habría originado. Esta familia tiene gran interés ya que incluye especies económicamente importantes por su valor alimenticio (por ejemplo ajíes, papa, tomate), de consumo (tabaco) o como medicinales y ornamentales; comprende también plantas tóxicas y malezas. Fuera de representantes del hemisferio boreal, los estudios cariológicos existentes se concentran en algunas especies de gran utilidad económica. De este modo, la gran diversidad de Solanáceas presente en nuestro subcontinente apenas ha sido considerada en lo que se refiere a aspectos cariológicos básicos como el estudio del cariotipo y del contenido de ADN nuclear. Además, en el caso de las contribuciones referidas a cromosomas generalmente se emplean técnicas convencionales de tinción. En particular, los datos citológicos en Solanaceae de Argentina se refieren sobre todo a cromosomas meióticos. En consecuencia, se propone estudiar los cromosomas de entidades sudamericanas de Solanáceas, poniendo énfasis en el análisis cariotípico mediante el empleo de técnicas de bandeo cromosómico; dicho método posibilitan un análisis cariotípico más preciso y completo, ya que permiten individualizar los cromosomas no sólo por la forma sino por su estructura interna. (...) El estudio se centra en dos géneros: Capsicum L. y Nierembergia R. et P. Los objetivos generales son: 1. Contribuir a un mejor conocimiento de las relaciones entre los taxones y con ello, posibilitar un eventual mejoramiento del sistema clasificatorio de la familia, especialmente en Capsicum y Nierembergia . 2. Trazar las posibles tendencias evolutivas en dichos géneros. 3. En Capsicum , acrecentar el conocimiento de los recursos genéticos tanto en las especies cultivadas como de las silvestres.