Tissue-specific gene expression in soybean (Glycine max) detected by cDNA microarray analysis

We have constructed cDNA microarrays for soybean (Glycine max L. Merrill), containing approximately 4,100 Unigene ESTs derived from axenic roots, to evaluate their application and utility for functional genomics of organ differentiation in legumes. We assessed microarray technology by conducting studies to evaluate the accuracy of microarray data and have found them to be both reliable and reproducible in repeat hybridisations. Several ESTs showed high levels (>50 fold) of differential expression in either root or shoot tissue of soybean. A small number of physiologically interesting, and differentially expressed sequences found by microarray analysis were verified by both quantitative real-time RT-PCR and Northern blot analysis. There was a linear correlation (r(2) = 0.99, over 5 orders of magnitude) between microarray and quantitative real-time RT-PCR data. Microarray analysis of soybean has enormous potential not only for the discovery of new genes involved in tissue differentiation and function, but also to study the expression of previously characterised genes, gene networks and gene interactions in wild-type, mutant or transgenic; plants.

Lack of mycorrhizal autoregulation and phytohormonal changes in the supernodulating soybean mutant nts1007

Autoregulatory mechanisms have been reported in the rhizobial and the mycorrhizal symbiosis. Autoregulation means that already existing nodules or an existing root colonization by an arbuscular mycorrhizal fungus systemically suppress subsequent nodule formation/root colonization in other parts of the root system. Mutants of some legumes lost their ability to autoregulate the nodule number and thus display a supernodulating phenotype. On studying the effect of pre-inoculation of one side of a split-root system with an arbuscular mycorrhizal fungus on subsequent mycorrhization in the second side of the split-root system of a wild-type soybean (Glycine max L.) cv. Bragg and its supernodulating mutant nts1007, we observed a clear suppressional effect in the wild-type, whereas further root colonization in the split-root system of the mutant nts1007 was not suppressed. These data strongly indicate that the mechanisms involved in supernodulation also affect mycorrhization and support the hypothesis that the autoregulation in the rhizobial and the mycorrhizal symbiosis is controlled in a similar manner. The accumulation patterns of the plant hormones IAA, ABA and Jasmonic acid (JA) in non-inoculated control plants and split-root systems of inoculated plants with one mycorrhizal side of the split-root system and one non-mycorrhizal side, indicate an involvement of IAA in the autoregulation of mycorrhization. Mycorrhizal colonization of soybeans also resulted in a strong induction of ABA and JA levels, but on the basis of our data the role of these two phytohormones in mycorrhizal autoregulation is questionable.

Legume nodulation: successful symbiosis through short- and long-distance signalling

Nodulation in legumes provides a major conduit of available nitrogen into the biosphere. The development of nitrogen-fixing nodules results from a symbiotic interaction between soil bacteria, commonly called rhizobia, and legume plants. Molecular genetic analysis in both model and agriculturally important legume species has resulted in the identification of a variety of genes that are essential for the establishment, maintenance and regulation of this symbiosis. Autoregulation of nodulation (AON) is a major internal process by which nodule numbers are controlled through prior nodulation events. Characterisation of AON-deficient mutants has revealed a novel systemic signal transduction pathway controlled by a receptor-like kinase. This review reports our present level of understanding on the short- and long-distance signalling networks controlling early nodulation events and AON.

Agrobacterium rhizogenes transformation of the Phaseolus spp.: A tool for functional genomics

A fast, reproducible, and efficient transformation procedure employing Agrobacterium rhizogenes was developed for Phaseolus vulgaris L. wild accessions, landraces, and cultivars and for three other species belonging to the genus Phaseolus: R coccineus, P lunatus, and P acutifolius. Induced hairy roots are robust and grow quickly. The transformation frequency is between 75 and 90% based on the 35-S promoter-driven green fluorescent protein and beta-glucuronidase expression reporter constructs. When inoculated with Rhizobium tropici, transgenic roots induce normal determinate nodules that fix nitrogen as efficiently as inoculated standard roots. The A. rhizogenes-induced hairy root transformation in the genus Phaseolus sets the foundation for functional genomics programs focused on root physiology, root metabolism, and root-microbe interactions.

Cell- and Tissue-Specific Transcriptome Analyses of Medicago truncatula Root Nodules

Legumes have the unique ability to host nitrogen-fixing Rhizobium bacteria as symbiosomes inside root nodule cells. To get insight into this key process, which forms the heart of the endosymbiosis, we isolated specific cells/tissues at different stages of symbiosome formation from nodules of the model legume Medicago truncatula using laser-capture microdissection. Next, we determined their associated expression profiles using Affymetrix Medicago GeneChips. Cells were collected from the nodule infection zone divided into a distal (where symbiosome formation and division occur) and proximal region (where symbiosomes are mainly differentiating), as well as infected cells from the fixation zone containing mature nitrogen fixing symbiosomes. As non-infected cells/tissue we included nodule meristem cells and uninfected cells from the fixation zone. Here, we present a comprehensive gene expression map of an indeterminate Medicago nodule and selected genes that show specific enriched expression in the different cells or tissues. Validation of the obtained expression profiles, by comparison to published gene expression profiles and experimental verification, indicates that the data can be used as digital "in situ''. This digital "in situ'' offers a genome-wide insight into genes specifically associated with subsequent stages of symbiosome and nodule cell development, and can serve to guide future functional studies.

Composite Medicago truncatula plants harbouring Agrobacterium rhizogenes-transformed roots reveal normal mycorrhization by Glomus intraradices

Composite plants consisting of a wild-type shoot and a transgenic root are frequently used for functional genomics in legume research. Although transformation of roots using Agrobacterium rhizogenes leads to morphologically normal roots, the question arises as to whether such roots interact with arbuscular mycorrhizal (AM) fungi in the same way as wild-type roots. To address this question, roots transformed with a vector containing the fluorescence marker DsRed were used to analyse AM in terms of mycorrhization rate, morphology of fungal and plant subcellular structures, as well as transcript and secondary metabolite accumulations. Mycorrhization rate, appearance, and developmental stages of arbuscules were identical in both types of roots. Using Mt16kOLI1Plus microarrays, transcript profiling of mycorrhizal roots showed that 222 and 73 genes exhibited at least a 2-fold induction and less than half of the expression, respectively, most of them described as AM regulated in the same direction in wild-type roots. To verify this, typical AM marker genes were analysed by quantitative reverse transcription-PCR and revealed equal transcript accumulation in transgenic and wild-type roots. Regarding secondary metabolites, several isoflavonoids and apocarotenoids, all known to accumulate in mycorrhizal wild-type roots, have been found to be up-regulated in mycorrhizal in comparison with non-mycorrhizal transgenic roots. This set of data revealed a substantial similarity in mycorrhization of transgenic and wild-type roots of Medicago truncatula, validating the use of composite plants for studying AM-related effects.

Loving Europe : Charmian Clift, Peel Me a Lotus, and Australian women writing travel

“There it went!—Our last little bit of capital, our going back to civilization money . . .” So Charmian Clift fretted when she watched her husband George Johnson hand over a large number of drachma notes to buy a house on the Greek Island of Hydra in 1956. Whereas today’s expatriates fly back and forth between home and away with ease, Clift’s commitment to Hydra meant that a return to Australia, “to civilization”, would always be difficult and perhaps impossible...

Genetic evidence for natural hybridization between Red Snow Crab (Chionoecetes japonicus) and Snow Crab (Chionoecetes opilio) in Korea

Both red snow crab (Chionoecetes japonicus Rathbun, 1932) and snow crab (Chionoecetes opilio Fabricius, 1788) are commercially important species in Korea. The geographical ranges of the two species overlap in the East Sea, where both species are fished commercially. Morphological identification of the two species and putative hybrids can be difficult because of their overlapping morphological characteristics. The presence of putative hybrids can affect the total allowable catch (TAC) of C. japonicus and C. opilio, and causes problems managing C. japonicus and C. opilio wild resources. To date, however, no natural hybridization has been reported between C. japonicus and C. opilio, despite their overlapping distributions along the coast of the East Sea. In this study, the internal transcribed spacer (ITS) region of major ribosomal RNA genes from the nuclear genome and the cytochrome oxidase I (CO I) gene from the mitochondrial genome were sequenced to determine whether natural hybridization occurs between the two species. Our results revealed that all putative hybrids identified using morphological traits had two distinct types of ITS sequences corresponding to those of both parental species. Mitochondrial CO I gene sequencing showed that all putative hybrids had sequences identical to C. japonicus. A genotyping assay based on single nucleotide polymorphisms in the ITS1 region and the CO I gene produced the most efficient and accurate identification of all hybrid individuals. Molecular data clearly demonstrate that natural hybridization does occur between C. japonicus and C. opilio, but only with C. japonicus as the maternal parent.

Assessment of Lotus (Nelumbo nucifera) in wastewater bioremediation

This project assessed the efficiency of lotus reducing the amount of nutrients that are generated in a freshwater aquaculture system. Barramundi were produced at a stocking density similar to industry practices. Lotus was grown to determine if it was capable at reducing the nutrient loading from an aquaculture system

A microcomputer program to analyze the CD spectrum of proteins and nucleic acids—Use of LOTUS 1-2-3 spread sheet

A user friendly interactive computer program, CIRDIC, is developed which calculates the molar ellipticity and molar circular dichroic absorption coefficients from the CD spectrum. This, in combination with LOTUS 1-2-3 spread sheet, will give the spectra of above parameters vs wavelength. The code is implemented in MicroSoft FORTRAN 77 which runs on any IBM compatible PC under MSDOS environment.

Influencia de las condiciones del estrés salino sobre un cultivar resistente y un cultivar susceptible de Lotus tenuis al estado vegetativo

Resumen: Lotus tenuis es una leguminosa perenne, naturalizada en los campos bajos de la Cuenca del Salado. Es una especie alógama y presenta una alta variabilidad genética (Andrés A., and Rosso 2007), que le permite crecer y desarrollarse en distintas condiciones ambientales (Goldberg, E.E. et al 2010). Son pocas las especies de relevancia agrícola capaces de crecer bajo condiciones que combinan inundación y salinidad (Escaray 2007). Se ha demostrado la existencia de poblaciones de L. tenuis con diferentes niveles de tolerancia a distintos niveles de inundación y salinidad (Teakle, N.L. et al 2010; Striker et al. 2012). La tolerancia a la salinidad se define como la habilidad de una planta para crecer y completar su ciclo de vida en un medio que contiene altas concentraciones de sal. Debido a esto surgió mi interés por profundizar en el estudio de esta especie y su posible adaptación a suelos con problemas de salinidad. Se trabajo con dos familias de medios hermanos (FMH) de L. tenuis caracterizadas como tolerantes o susceptibles a salinidad provenientes del programa de mejoramiento genético del INTA Pergamino. Se utilizaron 550 plantas de cada genotipo que fueron sometidas a dos tratamientos salinos. Las plantas se colocaron de a cinco en macetas (20 cm. de diámetro) en invernáculo, se las dividió en: dosis 1 (9 repeticiones), fueron regadas con una solución 75mM de cloruro de sodio (NaCl), dosis 2 (9 repeticiones) regadas con una solución 150 mM NaCl, y un grupo testigo control para cada genotipo (4 repeticiones) regado sin NaCl. El tratamiento salino se aplicó durante 62 días hasta la aparición de la primera flor. Se determinó producción de biomasa de parte aérea (tallos mas hojas). También se determinó porcentaje de materia seca, por secado a 65ºC hasta peso constante de tallo más hojas, corona más raíz, longitud de tallo y raíz, y número de ramificaciones del tallo. Los resultados analizados muestran que la FMH 490 o tolerante posee mayor desarrollo en todas las variables analizadas y en todas las condiciones ensayadas excepto en longitud de raíz y corona. Pero, al sufrir el estrés los porcentajes de reducción en esta FMH que se observan son similares a los porcentajes de reducción observados en la FMH 2241 e incluso, para algunas variables el genotipo susceptible 2241 presentaba menores pérdidas frente al estrés recibido (MS por planta corona y raíz, Biomasa por planta corona y raíz, largo de tallo y Grs de tallo por planta.). El efecto de la salinidad fue igual o similar entre ambas isolíneas, por lo que la que presentaba mayor crecimiento produjo mayor biomasa en condiciones de estrés salino que la de menor crecimiento. La tolerancia al estrés salino fue similar en ambos genotipos, solo que una presentó más desarrollo que la otra. El análisis de las variables estudiadas mostró que en este ensayo el crecimiento de las plantas tiende a disminuir al aumentar la dosis de NaCl y que, a igualdad de dosis, los parámetros de crecimiento evaluados fueron mayores en el genotipo tolerante.

Efecto de las frecuencias de pastoreo sobre un pastizal natural con presencia de Lotus tenuis en el partido de Olavarría, provincia de Buenos Aires

Resumen: La Pampa deprimida bonaerense está considerada la zona de cría más importante del país; el 85% de su superficie está cubierta por pastizales naturales, siendo éstos la principal fuente de alimento para la ganadería local. La productividad del pastizal natural, puede ser mejorada aplicando tecnología de procesos, al utilizar pastoreos en forma rotacional, en lugar del usual pastoreo continuo. El objetivo del presente trabajo, es evaluar el efecto en la producción bruta de materia seca del pastizal natural en un ambiente de un bajo dulce, en donde Lolium multiflorum y Lotus tenuis constituyen especies indicadoras, y cuya frecuencia en el tapiz vegetal es alta. Este ensayo se realizó en el establecimiento “El Fortín” ubicado en la Estación Pourtalé (Partido de Olavarría), durante un año, desde Mayo del 2014 hasta Mayo del 2015. Se utilizó un diseño experimental de bloques completamentes aleatorizados (DCBA), con dos tratamientos: frecuencia de 45 días y frecuencia de 90 días. Aleatorizados en tres bloques que corresponden al número de parcelas existentes dentro del potrero. Se realizaron en total 11 muestreos midiendo la producción de materia seca, siendo esta la variable en estudio. El análisis estadístico se realizó mediante un análisis de varianza, utilizando como software el programa Infostat. Los resultados sobre la producción en promedio, sostienen que existen diferencias significativas entre ambos tratamientos: de 45 días y de 90 días. La materia seca acumulada y anualizada, fue de 3306,7kg.MS ha-1 para el tratamiento de 45 días y de 3190,0 kg.MS ha-1 para el tratamiento de 90 días, entre pastoreos sucesivos. Mientras que la producción promedio acumulada entre cortes para cada tratamiento fue de 472,4kg.MS ha-1 para el tratamiento de 45 días y de 797,5 kg.MS ha-1 para el tratamiento de 90 días.

Influencia de las condiciones del estrés salino sobre parámetros de crecimiento de un cultivar tolerante y un cultivar susceptible de Lotus tenuis al estado vegetativo : ciclo 2013

Resumen: Lotus tenuis es una valiosa leguminosa forrajera naturalizada en la Pampa Deprimida. Presenta una reconocida tolerancia al anegamiento y a la salinidad, postulándose como una especie clave para la producción ganadera de la zona. El objetivo del trabajo fue evaluar la influencia del estrés salino en el crecimiento vegetativo de dos familias de medios hermanos de L. tenuis, una reconocida como tolerante a la salinidad y la otra como susceptible. El ensayo se realizó bajo invernáculo en macetas con cinco plantas cada una. Se llevaron a cabo tres tratamientos, uno control y dos salinos con 75mM y 150mM NaCl desde la cuarta hoja pentafoliada desplegada hasta la aparición de la primera flor. Se tomaron datos de temperatura, actividad eléctrica del suelo y radiación. En total se analizaron ocho variables (% de materia seca (MS) en tallo y hoja, y en corona y raíz; MS de tallo y hoja, y de corona y raíz; MS de tallo y de hoja; relación MS aérea/MS radicular y MS tallo/MS hoja) a través de análisis de varianzas y LSD Fisher (p < 0,05) comparando entre genotipos y entre dosis. Se encontró interacción entre los factores en dos variables, % MS en corona y raíz, y en MS de tallo. Con respecto a las dosis se encontraron diferencias significativas para todas las variables, mientras que para el genotipo solo ocurrió en tres variables, MS de tallos y hojas, relación MS aérea/MS radicular, y MS de hojas. Frente a las dosis salinas se redujo la producción de MS y solo aumentó el % de MS. Para evaluar la performance de cada genotipo frente al estrés salino, se calculó expresando en porcentaje, la respuesta de cada uno en las dosis salinas frente a los tratamientos testigos. Evaluando la performance de estos genotipos, se considera que se deberían buscar líneas con un mejor comportamiento frente a la salinidad para los programas de mejoramiento forrajero de esta especie.