Multifactorial control of water and saline intake: role of a2-adrenoceptors

Water and saline intake is controlled by several mechanisms activated during dehydration. Some mechanisms, such as the production of angiotensin II and unloading of cardiovascular receptors, activate both behaviors, while others, such as the increase in blood osmolality or sodium concentration, activate water, but inhibit saline intake. Aldosterone probably activates only saline intake. Clonidine, an a2-adrenergic agonist, inhibits water and saline intake induced by these mechanisms. One model to describe the interactions between these multiple mechanisms is a wire-block diagram, where the brain circuit that controls each intake is represented by a summing point of its respective inhibiting and activating factors. The a2-adrenoceptors constitute an inhibitory factor common to both summing points

Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.

Carboxydothermus hydrogenoformans comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène simultanément a la minéralisation de calcium et phosphate

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.

Mass production of nitrifying bacterial consortia for the rapid establishment of nitrification in saline recirculating aquaculture systems

Two distinct nitrifying bacterial consortia, namely an ammonia oxidizing non-penaeid culture (AMO NPCU-1) and an ammonia oxidizing penaeid culture (AMOPCU-1), have been mass produced in a nitrifying bacterial consortia production unit (NBCPU). The consortia, maintained at 4 C were activated and cultured in a 2 l fermentor initially. At this stage the net biomass (0.105 and 0.112 g/l), maximum specific growth rate (0.112 and 0.105/h) and yield coefficients (1.315 and 2.08) were calculated respectively, for AMONPCU-1 and AMOPCU-1 on attaining stationary growth phase. Subsequently on mass production in a 200 l NBCPU under optimized culture conditions, the total amounts of NH4 ?–N removed by AMONPCU-1 and AMOPCU-1 were 1.948 and 1.242 g/l within 160 and 270 days, respectively. Total alkalinity reduction of 11.7–14.4 and 7.5–9.1 g/l were observed which led to the consumption of 78 and 62 g Na2CO3. The yield coefficient and biomass of AMONPCU-1 were 0.67 and 125.3 g/l and those of AMOPCU-1 were 1.23 and 165 g/l. The higher yield coefficient and growth rate of AMOPCU-1 suggest better energy conversion efficiency and higher CO2 fixation potential. Both of the consortia were dominated by Nitrosomonas-like organisms. The consortia may find application in the establishment of nitrification within marine and brackish water culture systems.

Rational conversion of substrate and product specificity in a Salvia monoterpene synthase: structural insights into the evolution of terpene synthase function

Terpene synthases are responsible for the biosynthesis of the complex chemical defense arsenal of plants and microorganisms. How do these enzymes, which all appear to share a common terpene synthase fold, specify the many different products made almost entirely from one of only three substrates? Elucidation of the structure of 1,8-cineole synthase from Salvia fruticosa (Sf-CinS1) combined with analysis of functional and phylogenetic relationships of enzymes within Salvia species identified active-site residues responsible for product specificity. Thus, Sf-CinS1 was successfully converted to a sabinene synthase with a minimum number of rationally predicted substitutions, while identification of the Asn side chain essential for water activation introduced 1,8-cineole and alpha-terpineol activity to Salvia pomifera sabinene synthase. A major contribution to product specificity in Sf-CinS1 appears to come from a local deformation within one of the helices forming the active site. This deformation is observed in all other mono- or sesquiterpene structures available, pointing to a conserved mechanism. Moreover, a single amino acid substitution enlarged the active-site cavity enough to accommodate the larger farnesyl pyrophosphate substrate and led to the efficient synthesis of sesquiterpenes, while alternate single substitutions of this critical amino acid yielded five additional terpene synthases.

In vivo transformations of artemisinic acid in Artemisia annua plants

Artemisinic acid labeled with both C-13 and H-2 at the 15-position has been fed to intact plants of Artemisia annua via the cut stem, and its in vivo transformations studied by 1D- and 2D-NMR spectroscopy. Seven labeled metabolites have been isolated, all of which are known as natural products from this species. The transformations of artemisinic acid-as observed both for a group of plants, which was kept alive by hydroponic administration of water and for a group, which was allowed to die by desiccation-closely paralleled those, which have been recently described for its 11,13-dihydro analog, dihydroartemisinic acid. It seems likely therefore that similar mechanisms, involving spontaneous autoxidation of the Delta(4,5) double bond in both artemisinic acid and dihydroartemisinic acid and subsequent rearrangements of the resultant allylic hydroperoxides, may be involved in the biological transformations, which are undergone by both compounds. All of the sesquiterpene metabolites, which were obtained from in vivo transformations of artemisinic acid retained their unsaturation at the 11,13-position, and there was no evidence for conversion into any 11,13-dihydro metabolite, including artemisinin, the antimalarial drug, which is produced by A. annua. This observation led to the proposal of a unified biosynthetic scheme, which accounts for the biogenesis of many of the amorphane and cadinane sesquiterpenes that have been isolated as natural products from A. annua. In this scheme, there is a bifurcation in the biosynthetic pathway starting from amorpha-4,11-diene leading to either artemisinic acid or dihydroartemisinic acid; these two committed precursors are then, respectively, the parents for the two large families of highly oxygenated 11,13-dehydro and 11,13-dihydro sesquiterpene metabolites, which are known from this species. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Optical sensors for monitoring water uptake in plants

The monitoring of water uptake in plants is becoming increasingly important. Optical sensors offer considerable advantages over conventional methods and several sensors have been developed including an optical potometer that monitors water uptake from individual roots, the detection of xylem cavitation using audio acoustic emissions with an interferometric force feedback microphone, and an optical fiber displacement transducer that detects changes in leaf thickness in relation to leaf-water potential.

Cis–trans isomerism in diphenoxido bridged dicopper complexes: role of crystallized water to stabilize the cis isomer, variation in magnetic properties and conversion of both into a trinuclear species

The trans-[Cu2L2Cl2] (1), and cis-[Cu2L2Cl2]·H2O (2) isomers of a diphenoxido bridged Cu2O2 core have been synthesized using a tridentate reduced Schiff base ligand 2-[(2-dimethylamino-ethylamino)-methyl]-phenol. The geometry around Cu(II) is intermediate between square pyramid and trigonal bipyramid (Addison parameter, tau = 0.463) in 1 but nearly square pyramidal (tau = 0.049) in 2. The chloride ions are coordinated to Cu(II) and are trans oriented in 1 but cis oriented in 2. Both isomers have been optimized using density functional theory (DFT) calculations and it is found that the trans isomer is 7.2 kcal mol(-1) more favorable than the cis isomer. However, the hydrogen bonding interaction of crystallized water molecule with chloride ions compensates for the energy difference and stabilizes the cis isomer. Both complexes have been converted to a very rare phenoxido-azido bridged trinuclear species, [Cu3L2(mu(1,1)-N-3)(2)(H2O)(2)(ClO4)(2)] (3) which has also been characterized structurally. All the complexes are antiferromagnetically coupled but the magnitude of the coupling constants are significantly different (J = -156.60, -652.31, and -31.54 cm(-1) for 1, 2, and 3 respectively). Density functional theory (DFT) calculations have also been performed to gain further insight into the qualitative theoretical interpretation on the overall magnetic behavior of the complexes.

Analysis of gene expression profiles under water stress in tolerant and sensitive sugarcane plants

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

Efficacy of herbicides applied to Digitaria horizontalis plants under different water conditions

Este projeto objetivou relacionar a eficiência de controle de herbicidas inibidores da ACCase aplicados em pós-emergência em plantas de Digitaria horizontalis submetidas a diferentes teores de água no solo. Os experimentos foram conduzidos em casa de vegetação, com a aplicação de três diferentes herbicidas (fluazifop-p-butil, haloxyfop-methyl e sethoxydim + óleo mineral Assist). O delineamento experimental utilizado para cada herbicida foi inteiramente casualizado, com quatro repetições, constituído de um fatorial 3 x 4, sendo a combinação de três manejos hídricos (-0,03, 0,07 e -1,5 MPa) e quatro doses desses produtos (100, 50, 25 e 0% da dose recomendada). A aplicação dos herbicidas foi feita em dois estádios vegetativos: 4-6 folhas e 2-3 perfilhos. As avaliações visuais de fitotoxicidade foram realizadas aos 14 dias após a aplicação e avaliou-se a matéria seca das plantas ao final do estudo. A eficiência de controle não foi influenciada pelos manejos hídricos quando se aplicou a dose recomendada de todos os herbicidas na fase inicial de desenvolvimento das plantas (estádio de 4-6 folhas). em aplicações tardias (estádio de 2-3 perfilhos), as plantas mantidas sob estresse hídrico apresentaram menor fitotoxicidade.

Effect of water-bath post-polymerization on the mechanical properties, degree of conversion, and leaching of residual compounds of hard chairside reline resins

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

Gas exchange rates at different vapor pressure deficits and water relations of 'Pera' sweet orange plants with citrus variegated chlorosis (CVC)

Net photosynthesis (A) and transpiration rates (E), stomatal conductance (g), water use efficiency (WUE), intrinsic water use efficiency (IWUE) and internal leaf CO2 concentration (C) in response to different vapor pressure deficit (1.2 and 2.5 kPa) were investigated in 'Pera' sweet orange plants affected by citrus variegated chlorosis (CVC), a disease caused by Xylella fastidiosa. All plants were well watered and leaf water potential (Pw) was also measured by the psychrometric technique. Results showed that healthy plants responded to higher vapor pressure deficit (VPD), lowering its net photosynthesis and transpiration rates, and stomatal conductance. However, diseased plants presented no clear response to VPD, showing lower A, E and g for both VPDs studied and very similar values to these variables in healthy plants at the highest VPD. Internal leaf CO2 concentration also decreased for healthy plants when under the highest VPD, and surprisingly, the same pattern of response was found in plants with CVC. These results, the lower Psi(w) and higher WUE values for diseased plants, indicated that this disease may cause stomatal dysfunction and affect the water resistance through xylem vessels, which ultimately may play some role in photosynthetic metabolism. (C) 2003 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.