Plastome Engineering of Ribulose-1,5-Bisphosphate Carboxylase/Oxygenase in Tobacco to Form a Sunflower Large Subunit and Tobacco Small Subunit Hybrid1

Targeted gene replacement in plastids was used to explore whether the rbcL gene that codes for the large subunit of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase, the key enzyme of photosynthetic CO2 fixation, might be replaced with altered forms of the gene. Tobacco (Nicotiana tabacum) plants were transformed with plastid DNA that contained the rbcL gene from either sunflower (Helianthus annuus) or the cyanobacterium Synechococcus PCC6301, along with a selectable marker. Three stable lines of transformants were regenerated that had altered rbcL genes. Those containing the rbcL gene for cyanobacterial ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase produced mRNA but no large subunit protein or enzyme activity. Those tobacco plants expressing the sunflower large subunit synthesized a catalytically active hybrid form of the enzyme composed of sunflower large subunits and tobacco small subunits. A third line expressed a chimeric sunflower/tobacco large subunit arising from homologous recombination within the rbcL gene that had properties similar to the hybrid enzyme. This study demonstrated the feasibility of using a binary system in which different forms of the rbcL gene are constructed in a bacterial host and then introduced into a vector for homologous recombination in transformed chloroplasts to produce an active, chimeric enzyme in vivo.

Nonphotochemical Reduction of the Plastoquinone Pool in Sunflower Leaves Originates from Chlororespiration1

We investigated the relationship between nonphotochemical plastoquinone reduction and chlororespiration in leaves of growth-chamber-grown sunflower (Helianthus annuus L.). Following a short induction period, leaves of previously illuminated sunflower showed a substantially increased level of minimal fluorescence following a light-to-dark transition. This increase in minimal fluorescence was reversed by far-red illumination, inhibited by rotenone or photooxidative methyl viologen treatment, and stimulated by fumigation with CO. Using flash-induced electrochromic absorption-change measurements, we observed that the capacity of sunflower to reduce plastoquinone in the dark influenced the activation state of the chloroplast ATP synthase, although chlororespiratory transmembrane electrochemical potential formation alone does not fully explain our observations. We have added several important new observations to the work of others, forming, to our knowledge, the first strong experimental evidence that chlororespiratory, nonphotochemical plastoquinone reduction and plastoquinol oxidation occur in the chloroplasts of higher plants. We have introduced procedures for monitoring and manipulating chlorores-piratory activity in leaves that will be important in subsequent work aimed at defining the pathway and function of this dark electron flux in higher plant chloroplasts.

Spatial and Temporal Analyses of Expansion and Cell Cycle in Sunflower Leaves1 : A Common Pattern of Development for All Zones of a Leaf and Different Leaves of a Plant

We have investigated the spatial distributions of expansion and cell cycle in sunflower (Helianthus annuus L.) leaves located at two positions on the stem, from leaf initiation to the end of expansion. Relative expansion rate (RER) was analyzed by following the deformation of a grid drawn on the lamina; relative division rate (RDR) and flow-cytometry data were obtained in four zones perpendicular to the midrib. Calculations for determining in situ durations of the cell cycle and of S-G2-M in the epidermis are proposed. Area and cell number of a given leaf zone increased exponentially during the first two-thirds of the development duration. RER and RDR were constant and similar in all zones of a leaf and in all studied leaves during this period. Reduction in RER occurred afterward with a tip-to-base gradient and lagged behind that of RDR by 4 to 5 d in all zones. After a long period of constancy, cell-cycle duration increased rapidly and simultaneously within a leaf zone, with cells blocked in the G0-G1 phase of the cycle. Cells that began their cycle after the end of the period with exponential increase in cell number could not finish it, suggesting that they abruptly lost their competence to cross a critical step of the cycle. Differences in area and in cell number among zones of a leaf and among leaves of a plant essentially depended on the timing of two events, cessation of exponential expansion and of exponential division.

ndhF sequence evolution and the major clades in the sunflower family.

An extensive sequence comparison of the chloroplast ndhF gene from all major clades of the largest flowering plant family (Asteraceae) shows that this gene provides approximately 3 times more phylogenetic information than rbcL. This is because it is substantially longer and evolves twice as fast. The 5' region (1380 bp) of ndhF is very different from the 3' region (855 bp) and is similar to rbcL in both the rate and the pattern of sequence change. The 3' region is more A+T-rich, has higher levels of nonsynonymous base substitution, and shows greater transversion bias at all codon positions. These differences probably reflect different functional constraints on the 5' and 3' regions of ndhF. The two patterns of base substitutions of ndhF are particularly advantageous for phylogenetic reconstruction because the conserved and variable segments can be used for older and recent groups, respectively. Phylogenetic analyses of 94 ndhF sequences provided much better resolution of relationships than previous molecular and morphological phylogenies of the Asteraceae. The ndhF tree identified five major clades: (i) the Calyceraceae is the sister family of Asteraceae; (ii) the Barnadesioideae is monophyletic and is the sister group to the rest of the family; (iii) the Cichorioideae and its two basal tribes Mutisieae and Cardueae are paraphyletic; (iv) four tribes of Cichorioideae (Lactuceae, Arctoteae, Liabeae, and Vernonieae) form a monophyletic group, and these are the sister clade of the Asteroideae; and (v) the Asteroideae is monophyletic and includes three major clades.

Perfil lipídico de hambúrgueres produzidos a partir de carne de bovinos alimentados com fontes de óleo na dieta

Objetivou-se nesse trabalho avaliar os efeitos de fontes de óleo vegetal na dieta de bovinos Nelore em fase de terminação sobre a aceitação sensorial, teores de colesterol e óxidos de colesterol, composição de ácidos graxos e estabilidade oxidativa de hambúrgueres bovinos, avaliados após serem congelados e acondicionados a -18°C por 90 dias, então avaliados crus e grelhados. Foram confinados 96 bovinos, machos, castrados, Nelore, com aproximadamente 380 kg de peso inicial e idade média de 24 meses, alimentados com óleos de soja, girassol, linhaça e tratamento controle sem adição de óleo por 82 dias. A partir do músculo Longissimus e da gordura subcutânea dos animais foram produzidos hambúrgueres Os hambúrgueres produzidos com carne de bovinos que receberam óleo de soja tiveram maior estabilidade lipídica, tanto para zero quanto para 90 dias de armazenamento quando comparado às outras dietas. O método cru de preparo também resultou em menores valores tanto para o tempo zero quanto para o tempo 90 dias de armazenamento, em relação ao método grelhado. Os hambúrgueres dos animais alimentados com o óleo linhaça resultaram em menores valores para o atributo sabor. O tempo zero dias de armazenamento dos hambúrgueres resultou em maiores notas dos consumidores para a textura e aceitabilidade global, em relação às amostras armazenadas por 90 dias. A porcentagem de ácidos graxos polinsaturados foi reduzida, independente dos tratamentos, após 90 dias de armazenamento. O CLA c9 t11 foi encontrado em maiores quantidades nas amostras dos animais alimentados com os óleos de linhaça e soja, para zero e 90 dias de armazenamento. O teor de colesterol aumentou após as amostras de hambúrgueres serem grelhadas, enquanto que não foi observado efeito para as fontes de óleos e os tempos de armazenamento. Foi observada a presença de óxidos de colesterol após as amostras serem armazenadas por 90 dias, independente das fontes de óleos utilizadas. O fornecimento de óleos insaturados para bovinos confinados aumenta a porcentagem de ácidos graxos polinsaturados em hambúrgueres produzidos com carne e gordura desses. A inclusão de óleos vegetais para bovinos aumenta a oxidação lipídica de hambúrgueres produzidos a partir de carne e gordura provenientes desses animais quando comparados a um tratamento sem inclusão de óleos vegetais. Hambúrgueres produzidos com carne e gordura de animais alimentados com óleos vegetais na dieta possuem maior oxidação lipídica após 90 dias de armazenamento quando comparados com os hambúrgueres do tempo zero e dos hambúrgueres do tratamento controle enquanto que o processamento térmico não foi responsável pela maior oxidação lipídica.

Efeito de fontes de óleos vegetais sobre o desempenho, características de carcaça e qualidade da carne de bovinos Nelore

A inclusão de óleos vegetais na dieta de bovinos tem sido utilizada para aumentar a densidade energética da dieta, melhorar a eficiência alimentar, além de produzir carnes com a composição de ácidos graxos mais favorável à saúde humana. Objetivou-se estudar os efeitos da inclusão de óleos de soja, girassol e linhaça na dieta de bovinos, sobre o desempenho, características quantitativas de carcaça e qualitativas da carne, perfil de ácidos graxos, oxidação lipídica e formação de compostos oxidados do colesterol. Foram confinados 96 bovinos Nelore, castrados, com aproximadamente 380 kg ± 34 kg de peso inicial e idade média de 20 meses. As dietas foram compostas de 79% de concentrado e 21% de volumoso (silagem de milho) e incluídos os óleos de soja, girassol e linhaça. Os animais foram pesados e avaliadas as características de carcaça por ultrassonografia nos dias 0, 28, 56 e 81 de confinamento. Nos dias zero e 81 dias de confinamento foi coletado sangue dos bovinos para avaliação do LDL-colesterol, HDL-colesterol, VLDL-colesterol e triacilgliceróis. Ao final de 81 dias de confinamento, os animais foram abatidos e foi avaliado o pH (uma e 48 horas após o abate) e foram retiradas amostras do músculo longissimus. Foi avaliado a cor, força de cisalhamento (FC) e perdas por cocção (PPC) em carnes não maturadas e maturadas por 14 dias. Duas amostras do longissimus foram expostas por um e três dias em condições semelhantes ao varejo. Nas carnes expostas por um dia foi avaliado a cor e o pH. Nas amostras expostas por três dias foi avaliado além da cor e pH, o perfil de ácidos graxos, TBARS, colesterol e a presença do 7-cetocolesterol. Foi realizada ainda a análise sensorial e determinado a quantidade de lipídios totais das carnes. A estabilidade oxidativa dos óleos utilizados na dieta também foi avaliada. O experimento foi conduzido em delineamento de blocos casualizados, sendo o peso inicial o bloco. O desempenho e as características de carcaça avaliadas por ultrassonografia não foram influenciadas pelas fontes de óleo. Os tratamentos não influenciaram o peso de abate, o peso de carcaça quente, o pH da carcaça uma hora e 48 horas após o abate, o rendimento de carcaça, a cor, as PPC e a FC. O pH foi maior nas carnes maturadas por 14 dias (P=0,01), em relação àquelas sem maturação. As PPC e a FC foram menores (P=0,01) nas carnes maturadas por 14 dias. O óleo de linhaça apresentou menor estabilidade oxidativa seguidos do óleo de girassol e soja. As fontes de óleo não afetaram a concentração dos lipídios do plasma sanguíneo, no entanto, os níveis de VLDL, LDL, HDL, colesterol e triacilgliceróis foram maiores (P<0,01) no final do experimento em relação ao início. Não houve interação entre a espessura de gordura subcutânea (EGS) avaliada no abate e as dietas e efeito das fontes de óleo sobre os valores de TBARS, lipídios e colesterol. Não foi encontrado o 7-cetocolesterol nas carnes. O pH das carnes expostas por um e três dias sob condições de varejo, não foram influenciadas pela dieta nem pela interação da dieta e dos dias de exposição. No entanto, foi observado o efeito de tempo (P<0,01), as carnes expostas por três dias tiveram valores de pH maiores que as carnes expostas por um dia. A cor L*, a* e b* das carnes expostas em gôndola, sob condições de varejo não foi influenciado pela dieta, pelos dias de exposição e nem pela interação dos dias de exposição e dietas. Os ácidos graxos C18:1 n-9, C20:3 n-6 e C20:5 n-3 apresentaram interação entre a EGS e a dieta (P<0,05). O C18:1 cis 6 apresentou maiores concentrações (P<0,05) nas carnes provenientes dos animais alimentados com óleo de linhaça e soja, em comparação com as carnes provenientes da dieta controle. O C18:3 n-3 apresentou maiores concentrações nas carnes de animais alimentados com linhaça (P<0,05), em comparação com os demais tratamentos. O aroma e a textura da carne avaliados em análise sensorial realizada com consumidores não foram alterados pelos tratamentos. A carne dos animais alimentados com óleo de girassol resultou em maiores notas para o sabor (P<0,01), em relação à carne proveniente de animais alimentados com óleo de soja. As dietas controle e girassol resultaram em carnes mais suculentas e com maior aceitabilidade global (P<0,01), em relação ao tratamento soja. Independentemente do tipo de óleo utilizado na dieta dos animais, não houve influência no desempenho e nas características da carcaça. O óleo de linhaça proporcionou carnes com perfil de ácidos graxos mais favorável para a saúde humana, pois apresentou maiores proporções do ácido linolênico e relações ideais de n6:n3 (4,15). O uso de óleos vegetais na dieta, não prejudicou a aparência das carnes e não proporcionaram oxidação lipídica com a formação de compostos de colesterol oxidados nas carnes expostas sob condições de varejo.

Determination of fat-soluble vitamins in vegetable oils through microwave-assisted high-performance liquid chromatography

In this manuscript, a study of the effect of microwave radiation on the high-performance liquid chromatography separation of tocopherols and vitamin K1 was conducted. The novelty of the application was the use of a relatively low polarity mobile phase in which the dielectric heating effect was minimized to evaluate the nonthermal effect of the microwave radiation over the separation process. Results obtained show that microwave-assisted high-performance liquid chromatography had a shorter analysis time from 31.5 to 13.3 min when the lowest microwave power was used. Moreover, narrower peaks were obtained; hence the separation was more efficient maintaining or even increasing the resolution between the peaks. This result confirms that the increase in mobile phase temperature is not the only variable for improving the separation process but also other nonthermal processes must intervene. Fluorescence detection demonstrated better signal-to-noise compared to photodiode arrayed detection mainly due to the independent effect of microwave pulses on the baseline noise, but photodiode array detection was finally chosen as it allowed a simultaneous detection of nonfluorescent compounds. Finally, a determination of the content of the vitamin E homologs was carried out in different vegetable oils. Results were coherent with those found in the literature.