Does Gamma-aminobutyric acid function as a plant resistance mechanism against phytophagous insect activity? /

Gamma-aminobutyric acid (GAB A) is a ubiquitous non-protein amino acid synthesized via the decarboxylation of L-glutamate in a reaction catalyzed by the cytosolic enzyme L-glutamate decarboxylase (GAD). In animals it functions as an inhibitory neurotransmitter. In plants it accumulates rapidly in response to various stresses, but its function remains unclear. The hypothesis that GABA accumulation in leaf tissue may function as a plant resistance mechanism against phytophagous insect activity was investigated. GABA accumulation in response to mechanical stimulation, mechanical damage and insect activity was demonstrated. In wt tobacco (Nicotiana tabacum cv Samsun), mechanical stimulation or damage caused GABA to accumulate within 2 min from mean levels of 14 to 37 and 1~9 nmol g-l fresh weight (FW), respectively. In the transgenic tobacco strain CaMVGAD27c overexpressing Petunia GAD, the same treatments caused GABA to accumulate from 12 to 59 and 279 nmol g-l FW, respectively. In the transgenic tobacco strain CaMVGADilC 11 overexpressing Petunia GAD lacking an autoinhibitory domain, mechanical stimulation or damage caused GABA to accumulate from 180 to 309 and 630 nmol g-l FW, respectively. Ambulatory activity by tobacco budworm (TBW) larvae (Heliothis virescens) on leaves of CaMVGAD27c tobacco caused GABA to accumulate from 28 to 80 nmol g-l FW within 5 min. Ambulatory and leaf-rolling activity by oblique banded leaf roller (OBLR) larvae (Choristoneura rosaceana cv Harris) on wt soybean leaves (Glycine max cv Harovinton) caused GABA to accumulate from 60 to 1123 nmol g-l FW within 20 min. Increased GABA levels in leaf tissue were shown to affect phytophagous preference in TBW larvae presented with wt and transgenic tobacco leaves. When presented with leaves of Samsun wt and CaMVGAD27c plants, TBW larvae consumed more wt leaf tissue (640 ± 501 S.D. mm2 ) than transgenic leaf tissue (278 ± 338 S.D. mm2 ) nine times out of ten. When presented with leaves of Samsun wt and CaMVGAD~C11 plants, TBW larvae consumed more transgenic leaf tissue (1219 ± 1009 S.D. mm2 ) than wt leaf tissue (28 ± 31 S.D. mm2 ) ten times out of ten. These results indicate that: (1) ambulatory activity of insect larvae on leaves results in increased GABA levels, (2) transgenic tobacco leaves with increased capacity for GABA synthesis deter feeding, and (3) transgenic tobacco leaves with constitutively higher GABA levels stimulate feeding.

Biochemical and histological investigations of viral localisation in the hypersensitive reaction of Phaselous vulgaris L. var Pinto to tobacco mosaic virus infection

STOBBS, Lorne,W ABSTRACT Biochemical and Histological Investigations of viral localisation in the hypersensitive reaction of Phaseolus vulgaris L. var Pinto to tobacco mosaic virus infection. The infection of Phaseolus vulgaris L. var Pinto with tobacco mosaic virus (TMV) results in the production of distinct necrotic lesions confining the virus to restricted areas of the leaf surface. Biochemical and histological changes in the leaf tissue as a result of infection have been described. Trace accumulations of fluorescent metabolites, detected prior to lesion expression represent metabolites produced, by the cell in response to virus infection. These substances, are considered to undergo oxidation and in diffusing into adjacent cells, react with cellular constituents causing the death of these cells. Such cellular necrosis in advance of infection effectively limits virus spread. Chromatographic studies on extracts from TMV infected Pinto bean leaf tissue suggests that a number of extra-fluorescent metabolites produced on lesion'expression represent end products of phenolic oxidation r,eactionsoccurring earlier in these cells. Inhibition of phenolic oxidation by ascorbate infiltration or elevated temperature treatment resulted in the absence of extra-fluorescent metabolites and the continued movement of virus in the absence of necrosis. Further studies with i ascorbate infiltration indicated that irreversible necrotic events were determined as early as 12 tci 18 hrs after viral inoculation. Histochemical tests indicated that callose formation was initiated at this time, and occurred in response to necrotisation. Inhibition of necrosis by either ascorbate infiltration or elevated temp8rature treatment resulted in the absence of callose deposition. Scanning electron'micrographs of infected tissue revealed severe epidermal and palisade cell damage. Histochemical tests indicated extensive callose formation in cells bordering the lesion, and suggested the role of callose iTh the blockage of intercellular connections limiting virus movement. The significance of these cellular changes is discussed. ii

Use of digital camera to assess nitrogen status of winter wheat in the Northern China Plain

The most widely used methods to assess the nitrogen (N) status of winter wheat (Triticum aestivum L.) are the determination of plant total N by combustion, the testing of nitrate in the leaf tissue and the use of SPAD readings. However, due to their labor requirements or high costs these methods can hardly be applied to the huge wheat growing areas of the Northern China Plain. This study therefore examined an alternative method to measure the N status of wheat by using a digital camera to record the visible green light reflected from the plant canopy. The experiment was conducted near Beijing in a multi-factorial field trial with three levels of N. The intensity of green light reflected from the wheat canopy was compared to the total N concentration, to the nitrate concentration of the basal stem, and to the SPAD readings of leaves. The results show significant inverse relationships between greenness intensity, canopy total N, and SPAD readings at booting and flowering. At booting, sap nitrate <2000mgL^-1 was inversely related to greenness intensity and to sap nitrate concentration in the basal stem. At sap nitrate ~2000mgL^-1, the greenness intensity reached a plateau. At booting and flowering, significant inverse relationships between greenness intensity and shoot biomass were found. The results show the potential of the new method to assess the N status of winter wheat.

Food-chain transfer of cadmium and zinc from contaminated Urtica dioica to Helix aspersa and Lumbricus terrestris

The present study examines the potential of Urtica dioica as an ecologically relevant species for use in ecotoxicological testing. It is prevalent in degraded ecosystems and is a food source for invertebrates. Urtica dioica grown in hydroponic solutions containing from less than 0.003 to 5.7 mg Cd/L or from 0.02 to 41.9 mg Zn/L accumulated metals resulting in leaf tissue concentrations in the range of 0.10 to 24.9 mg Cd/kg or 22.5 to 2,772.0 mg Zn/kg. No toxicological effects were apparent except at the highest concentrations tested, suggesting that this species may be an important pathway for transfer of metals to primary plant consumers. Helix aspersa and Lumbricus terrestris were fed the Cd- and Zn-rich leaves of U. dioica for six and four weeks, respectively. Cadmium and Zn body load increased with increasing metal concentration in the leaves (p < 0.001). Ratios of invertebrate metal concentration to leaf metal concentration were in the range of 1:0.03 to 1:1.4 for Cd and 1:0.2 to 1:2.8 for Zn in H. aspersa and 1:0.002 to 1:3.9 for Cd and 1:0.2 to 1:8.8 for Zn in L. terrestris. Helix aspersa Cd and Zn tissue concentrations (15.5 and 1,220.2 mg/kg, respectively) were approximately threefold those in L. terrestris when both species were fed nettle leaves with concentrations of approximately 23 mg Cd/ kg and 3,400 mg Zn/kg. Models demonstrate that L. terrestris Cd tissue concentrations (r(2) = 0.74, p < 0.001) and H. aspersa Zn tissue concentrations (r(2) = 0.69, p < 0.001) can be estimated from concentrations of Cd and Zn within the leaves of U. dioica and suggest that reasonably reproducible results can be obtained using these species for ecotoxicological testing.

Confocal imaging of pseudomonas syringae pv. phaseolicola colony development in bean reveals reduced multiplication of strains containing the genomic island PPHGI-1.

Pseudomonas syringae pv. phaseolicola is the seed borne causative agent of halo blight in the common bean Phaseolus vulgaris. Pseudomonas syringae pv. phaseolicola race 4 strain 1302A contains the avirulence gene hopAR1 (located on a 106-kb genomic island, PPHGI-1, and earlier named avrPphB), which matches resistance gene R3 in P. vulgaris cultivar Tendergreen (TG) and causes a rapid hypersensitive reaction (HR). Here, we have fluorescently labeled selected Pseudomonas syringae pv. phaseolicola 1302A and 1448A strains (with and without PPHGI-1) to enable confocal imaging of in-planta colony formation within the apoplast of resistant (TG) and susceptible (Canadian Wonder [CW]) P. vulgaris leaves. Temporal quantification of fluorescent Pseudomonas syringae pv. phaseolicola colony development correlated with in-planta bacterial multiplication (measured as CFU/ml) and is, therefore, an effective means of monitoring Pseudomonas syringae pv. phaseolicola endophytic colonization and survival in P. vulgaris. We present advances in the application of confocal microscopy for in-planta visualization of Pseudomonas syringae pv. phaseolicola colony development in the leaf mesophyll to show how the HR defense response greatly affects colony morphology and bacterial survival. Unexpectedly, the presence of PPHGI-1 was found to cause a reduction of colony development in susceptible P. vulgaris CW leaf tissue. We discuss the evolutionary consequences that the acquisition and retention of PPHGI-1 brings to Pseudomonas syringae pv. phaseolicola in planta.

Foliar salt tolerance of Acer genotypes using chlorophyll fluorescence

The effect of increasing salinity on a range of chlorophyll fluorescence parameters in foliar tissue of 30 Acer genotypes was examined. The magnitude of the fluorescence responses differed among genotypes ranging from minor effects to substantial leaf tissue damage. Interpretation of the fluorescence expressions provided an insight into mechanisms of salt damage and resilience among genotypes. Based on reductions in a performance index (PIp) following salinity, genotypes were ranked in order from tolerant to sensitive. Based on this ranking criterion, marked differences in salt tolerance among genotypes were distinguished. It is concluded that chlorophyll fluorescence offers a rapid screening technique for assessing the foliar salinity tolerance of urban trees.

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.

Antecipação da adubação de semeadura do milho em dois sistemas de manejo do solo

Cada sistema de manejo do solo é trabalhado de maneira própria, alterando de forma diferenciada suas propriedades químicas, físicas e biológicas, podendo requerer modificações nas recomendações e no manejo da adubação. Com a finalidade de avaliar o desempenho de três cultivares de milho em relação à adubação realizada em pré-semeadura, comparada à adubação na semeadura, em dois sistemas de manejo do solo, foi realizado este estudo. O experimento foi conduzido na Faculdade de Ciências Agronômicas da UNESP, campus de Botucatu-SP, no período de novembro de 2003 a maio de 2004, em Nitossolo Vermelho distroférrico. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos ao acaso com parcelas subsubdivididas e quatro repetições. As parcelas foram constituídas pelos sistemas de manejo do solo (plantio direto e preparo reduzido com escarificação); as subparcelas, pelas épocas de adubação (adubação de pré-semeadura na superfície do solo, realizada 22 dias antes da semeadura do milho, e adubação feita junto com a semeadura do milho, sendo os fertilizantes incorporados ao solo); e as subsubparcelas, pelos cultivares de milho (DKB 333B, CO 32 e AL Bandeirante), totalizando 12 tratamentos. Os dados de produtividade, componentes de produção e teores de N, P e K no tecido foliar foram submetidos à análise de variância e às análises multivariadas de agrupamentos e de componentes principais. Os sistemas de manejo do solo não influíram no desempenho da cultura do milho, tampouco as épocas de adubação. As diferenças observadas nos componentes de produção e no desempenho da cultura do milho foram decorrentes, principalmente, da divergência genética dos cultivares de milho.

Alteração fisiológica da cana-de-açúcar pela aplicação de Glyphosate e Sulfumeturon-Methyl

O bloqueio parcial das rotas onde atuam os herbicidas, com uso de baixas doses, pode ter implicações importantes, como a alteração do balanço de processos metabólicos nas plantas. Assim, foi conduzido no ano agrícola 2006/2007 um experimento em cana-soca de segundo corte na Fazenda Jurema, pertencente ao grupo COSAN, município de Barra Bonita-SP, para verificar os efeitos do glyphosate e do sulfumeturon-methyl, em subdoses, no comportamento fisiológico da cana-de-açúcar pelos níveis de clorofila e carotenoides. Os tratamentos constituíram-se da aplicação de dois herbicidas: sulfumeturon-methyl (Curavial 360 e.a. kg-1) e glyphosate (Roundup 480 i.a. kg-1), isolados e em misturas, em diferentes doses, e um tratamento controle, sem a aplicação dos herbicidas. As doses utilizadas foram: glyphosate 200 mL p.c. ha-1; glyphosate 400 mL p.c. ha -1; glyphosate 200 mL p.c. ha -1 + 10 g p.c. ha-1 de sulfumeturon-methyl; glyphosate 150 mL p.c. ha -1 + 12 g p.c. ha -1 de sulfumeturon-methyl; e sulfumeturon-methyl 20 g p.c. ha -1. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos casualizados, com quatro repetições. As avaliações foram realizadas 15 e 30 dias após o plantio (DAP) e 30, 60, 90, 120, 150 e 180 dias após a colheita (DAC). As folhas foram cortadas padronizando-se o mesmo peso e área foliar. Para determinação do conteúdo de clorofila e carotenoides, amostras de 0,2 g de tecido foliar fresco foram preparadas e os extratos filtrados, sendo efetuadas leituras em espectrofotômetro (663 e 645 nm para clorofilas a e b, respectivamente). A aplicação de glyphosate e sulfumeturon-methyl nas maiores doses interferiu no conteúdo de carotenoides quando estes foram comparados com a testemunha. A maior dose de glyphosate diminuiu significativamente o conteúdo de clorofilas e carotenoides na cana-de-açúcar, porém esse resultado não se manteve quando a dose foi reduzida para 200 mL p.c. ha-1 . Os teores de clorofila foram inversamente proporcionais aos níveis Fe. A aplicação de sulfumeturon-methyl não interferiu nos teores de clorofila, no entanto os níveis de carotenoides se mostraram mais sensíveis e seus teores reduzidos. As alterações observadas nos níveis de clorofilas e carotenoides pela aplicação dos produtos podem afetar de maneira distinta o metabolismo da fotossíntese pela absorção e/ou conversão de energia.

Uso de índices de reflectância das folhas para avaliar o nível de nitrogênio em grama-bermuda

A reflectância da folha em determinados comprimentos de onda pode ser uma alternativa para estimar a concentração de nitrogênio (N) na planta, devido à relação entre o teor de clorofila e de N no tecido foliar. Este trabalho teve por objetivo avaliar índices da cor verde em grama-bermuda para predizer o nível de N na planta. O experimento foi conduzido em área comercial de produção de grama-bermuda, localizada na cidade de Capela do Alto/SP. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso, com cinco tratamentos (0, 150, 300, 450 e 600kg de N ha-1) e quatro repetições. Foi avaliada a reflectância das folhas pelo uso de medidor de cor de grama, clorofilômetro, e por meio de análise da imagem digital. O matiz (H) e índice de cor verde escuro (ICVE), calculados com base nos índices de reflectância da imagem digital, o ICVE, obtido com medidor de cor de grama, e a intensidade de coloração verde (ICV), obtida com o clorofilômetro, apresentaram forte correlação positiva com a concentração de N e a taxa de cobertura do solo (TCS) da grama-bermuda, podendo ser utilizados como índices auxiliares na recomendação de adubação nitrogenada para a cultura. Os valores obtidos que podem servir como primeiros índices para avaliação do estado nutricional em N na grama-bermuda Celebration são: H de 88 a 109o e ICVE de 0,54 a 0,66 (imagem digital); H de 67 a 76o e ICVE de 0,41 a 0,44 (medidor de cor da grama TCM 500); e ICV de 374 a 471 (clorofilômetro CM 1000).

Estado nutricional em nitrogênio da grama esmeralda avaliado por meio do teor foliar, clorofilômetro e imagem digital, em área adubada com lodo de esgoto

A intensidade da cor verde da folha pode ser alternativa para estimar a concentração de N na planta, devido à relação entre o teor de clorofila e o de N no tecido foliar. Objetivou-se neste trabalho avaliar índices da cor verde da grama esmeralda obtidos da análise da imagem digital e pelo uso do clorofilômetro para predizer o estado nutricional em N fornecido pelo lodo de esgoto. O experimento foi instalado e desenvolvido em uma propriedade comercial de grama esmeralda, localizada na cidade de Itapetininga (SP). O delineamento experimental foi em blocos casualizados, com quatro repetições e cinco doses de lodo de esgoto: 0, 10, 20, 30 e 40 Mg ha-1, base seca. As doses de lodo aplicadas correspondem a 100, 200, 300 e 400 kg ha-1 de nitrogênio disponível. Foram avaliadas as concentrações de N e a intensidade de coloração verde da folha pelo uso do clorofilômetro (ICV) e por meio da análise da imagem digital (G, H e ICVE) aos 45, 105 e 165 dias após a aplicação do lodo. Os valores de intensidade obtidos foram correlacionados com a concentração de N na lâmina foliar e com a taxa de cobertura do solo determinada nas mesmas épocas. A aplicação de doses de lodo de esgoto proporcionou aumento dos índices de cor verde e da concentração de N nas folhas da grama esmeralda. A concentração de N na lâmina foliar pode auxiliar a adubação nitrogenada em cobertura, pois proporcionou altas correlações com a taxa de cobertura do solo. O matiz (H) obtido com a imagem digital e a intensidade de cor verde da folha (ICV) obtida com o clorofilômetro correlacionaram-se com a concentração de N e com a taxa de cobertura do solo e, dessa forma, podem servir como índices na recomendação da adubação nitrogenada.

Interspecific variation in the defensive responses of obligate plant-ants: experimental tests and consequences for herbivory

The aggressive behavior of ants that protect plants from herbivores in exchange for rewards such as shelter or food is thought to be an important form of biotic defense against herbivory, particularly in tropical systems. To date, however, no one has compared the defensive responses of different ant taxa associated with the same plant species, and attempted to relate these differences to longer-term efficacy of ant defense. We used experimental cues associated with herbivory-physical damage and extracts of chemical volatiles from leaf tissue-to compare the aggressive responses of two ant species obligately associated with the Amazonian myrmecophyte Tococa bullifera (Melastomataceae). We also conducted a colony removal experiment to quantify the level of resistance from herbivores provided to plants by each ant species. Our experiments demonstrate that some cues eliciting a strong response from one ant species elicited no response by the other. For cues that do elicit responses, the magnitude of these responses can vary interspecifically. These patterns were consistent with the level of resistance provided from herbivores to plants. The colony removal experiment showed that both ant species defend plants from herbivores: however, herbivory was higher on plants colonized by the less aggressive ant species. Our results add to the growing body of literature indicating defensive ant responses are stimulated by cues associated with herbivory. However, they also suggest the local and regional variation in the composition of potential partner taxa could influence the ecology and evolution of defensive mutualisms in ways that have previously remained unexplored.

Normas preliminares dris e faixas de suficiência para goiabeira 'Paluma'

O diagnóstico nutricional a partir da análise do tecido foliar é um instrumento eficiente para detectar desequilíbrios e auxiliar no processo de recomendação de adubação. Assim, objetivou-se avaliar a relação entre os índices DRIS e os teores foliares de nutrientes, estabelecer teores foliares adequados de nutrientes com o DRIS e validar normas DRIS para a goiabeira 'Paluma'. Avaliou-se um pomar comercial nas condições de cultivo do Estado de São Paulo, durante seis safras de produção de frutos, provenientes de ensaios de adubação orgânica e mineral, totalizando 168 amostras. A ordem dos nutrientes limitantes por falta em ordem decrescente foram: Fe>K>Mn>Ca>B>N>P>Cu>S>Mg>Zn, e limitantes por excesso em ordem decrescente foram: Cu>Fe>P>Mn=Mg>Zn>Ca>B>K>S>N. As faixas adequadas, provenientes dos índices DRIS, são: 18-21; 1,5-1,7; 15-17; 8-11; 1,8-2,5 e 2,5-2,9 (g kg-1) para os macronutrientes N, P, K, Ca, Mg e S, respectivamente, e 26-38; 5-57; 54-112; 53-101 e 13-126 (mg kg-1) para os micronutrientes B, Cu, Fe, Mn e Zn, respectivamente. A produtividade das goiabeiras esteve associada ao estado nutricional.

Serpentine leafminer (Liriomyza trifolii) on potato (Solanum tuberosum): field observations and plant photosynthetic responses to injury

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

CTAB methods for DNA extraction of sweetpotato for microsatellite analysis

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