Indigenous Arbuscular Mycorrhizal Fungal Assemblages Protect Grassland Host Plants from Pathogens

Plant roots can establish associations with neutral, beneficial and pathogenic groups of soil organisms. Although it has been recognized from the study of individual isolates that these associations are individually important for plant growth, little is known about interactions of whole assemblages of beneficial and pathogenic microorganisms associating with plants. We investigated the influence of an interaction between local arbuscular mycorrhizal (AM) fungal and pathogenic/saprobic microbial assemblages on the growth of two different plant species from semi-arid grasslands in NE Germany (Mallnow near Berlin). In a greenhouse experiment each plant species was grown for six months in either sterile soil or in sterile soil with one of three different treatments: 1) an AM fungal spore fraction isolated from field soil from Mallnow; 2) a soil pathogen/saprobe fraction consisting of a microbial community prepared with field soil from Mallnow and; 3) the combined AM fungal and pathogen/saprobe fractions. While both plant species grew significantly larger in the presence of AM fungi, they responded negatively to the pathogen/saprobe treatment. For both plant species, we found evidence of pathogen protection effects provided by the AM fungal assemblages. These results indicate that interactions between assemblages of beneficial and pathogenic microorganisms can influence the growth of host plants, but that the magnitude of these effects is plant species-specific.

Effect of organic matter amendment, arsenic amendment and water management regime on rice grain arsenic species

Arsenic accumulation in rice grain has been identified as a major problem in some regions of Asia. A study was conducted to investigate the effect of increased organic matter in the soil on the release of arsenic into soil pore water and accumulation of arsenic species within rice grain. It was observed that high concentrations of soil arsenic and organic matter caused a reduction in plant growth and delayed flowering time. Total grain arsenic accumulation was higher in the plants grown in high soil arsenic in combination with high organic matter, with an increase in the percentage of organic arsenic species observed. The results indicate that the application of organic matter should be done with caution in paddy soils which have high soil arsenic, as this may lead to an increase in accumulation of arsenic within rice grains. Results also confirm that flooding conditions substantially increase grain arsenic. (c) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.

An Arabidopsis mutant cex1 exhibits constant accumulation of jasmonate-regulated AtVSP, Thi2.1 and PDF1.2.

Jasmonates (JA) act as a regulator in plant growth as well as a signal in plant defense. The Arabidopsis vegetative storage protein (AtVSP) and plant defense-related proteins thionin (Thi2.1) and defensin (PDF1.2) have previously been shown to accumulate in response to JA induction. In this report, we isolated and characterized a novel recessive mutant, cex1, conferring constitutive JA-responsive phenotypes including JA-inhibitory growth and constitutive expression of JA-regulated AtVSP, Thi2.1 and PDF1.2. The plant morphology and the gene expression pattern of the cex1 mutant could be phenocopied by treatment of wild-type plants with exogenous JA, indicating that CEX1 might be a negative regulator of the JA response pathway.

Giving structure to the biofilm matrix: an overview of individual strategies and emerging common themes

Biofilms are communities of microbial cells that underpin diverse processes including sewage bioremediation, plant growth promotion, chronic infections and industrial biofouling. The cells resident in the biofilm are encased within a self-produced exopolymeric matrix that commonly comprises lipids, proteins that frequently exhibit amyloid-like properties, eDNA and exopolysaccharides. This matrix fulfils a variety of functions for the community, from providing structural rigidity and protection from the external environment to controlling gene regulation and nutrient adsorption. Critical to the development of novel strategies to control biofilm infections, or the capability to capitalize on the power of biofilm formation for industrial and biotechnological uses, is an in-depth knowledge of the biofilm matrix. This is with respect to the structure of the individual components, the nature of the interactions between the molecules and the three-dimensional spatial organization. We highlight recent advances in the understanding of the structural and functional role that carbohydrates and proteins play within the biofilm matrix to provide three-dimensional architectural integrity and functionality to the biofilm community. We highlight, where relevant, experimental techniques that are allowing the boundaries of our understanding of the biofilm matrix to be extended using Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Vibrio cholerae, and Bacillus subtilis as exemplars.

Phytoremediation assessment of Gomphrena globosa and Zinnia elegans grown in arsenic-contaminated hydroponic conditions as a safe and feasible alternative to be applied in arsenic-contaminated soils of the Bengal Delta

Several agricultural fields show high contents of arsenic because of irrigation with arsenic- contaminated groundwater. Vegetables accumulate arse- nic in their edible parts when grown in contaminated soils. Polluted vegetables are one of the main sources of arsenic in the food chain, especially for people living in rural arsenic endemic villages of India and Bangladesh. The aim of this study was to assess the feasibility of floriculture in the crop rotation system of arsenic en- demic areas of the Bengal Delta. The effects of different arsenic concentrations (0, 0.5, 1.0, and 2.0 mg As L−1) and types of flowering plant (Gomphrena globosa and Zinnia elegans) on plant growth and arsenic accumula- tion were studied under hydroponic conditions. Total arsenic was quantified using atomic absorption spec- trometer with hydride generation (HG-AAS). Arsenic was mainly accumulated in the roots (72 %), followed by leaves (12 %), stems (10 %), and flowers (<1 %). The flowering plants studied did not show as high phytoremediation capacities as other wild species, suchas ferns. However, they behaved as arsenic tolerant plants and grew and bloomed well, without showing any phytotoxic signs. This study proves that floriculture could be included within the crop rotation system in arsenic-contaminated agricultural soils, in order to im- prove food safety and also food security by increasing farmer’s revenue.

The International Symposium on Fungal Stress - ISFUS

Fungi play central roles in many biological processes, influencing soil fertility, decomposition, cycling of minerals, and organic matter, plant health, and nutrition. They produce a wide spectrum of molecules, which are exploited in a range of industrial processes to manufacture foods, food preservatives, flavoring agents, and other useful biological products. Fungi can also be used as biological control agents of microbial pathogens, nematodes or insect pests, and affect plant growth, stress tolerance, and nutrient acquisition. Successful exploitation of fungi requires better understanding of the mechanisms that fungi use to cope with stress as well as the way in which they mediate stress tolerance in other organisms. It is against this backdrop that a scientific meeting on fungal stress was held in São José dos Campos, Brazil, in October 2014. The meeting, hosted by Drauzio E. N. Rangel and Alene E. Alder-Rangel, and supported by the São Paulo Research Foundation (FAPESP), brought together more than 30 young, mid-career, and highly accomplished scientists from ten different countries. Here we summarize the highlights of the meeting.

Arsenic uptake and accumulation in rice (Oryza sativa L.) irrigated with contaminated water

Long-term use of arsenic contaminated groundwater to irrigate crops, especially paddy rice (Oryza sativa L.) has resulted in elevated soil arsenic levels in Bangladesh. There is, therefore, concern regarding accumulation of arsenic in rice grown on these soils. A greenhouse pot experiment was conducted to evaluate the impact of arsenic-contaminated irrigation water on the growth and uptake of arsenic into rice grain, husk, straw and root. There were altogether 10 treatments which were a combination of five arsenate irrigation water concentrations (0-8 mg As l^-1) and two soil phosphate amendments. Use of arsenate containing irrigation water reduced plant height, decreased rice yield and affected development of root growth. Arsenic concentrations in all plant parts increased with increasing arsenate concentration in irrigation water. However, arsenic concentration in rice grain did not exceed the maximum permissible limit of 1.0 mg As kg^-1. Arsenic accumulation in rice straw at very high levels indicates that feeding cattle with such contaminated straw could be a direct threat for their health and also, indirectly, to human health via presumably contaminated bovine meat and milk. Phosphate application neither showed any significant difference in plant growth and development, nor in As concentrations in plant parts.

PIAS1 is increased in human prostate cancer and enhances proliferation through inhibition of p21

Prostate cancer development and progression are associated with alterations in expression and function of elements of cytokine networks, some of which can activate multiple signaling pathways. Protein inhibitor of activated signal transducers and activators of transcription (PIAS)1, a regulator of cytokine signaling, may be implicated in the modulation of cellular events during carcinogenesis. This study was designed to investigate the functional significance of PIAS1 in models of human prostate cancer. We demonstrate for the first time that PIAS1 protein expression is significantly higher in malignant areas of clinical prostate cancer specimens than in normal tissues, thus suggesting a growth-promoting role for PIAS1. Expression of PIAS1 was observed in the majority of tested prostate cancer cell lines. In addition, we investigated the mechanism by which PIAS1 might promote prostate cancer and found that down-regulation of PIAS1 leads to decreased proliferation and colony formation ability of prostate cancer cell lines. This decrease correlates with cell cycle arrest in the G0/G1 phase, which is mediated by increased expression of p21(CIP1/WAF1). Furthermore, PIAS1 overexpression positively influences cell cycle progression and thereby stimulates proliferation, which can be mechanistically explained by a decrease in the levels of cellular p21. Taken together, our data reveal an important new role for PIAS1 in the regulation of cell proliferation in prostate cancer.

Influência do tratamento de material vegetativo de videira, por imersão em água quente, no seu desenvolvimento em viveiro e na eliminação da flavescência dourada

Dissertação de mestrado em Agricultura Sustentável, apresentada na Escola Superior Agrária de Santarém, Instituto Politécnico de Santarém.

Aluminium toxicity in wheat and rye

Com o presente trabalho pretendeu-se determinar e compreender melhor quais os alvos do Alumínio (Al) nas plantas, e contribuir para um melhor entendimento dos mecanismos de tolerância presentes em genótipos com elevado grau de tolerância ao Al. O Al é um dos maiores constituintes do solo e torna-se biodisponível em solos com baixo pH. Nesses casos, a exposição ao Al afecta negativamente o crescimento das plantas conduzindo a uma diminuição da produção. Estes factos são especialmente visíveis nos cereais, sendo a exposição ao Al uma das principais causas das quebras de produção nestas espécies. O Capítulo I consiste numa revisão geral sobre a toxicidade do Al nas plantas, apontando os seus principais alvos. Apresenta também os mecanismos de resistência, que inclui Al-destoxificação externa e interna, em diferentes espécies. O Capítulo II aborda os estudos sobre a exposição de curto prazo ao Al em duas espécies de cereais: Triticum aestivum L. e Secale cereale L., tendo-se sempre utilizado um genótipo Al-tolerante e um Al-sensível para cada espécie. Este capítulo está dividido em três estudos: no Capítulo II.1 realça-se o efeito da exposição a 185 μM de Al no equilíbrio nutricional em trigo. Verificou-se que em ambos os genótipos (sensível e tolerante) o perfil de macro e micro nutrientes se alterou, tendo uma interferência negativa, sobretudo no nível de P, Mg e K. Além disso, registaram-se diferenças na diferenciação da endoderme consoante o grau de tolerância/sensibilidade do genótipo. No Capítulo II.2 apresenta-se uma visão mais abrangente dos efeitos da exposição a 185 μM de Al em trigo, incluindo parâmetros fisiológicos, estruturais, citológicos e genotóxicos. Demonstra-se, pela primeira vez, que a progressão do ciclo celular é diferentemente regulada, dependendo da tolerância/sensibilidade do genótipo e que, mesmo em zonas já diferenciadas da raiz a exposição ao Al leva à deposição de calose. O Capítulo II.3 aborda os efeitos da exposição de 1.1 mM de Al em centeio, numa perspectiva bastante alargada. Apresenta-se o desequilíbrio nutricional, sobretudo no genótipo sensível, assim como a translocação de Al para a parte aérea nesse mesmo genótipo. Analisa-se também o comportamento de ambos os genótipos no que se refere ao ciclo celular, diferenciação da endoderme, crescimento radicular, reservas de hidratos de carbono, entre outros. Os resultados apontam para estratégias bem definidas adoptadas pelo genótipo tolerante de forma a minimizar a acção do Al no sistema radicular. O Capítulo III compreende a exposição longa ao Al. Dois genótipos de centeio com diferentes graus de tolerância ao Al foram expostos a 1.11 mM e 1.85 mM de Al durante 21 dias, tendo sido usados dois pontos de amostragem (15 e 21 dias). Este capítulo está dividido em dois estudos: No Capítulo III. 1 analisamse os mecanismos antioxidantes (folhas e raízes) como resposta à exposição ao Al, dando-se especial atenção ao ciclo do ascorbato-glutationas. A exposição ao Al levou a stress oxidativo e a alterações na actividade de enzimas antioxidantes e no conteúdo de antioxidantes não-enzimáticos. Demonstra-se que os dois órgãos apresentam respostas diferentes à exposição ao Al e que a capacidade de sobreviver em ambientes ricos em Al depende da eficácia da resposta antioxidante. Para além disso, a resposta do ciclo ascorbato-glutationas parece estar dependente do tipo de órgão, grau de tolerância e do tempo de exposição ao Al. No Capítulo III. 2 analisam-se os efeitos da exposição ao Al na fotossíntese. Verificou-se que o Al afecta negativamente a taxa fotossintética em ambos os genótipos, embora as alterações que o Al provoca nas trocas gasosas e no Ciclo de Calvin sejam dependentes do genótipo. Verificou-se também que os danos no genótipo sensível surgem mais cedo do que no genótipo tolerante, mas que ambos apresentam susceptibilidade ao Al após exposição de longo termo. Por fim, no Capítulo IV são apresentadas as conclusões da Tese de Doutoramento.

Compostagem e caracterização de resíduos vegetais para utilização como substratos hortícolas

O objectivo deste trabalho foi estudar a utilização de 5 compostos de resíduos de origem vegetal, como componentes de substratos hortícolas. Estudaram-se os processos de compostagem de bagaço de azeitona, bagaço de uva, polpa de alfarroba, casca de eucalipto e casca de pinheiro, caracterizaram-se os compostos obtidos e testou-se a sua aptidão agronómica, como substratos para viveiro de tomate (Lycopersicum esculentum Mill.) em placas alveoladas e cultura de pelargónio (Pelargonium x hortorum) em vaso. Após uma preparação prévia, que em alguns dos resíduos vegetais constou de moenda, suplemento de azoto e aumento do teor de humidade, efectuou-se a sua compostagem em caixas com 1200 L de capacidade, isoladas termicamente, com arejamento por volteio manual. Depois foram analisadas as suas características físicas e químicas e testados na sua aptidão como constituintes únicos de substratos e em misturas com turfa de sphagnum. A maioria dos processos de compostagem apresentou uma evolução habitual da temperatura, com a máxima aproximando-se ou ultrapassando 60 oC. Como excepções, verificou-se um período de compostagem muito longo em bagaço de azeitona; o atraso da fase termofílica em polpa de alfarroba e, na 1ª compostagem de casca de pinheiro, a temperatura não alcançou a zona termofílica. A maioria dos resíduos manifestaram uma acentuada resistência à degradação durante a compostagem, à excepção da polpa de alfarroba e da casca de eucalipto. Contudo, a nível físico-químico e químico registaram-se evoluções acentuadas, sobretudo nas variáveis relacionadas com alterações da superfície das partículas, como por exemplo, a capacidade de troca catiónica. Outras variáveis apresentaram uma evolução interessante para o acompanhamento do processo e o conhecimento do grau de estabilidade do composto final. Foi apreciável o efeito proporcionado pela adição de lamas de estação de tratamento de águas residuais urbanas, como suplemento azotado, a nível das propriedades físicas dos compostos, do aumento da velocidade do processo de compostagem e do enriquecimento dos compostos em macro e micronutrientes. A compostagem não conduziu à melhoria significativa das propriedades físicas dos materiais, excepto em casca de eucalipto. Os compostos caracterizaram-se fundamentalmente por uma reduzida capacidade de retenção de água e uma elevada capacidade de arejamento. Os compostos obtidos com incorporação de lamas apresentaram os valores mais baixos de capacidade de arejamento, mesmo assim dentro dos limites satisfatórios e, os valores mais altos de capacidade de retenção de água. Na cultura em placas alveoladas, o comportamento de muitas das misturas com compostos não se diferenciou do da testemunha, observando-se uma flutuação sazonal do comportamento das misturas nos dois viveiros de cada ano, associada às condições ambientais mais exigentes do ponto de vista da disponibilidade de água. Observou-se um maior número de correlações significativas entre as características dos substratos e as variáveis relativas ao crescimento das plantas nos viveiros efectuados mais tarde, sob condições de maior evapotranspiração. As plantas obtidas no segundo viveiro de tomate foram instaladas em cultura. As características das plantas do viveiro, apresentaram elevada correlação com as respectivas produções obtidas no campo, evidenciando a importância da qualidade das plantas de viveiro, na produção. Nos ensaios de pelargónio em vaso, também se observaram comportamentos idênticos ao da testemunha em muitas das misturas com compostos. Observou-se no 2º ensaio, um maior número de tratamentos com resultados idênticos aos da testemunha, resultante das condições de menor exigência hídrica, as quais fizeram sobressair menos as diferenças de propriedades físicas das misturas. Contudo, a diferença de crescimento obtido em algumas misturas, atribuiu-se também à interferência da continuidade capilar entre o vaso de papel com a estaca enraizada e a mistura em estudo. O trabalho presente mostrou que é possível obter compostos a partir de resíduos orgânicos, com boas características e a preço competitivo para utilização como substratos hortícolas. O processo de compostagem sendo um elemento chave, é fácil de controlar se houver uma regulação eficaz do arejamento e do teor de humidade durante o processo. Apesar de alguns resíduos, como a polpa de alfarroba, serem caros, se tomarmos em consideração o custo da sua eliminação, poderão conduzir a substratos comercialmente viáveis. Em condições ambientais que favoreçam uma maior evapotranspiração ou, em culturas com maior exigência hídrica, pode ser aconselhável a mistura dos compostos estudados com turfa de sphagnum pouco decomposta para melhorar a capacidade de retenção de água.

Effets de la salinité sur le développement de la canneberge

De nouvelles recommandations dans la production de canneberges suggèrent l’utilisation de l’irrigation souterraine, une méthode susceptible d’augmenter l’accumulation de sels dans le sol. Par ailleurs, le prélèvement d’eaux souterraines saumâtres dans des nappes résiduelles de la mer Champlain sous les dépôts d’argile dans la vallée du St-Laurent ou résultant du rehaussement des niveaux marins dans les zones côtières dû aux changements climatiques pourrait affecter la productivité des canneberges cultivées dans l’Est du Canada. Puisque très peu de données concernant la tolérance de la canneberge à la salinité sont disponibles, cette étude a été menée afin de déterminer si ces nouvelles recommandations pourraient éventuellement affecter le rendement de la plante. Dans une serre, des plants de canneberge ont été soumis à huit traitements obtenus à partir de deux méthodes d’irrigation (aspersion et irrigation souterraine) et quatre niveaux de salinité créés par des quantités croissantes de K2SO4 (125, 2 500, 5 000 et 7 500 kg K2O ha-1). L’irrigation souterraine a entraîné des conditions édaphiques plus sèches. Cependant, aucune différence significative de la conductivité électrique de la solution du sol (CEss) n’a été observée entre les deux types d’irrigation. Pourtant, les taux de photosynthèse et la nouaison étaient significativement plus faibles chez les plantes sous traitement d’irrigation souterraine. Les paramètres de croissance ont diminué de façon linéaire avec l’augmentation de la salinité alors que les paramètres de rendement ont connu une diminution quadratique avec l’élévation de la CEss. Une CEss moyenne de 3,2 dS m-1 pendant la floraison a provoqué une chute de 22% du taux relatif de photosynthèse et une diminution de 56% du rendement par rapport au témoin. Le suivi de la conductivité électrique du sol lors de l’implantation d’une régie d’irrigation souterraine de déficit en production de canneberges serait donc recommandable afin d’éviter le stress salin.

Évaluation du potentiel de croissance et de rendement d’une culture de tomates biologiques cultivées dans une serre climatisée à l’aide d’un système géothermique

Ce projet visait à comparer les effets agronomiques d’une serre de tomates biologiques semi-fermée utilisant un système de climatisation par géothermie comparativement à une serre ouverte. Deux serres de 228 et 230 m2 ont été équipées d’un système d’échangeur d’air avec géothermie qui refroidissait et déshumidifiait l’air (serre semi-fermée) et d’un système de ventilation naturelle (serre témoin). Ces dernières ont été comparées au cours des années 2012 et 2013 entre lesquels les traitements ont été permutés. Les variables mesurées étaient les paramètres de croissance des plants ainsi que le rendement, le calibre des fruits et les propriétés physico-chimiques des tomates. Les résultats ont démontré que le système de climatisation n’a pas eu d’effets significatifs sur la croissance des plants, la qualité des fruits ainsi que le rendement. Les deux serres avaient des cibles de concentration en CO2 comprises entre 450 µL L-1 et 1000 µL L-1 selon l’ensoleillement. Les quantités de CO2 injectées ont été de 11 kg/m2 et 15 kg/m2 respectivement en 2012 et 2013 dans la serre semi-fermée alors qu’elles ont été de 24 kg/m2 et 25 kg/m2 dans la serre témoin. Bien qu’ayant nécessité moins d’injection, la serre semi-fermée a permis de conserver des concentrations en CO2 de 638 µL L-1 en 2012 et de 593 µL L-1 en 2013. Ces concentrations sont plus élevées que celles obtenues dans la serre témoin qui étaient respectivement de 385 µL L-1 et 486 µL L-1 en 2012 et 2013. De ce fait, le coût monétaire associé à l’enrichissement carboné a été de 1,6 à 2,0 fois plus élevé dans la serre témoin que dans la serre semi-fermée.

Perturbation of Cytokinin and Ethylene-signalling Pathways Explain the Strong Rooting Phenotype Exhibited by Arabidopsis Expressing the Schizosaccharomyces Pombe mitotic inducer, cdc25.

Background Entry into mitosis is regulated by cyclin dependent kinases that in turn are phosphoregulated. In most eukaryotes, phosphoregulation is through WEE1 kinase and CDC25 phosphatase. In higher plants a homologous CDC25 gene is unconfirmed and hence the mitotic inducer Schizosaccharomyces pombe (Sp) cdc25 has been used as a tool in transgenic plants to probe cell cycle function. Expression of Spcdc25 in tobacco BY-2 cells accelerates entry into mitosis and depletes cytokinins; in whole plants it stimulates lateral root production. Here we show, for the first time, that alterations to cytokinin and ethylene signaling explain the rooting phenotype elicited by Spcdc25 expression in Arabidopsis. Results Expressing Spcdc25 in Arabidopsis results in increased formation of lateral and adventitious roots, a reduction of primary root width and more isodiametric cells in the root apical meristem (RAM) compared with wild type. Furthermore it stimulates root morphogenesis from hypocotyls when cultured on two way grids of increasing auxin and cytokinin concentrations. Microarray analysis of seedling roots expressing Spcdc25 reveals that expression of 167 genes is changed by > 2-fold. As well as genes related to stress responses and defence, these include 19 genes related to transcriptional regulation and signaling. Amongst these was the up-regulation of genes associated with ethylene synthesis and signaling. Seedlings expressing Spcdc25 produced 2-fold more ethylene than WT and exhibited a significant reduction in hypocotyl length both in darkness or when exposed to 10 ppm ethylene. Furthermore in Spcdc25 expressing plants, the cytokinin receptor AHK3 was down-regulated, and endogenous levels of iPA were reduced whereas endogeous IAA concentrations in the roots increased. Conclusions We suggest that the reduction in root width and change to a more isodiametric cell phenotype in the RAM in Spcdc25 expressing plants is a response to ethylene over-production. The increased rooting phenotype in Spcdc25 expressing plants is due to an increase in the ratio of endogenous auxin to cytokinin that is known to stimulate an increased rate of lateral root production. Overall, our data reveal important cross talk between cell division and plant growth regulators leading to developmental changes.

Efeito da combinação de antibióticos e sinvastatina sobre microrganismos de interesse endodôntico e na expressão de marcadores odontoblásticos

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