Effect of CDC25 and WEE1 on Plant Cell Cycle and Morphogenesis

The cell cycle comprise the four phases of, G1, S-phase, G2 and mitosis. Two critical transitions are G1/S and G2/M; the latter is regulated by WEE1 kinase and CDC25 phosphatases. The scope of this thesis was to investigate the regulation of the G2/M transition of the cell cycle by WEE1 and CDC25, and how these genes interface with plant growth regulators in Arabidopsis thaliana. In Arabidopsis roots, the frequency of lateral roots was found to be increased by ectopic expression of Schizosaccharomyces pombe (Sp)cdc25e and reduced by Arath;WEE1 expression. I examined the effect of Arath;WEE1 and Spcdc25 on induction of shoots and roots in Arabidopsis hypocotyls in vitro. Hypocotyl explants from two over-expressing WEE1 lines , three T-DNA insertion lines and two expressing cdc25 (Spcdc25e) lines together with wild type (WT) were cultured on two-way gradients of kinetin (Kin) and naphthyl acetic acid (NAA). Below a threshold concentration of NAA (100 ng ml-1), WEE1 repressed morphogenesis in vitro, whereas at all NAA/Kin combinations Spcdc25 promoted morphogenesis (particularly root formation) over and above that in WT. Loss of function wee1-1 cultures were very similar to WT. Quantitative data indicated a significant increase in the frequency of root formation in Spcdc25e cultures compared with WT particularly at low Kin concentrations, and WEE1oe’s repressive effect was overcome by NAA but not Kin. In conclusion, WEE1 has a repressive effect on morphogenesis in vitro that can be overcome by auxin whereas Spcd25 by-passes a cytokinin requirement for the induction of morphogenesis in vitro. The role of CDC25 and WEE1 in DNA damage responses was also analysed. Two over-expressing Arath;CDC25 lines and T-DNA mutants showed no difference to WT either in standard conditions or zeocin-supplemented treatments. However, root length was longer in Arath;CDC25oe lines treated with hydroxyurea (HU) and lateral root number was increased compared to WT. This suggests a differential response of Arath;CDC25oe in the DNA replication (HU-induced) and DNA damage (zeocin-induced) checkpoints (Chapter 5). Finally the roles of WEE1 and CDC25 in cell cycle regulation were examined using tobacco TBY-2 cell cultures expressing Arath;WEE1, Nicotiana tabacum (Nicta)WEE1 or Arath;CDC25. Whilst Nicta;WEE1 lengthened G2 of the cell cycle, Arath;WEE1 had an unusual effect of shortening G2 phase and Arath;CDC25 had no observable effect (Chapter 6).

Biodiversity of amoebae and amoebae-resisting bacteria in a drinking water treatment plant

The complex ecology of free-living amoebae (FLA) and their role in spreading pathogenic microorganisms through water systems have recently raised considerable interest. In this study, we investigated the presence of FLA and amoebae-resisting bacteria (ARB) at various stages of a drinking water plant fed with river water. We isolated various amoebal species from the river and from several points within the plant, mostly at early steps of water treatment. Echinamoeba- and Hartmannella-related amoebae were mainly recovered in the drinking water plant whereas Acanthamoeba- and Naegleria-related amoebae were recovered from the river water and the sand filtration units. Some FLA isolates were recovered immediately after the ozonation step, thus suggesting resistance of these microorganisms to this disinfection procedure. A bacterial isolate related to Mycobacterium mucogenicum was recovered from an Echinamoeba-related amoeba isolated from ozone-treated water. Various other ARB were recovered using co-culture with axenic Acanthamoeba castellanii, including mycobacteria, legionella, Chlamydia-like organisms and various proteobacteria. Noteworthy, a new Parachlamydia acanthamoebae strain was recovered from river water and from granular activated carbon (GAC) biofilm. As amoebae mainly multiply in sand and GAC filters, optimization of filter backwash procedures probably offers a possibility to better control these protists and the risk associated with their intracellular hosts

Inter and intra-specific differences in medicinal plant use for the treatment of type II diabetes symptoms by the Cree Elders of Eeyou Istchee (QC)

Au Canada, nous remarquons une prédominance du diabète de type 2 au sein des communautés autochtones. Une approche ethnobotanique est utilisée en collaboration avec la Nation Crie de Eeyou Istchee afin de déterminer quels traitements à base de plantes peuvent être utilisés pour contrer les différentes conditions qui, collectivement, forment le diabète. Les pharmacopées de deux communautés cries, soit celles de Waskaganish et de Nemaska, ont été établies puis comparées à celles de étudiées antérieurement : communautés Whapmagoostui et Mistissini. Malgré les différences géographiques de ces groupes, leurs utilisations sont majoritairement semblables, avec pour seule exception le contraste entre les communautés de Nemaska et de Whapmagoostui. De plus, nous avons complété l’évaluation du taux cytoprotecteur des aiguilles, de l’écorce et des cônes de l’épinette noire (Picea mariana). Les extraits provenant de tous les organes des plantes démontrent une protection qui dépend de la concentration. La réponse spécifique d’organes peut varier selon l’habitat; ainsi, les plantes poussant dans les tourbières ou dans les forêts, sur le littoral ou à des terres l’intérieur démontrent des différences quant à leur efficacité. Bref, l’écorce démontre une relation dose-effet plus forte dans la forêt littorale, tandis que les aiguilles n’indiquent pas de changements significatifs selon leur environnement de croissance. La bioactivité observée démontre une corrélation avec le contenu phénolique et non avec l’activité de l’agent antioxydant. Ces résultats contribuent à péciser les activités antidiabétiques des plantes de la forêt boréale canadienne, telles qu’identifiées au niveau cellulaire par les guérisseurs Cries.

Molecular interactions of arbuscular mycorrhizal fungi with mycotoxin-producing fungi and their role in plant defense responses

Les trichothécènes de Fusarium appartiennent au groupe des sesquiterpènes qui sont des inhibiteurs la synthèse des protéines des eucaryotes. Les trichothécènes causent d’une part de sérieux problèmes de santé aux humains et aux animaux qui ont consommé des aliments infectés par le champignon et de l’autre part, elles sont des facteurs importants de la virulence chez plantes. Dans cette étude, nous avons isolé et caractérisé seize isolats de Fusarium de la pomme de terre infectée naturellement dans un champs. Les tests de pathogénicité ont été réalisés pour évaluer la virulence des isolats sur la pomme de terre ainsi que leur capacité à produire des trichothécènes. Nous avons choisi F. sambucinum souche T5 comme un modèle pour cette étude parce qu’il était le plus agressif sur la pomme de terre en serre en induisant un flétrissement rapide, un jaunissement suivi de la mort des plantes. Cette souche produit le 4,15-diacétoxyscirpénol (4,15-DAS) lorsqu’elle est cultivée en milieu liquide. Nous avons amplifié et caractérisé cinq gènes de biosynthèse trichothécènes (TRI5, TRI4, TRI3, TRI11, et TRI101) impliqués dans la production du 4,15-DAS. La comparaison des séquences avec les bases de données a montré 98% et 97% d'identité de séquence avec les gènes de la biosynthèse des trichothécènes chez F. sporotrichioides et Gibberella zeae, respectivement. Nous avons confrenté F. sambucinum avec le champignon mycorhizien à arbuscule Glomus irregulare en culture in vitro. Les racines de carotte et F. sambucinum seul, ont été utilisés comme témoins. Nous avons observé que la croissance de F. sambucinum a été significativement réduite avec la présence de G. irregulare par rapport aux témoins. Nous avons remarqué que l'inhibition de la croissance F. sambucinum a été associée avec des changements morphologiques, qui ont été observés lorsque les hyphes de G. irregulare ont atteint le mycélium de F. sambucinum. Ceci suggère que G. irregulare pourrait produire des composés qui inhibent la croissance de F. sambucinum. Nous avons étudié les patrons d’expression des gènes de biosynthèse de trichothécènes de F. sambucinum en présence ou non de G. irregulare, en utilisant le PCR en temps-réel. Nous avons observé que TRI5 et TRI6 étaient sur-exprimés, tandis que TRI4, TRI13 et TRI101 étaient en sous-exprimés en présence de G. irregulare. Des analyses par chromatographie en phase-gazeuse (GC-MS) montrent clairement que la présence de G. irregulare réduit significativement la production des trichothécènes par F. sambucinum. Le dosage du 4,15-DAS a été réduit à 39 μg/ml milieu GYEP par G. irregulare, comparativement à 144 μg/ml milieu GYEP quand F. sambucinum est cultivé sans G. irregulare. Nous avons testé la capacité de G. irregulare à induire la défense des plants de pomme de terre contre l'infection de F. sambucinum. Des essais en chambre de croissance montrent que G. irregulare réduit significativement l’incidence de la maladie causée par F. sambucinum. Nous avons aussi observé que G. irregulare augmente la biomasse des racines, des feuilles et des tubercules. En utilisant le PCR en temps-réel, nous avons étudié les niveaux d’expression des gènes impliqué dans la défense des plants de pommes de terre tels que : chitinase class II (ChtA3), 1,3-β-glucanase (Glub), peroxidase (CEVI16), osmotin-like protéin (OSM-8e) et pathogenèses-related protein (PR-1). Nous avons observé que G. irregulare a induit une sur-expression de tous ces gènes dans les racines après 72 heures de l'infection avec F. sambucinum. Nous avons également trové que la baisse provoquée par F. sambucinum des gènes Glub et CEVI16 dans les feuilles pourrait etre bloquée par le traitement AMF. Ceci montre que l’inoculation avec G. irregulare constitut un bio-inducteur systémique même dans les parties non infectées par F. sambucinum. En conclusion, cette étude apporte de nouvelles connaissances importantes sur les interactions entre les plants et les microbes, d’une part sur les effets directs des champignons mycorhiziens sur l’inhibition de la croissance et la diminution de la production des mycotoxines chez Fusarium et d’autre part, l’atténuation de la sévérité de la maladie dans des plantes par stimulation leur défense. Les données présentées ouvrent de nouvelles perspectives de bio-contrôle contre les pathogènes mycotoxinogènes des plantes.

Influence of plant species and richness on pollutant removal in treatment wetlands

Les marais filtrants artificiels sont des écosystèmes recréés par l’homme dans le but d’optimiser l’épuration des eaux usées. Lors de la sélection d’espèces végétales pour la mise en place de ces marais filtrants, l’utilisation d’une polyculture ainsi que d’espèces indigènes non invasives est de plus en plus recommandée. Néanmoins, la plupart des marais filtrants existants sont des monocultures utilisant des plantes envahissantes, probablement à cause du manque d’évidences scientifiques sur les avantages de la diversité végétale et de la performance des espèces locales. Ainsi, les questions de recherche autour desquelles s’oriente ma thèse sont: Les polycultures présentent-elles un potentiel épuratoire aussi ou plus grand que les monocultures, et une espèce indigène est-elle aussi efficace et performante qu’une espèce exotique envahissante dans des marais filtrants ? Trois expériences ont été conduites afin de répondre à ces questions. J’ai d’abord testé l’influence de la richesse végétale sur l’élimination des polluants en deux dispositifs expérimentaux: 1) comparant deux espèces de plantes émergentes en monoculture ou combinées séquentiellement, et 2) évaluant la performance de quatre espèces flottantes plantées en monoculture par rapport à des associations de deux (avec toutes les combinaisons possibles) et de quatre espèces. Une troisième expérience a été réalisée afin de comparer l’efficacité épuratoire de l’haplotype européen envahissant du roseau commun (Phragmites australis) et de la sous-espèce locale non-invasive (P. australis subsp. americanus). La composition en espèces végétales a produit un effet notable sur la performance des marais filtrants. La comparaison des performances en mono- et en polyculture n’a pas permis de démontrer clairement les avantages de la diversité végétale pour l’élimination des polluants dans les marais filtrants. Toutefois, les marais filtrants plantés avec une combinaison d’espèces étaient aussi efficaces que les monocultures des espèces les plus performantes. La comparaison entre les deux sous-espèces de P. australis indiquent que la sous-espèce indigène pourrait remplacer le roseau exotique envahissant, évitant ainsi les potentiels risques environnementaux sans toutefois compromettre l’efficacité du traitement. Les résultats prometteurs de la sous-espèce indigène de P. australis doivent encore être testés dans des expériences à grande échelle avant d’utiliser largement cette espèce dans les marais filtrants. Nos résultats suggèrent que, dans des conditions où la performance des macrophytes disponibles est inconnue ou ne peut être déterminée, l’utilisation d’une combinaison d’espèces présente les meilleures chances d’accomplir le plus haut niveau possible d’élimination de polluants. De plus, même si la diversité végétale ne présente pas un avantage mesurable en termes d’efficacité épuratoire, celle-ci améliore la résilience des marais filtrants et leur résistance aux stress et aux maladies.

Effects of diverse plant species on the bioavailability of contaminants in soil

La phytoremédiation constitue une technologie alternative pour le traitement de sols contaminés en métaux. Toutefois, la biodisponibilité des métaux dans le sol peut limiter l’efficacité de cette approche. Nous émettons l’hypothèse que diverses espèces de plante, caractérisées par systèmes racinaires différents, peuvent affecter différemment la biodisponibilité des éléments traces (ET) dans le sol. Une étude utilisant un dispositif expérimental en bloc aléatoire complet avec cinq réplicats a été conduite entre le 6 juin et le 3 septembre 2014, sur le site du Jardin botanique de Montréal. Dans ce contexte, l’impact de la présence de huit espèces de plantes, herbacées ou ligneuses, sur le pool labile de six métaux (Ag, Cu, Pd, Zn, Ni et Se) dans la rhizosphère de celles-ci a été étudié. Après trois mois de culture, la biomasse aérienne et souterraine de chaque espèce a été mesurée et la concentration en ET dans les tissus des plantes a été analysée. La fraction labile de ces ET dans la rhizosphère (potentiellement celle qui serait biodisponible) de même que d’autres paramètres édaphiques (le pH, la conductivité, le pourcentage de matière organique et le carbone organique dissous (COD)) ont aussi été mesurés et comparés en fonction de la présence d’une ou l’autre des espèces utilisées. Les résultats montrent que pour la plupart des plantes testées, les plus fortes concentrations en ET ont été trouvées dans les racines alors que les plus faibles niveaux s’observaient dans les parties aériennes, sauf pour le Ni dans le Salix nigra. Ceci suggère que le Ni peut être extrait du sol par des récoltes régulières des tiges et des feuilles de cette espèce de saule. Les pools labiles de l’Ag, Ni et du Cu dans la rhizosphère étaient significativement et différemment affectés par la présence des plantes. Toutefois, la présence des plantes testées n’a pas affecté certains paramètres clés de la rhizosphère (ex. le pH, conductivité, et le pourcentage de matière organique). À l’opposé, les niveaux de COD dans la rhizosphère de toutes les plantes testées se sont révélés supérieurs en comparaison des témoins (sols non plantés). De plus, une corrélation positive a pu être établie entre la concentration disponible du Ni et la concentration en COD. Une relation similaire a été déterminée pour le Cu. Ceci suggère que certains systèmes racinaires pourraient modifier les niveaux de COD et avoir un impact indirect sur les pools labiles des ET dans le sol.

Mangrove plant Ceriops tagal as a potential source of anti White Spot Syndrome Virus preparations for Penaeus monodon

White spot syndrome virus (WSSV) is the deadliest virus among crustaceans ever discovered having several unique and novel features. Recent developments in genomics and proteomics could elucidate the molecular process involved in the WSSV infection and the host pathogen interaction to some extent. Until now no fool proof treatment or prophylactic measure has been made available to control WSSV out breaks in culture system. Even though there are technologies like application of immunostimulants, vaccines, RNAi and several antiviral natural products none of them has been taken to the level of clinical trials. However, there are several management options such as application of bioremediation technologies to maintain the required environmental quality, maintenance of zero water exchange systems coupled with application of probiotics and vaccines which on adoption shall pave way for successful crops amidst the rapid spread of the virus. In this context the present work was undertaken to develop a drug from mangrove plants for protecting shrimp from WSSV.Mangroves belong to those ecosystems that are presently under the threat of destruction, diversion and blatant attack in the name of so called ‘developmental activities’. Mangrove plants have unique ecological features as it serves as an ecotone between marine and terrestrial ecosystem and hence possess diversity of metabolites with diverse activities. This prompted them being used as remedial measures for several ailments for ages. Among the mangrove plants Ceriops tagal, belonging to the family Rhizophororaceae was in attention for many years for isolating new metabolites such as triterpenes, phenolic compounds, etc. Even though there were attempts to study various plant extracts to develop anti-viral preparations their activity against WSSV was not investigated as yet.

Legume rotation effects on early growth and rhizosphere microbiology of sorghum in West African soils

Cereal yield increases in legume rotations on west African soils were the subject of much recent research aiming at the development of more productive cropping systems for the mainly subsistence-oriented agriculture in this region. However, little has been done to elucidate the possible contribution of soil microbiological factors to these rotation effects. Therefore a pot trial was conducted using legume rotation and continuous cereal soils each from one site in Burkina Faso and two sites in Togo where cropping system experiments had been conducted over 4 yrs. All soils were planted with seedlings of sorghum (Sorghum bicolor L. Moench). From 21 days after sowing onwards relative growth rates in rotation soils were higher than in the continuous cereal soils, resulting in between 69 and 500% higher shoot dry matter of rotation sorghum compared to sorghum growing in continuous cereal soils. Across sites rotation soils were characterized by higher pH, higher microbial N and a lower microbial biomass C/N ratio and, with the exception of one site, a higher fungal biomass in the rhizosphere. The bacterial and eukaryal community structure in the soil, assessed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE), differed between sites. However, only at one site differed the bacterial and the eukaryal community structure in the rotation soil significantly from that in the continuous cereal soil. Although the results of this study confirmed the marked plantgrowth differences between sub-Saharan legume-rotation soils and their continuous cereal counterparts they also showed the difficulties to differentiate possible microbiological causes from their effects.

Genotypic comparison of Pantoea agglomerans plant and clinical strains

Pantoea agglomerans strains are among the most promising biocontrol agents for a variety of bacterial and fungal plant diseases, particularly fire blight of apple and pear. However, commercial registration of P. agglomerans biocontrol products is hampered because this species is currently listed as a biosafety level 2 (BL2) organism due to clinical reports as an opportunistic human pathogen. This study compares plant-origin and clinical strains in a search for discriminating genotypic/phenotypic markers using multi-locus phylogenetic analysis and fluorescent amplified fragment length polymorphisms (fAFLP) fingerprinting. Results: Majority of the clinical isolates from culture collections were found to be improperly designated as P. agglomerans after sequence analysis. The frequent taxonomic rearrangements underwent by the Enterobacter agglomerans/Erwinia herbicola complex may be a major problem in assessing clinical associations within P. agglomerans. In the P. agglomerans sensu stricto (in the stricter sense) group, there was no discrete clustering of clinical/biocontrol strains and no marker was identified that was uniquely associated to clinical strains. A putative biocontrol-specific fAFLP marker was identified only in biocontrol strains. The partial ORF located in this band corresponded to an ABC transporter that was found in all P. agglomerans strains. Conclusion: Taxonomic mischaracterization was identified as a major problem with P. agglomerans, and current techniques removed a majority of clinical strains from this species. Although clear discrimination between P. agglomerans plant and clinical strains was not obtained with phylogenetic analysis, a single marker characteristic of biocontrol strains was identified which may be of use in strain biosafety determinations. In addition, the lack of Koch's postulate fulfilment, rare retention of clinical strains for subsequent confirmation, and the polymicrobial nature of P. agglomerans clinical reports should be considered in biosafety assessment of beneficial strains in this species

Perception and modification of plant flavonoid signals by rhizosphere microorganisms

Flavonoids are a diverse class of polyphenolic compounds that are produced as a result of plant secondary metabolism. They are known to play a multifunctional role in rhizospheric plant-microbe and plant-plant communication. Most familiar is their function as a signal in initiation of the legume-rhizobia symbiosis, but, flavonoids may also be signals in the establishment of arbuscular mycorrhizal symbiosis and are known agents in plant defence and in allelopathic interactions. Flavonoid perception by, and impact on, their microbial targets (e.g. rhizobia, plant pathogens) is relatively well characterized. However, potential impacts on 'non-target' rhizosphere inhabitants ('non-target' is used to distinguish those microorganisms not conventionally known as targets) have not been thoroughly investigated. Thus, this review first summarizes the conventional roles of flavonoids as nod gene inducers, phytoalexins and allelochemicals before exploring questions concerning 'non-target' impacts. We hypothesize that flavonoids act to shape rhizosphere microbial community structure because they represent a potential source of carbon and toxicity and that they impact on rhizosphere function, for example, by accelerating the biodegradation of xenobiotics. We also examine the reverse question, 'how do rhizosphere microbial communities impact on flavonoid signals?' The presence of microorganisms undoubtedly influences the quality and quantity of flavonoids present in the rhizosphere, both through modification of root exudation patterns and microbial catabolism of exudates. Microbial alteration and attenuation of flavonoid signals may have ecological consequences for below-ground plant-microbe and plant-plant interaction. We have a lack of knowledge concerning the composition, concentration and bioavailability of flavonoids actually experienced by microbes in an intact rhizosphere, but this may be addressed through advances in microspectroscopic and biosensor techniques. Through the use of plant mutants defective in flavonoid biosynthesis, we may also start to address the question of the significance of flavonoids in shaping rhizosphere community structure and function.

Suitability of cryopreservation for the long-term storage of rare and endangered plant species: a case history for Cosmos atrosanguineus

The suitability of cryopreservation for the secure, long-term storage of the rare and endangered species Cosmos atrosanguineus was investigated. Using encapsulation/dehydration of shoot tips in alginate strips, survival rates of up to 100 % and shoot regeneration of up to 35 % were achieved. Light and electron microscopy studies indicated that cellular damage to some regions of the shoot tip during the freeze/thaw procedure was high, although cell survival in and around the meristematic region allowed shoot tip regeneration. The genetic fingerprinting technique, amplified fragment length polymorphisms (AFLPs), showed that no detectable genetic variation was present between material of C. atrosanguineus at the time of initiation into tissue culture and that which had been cryopreserved, stored in liquid nitrogen for 12 months and regenerated. Wearied plantlets that were grown under glasshouse conditions exhibited no morphological variation from non-frozen controls. (C) 2003 Annals of Botany Company.

Modelling disease spread and control in networks: implications for plant sciences

Networks are ubiquitous in natural, technological and social systems. They are of increasing relevance for improved understanding and control of infectious diseases of plants, animals and humans, given the interconnectedness of today's world. Recent modelling work on disease development in complex networks shows: the relative rapidity of pathogen spread in scale-free compared with random networks, unless there is high local clustering; the theoretical absence of an epidemic threshold in scale-free networks of infinite size, which implies that diseases with low infection rates can spread in them, but the emergence of a threshold when realistic features are added to networks (e.g. finite size, household structure or deactivation of links); and the influence on epidemic dynamics of asymmetrical interactions. Models suggest that control of pathogens spreading in scale-free networks should focus on highly connected individuals rather than on mass random immunization. A growing number of empirical applications of network theory in human medicine and animal disease ecology confirm the potential of the approach, and suggest that network thinking could also benefit plant epidemiology and forest pathology, particularly in human-modified pathosystems linked by commercial transport of plant and disease propagules. Potential consequences for the study and management of plant and tree diseases are discussed.

Crosstalk between plant responses to pathogens and herbivores: a view from the outside in

Plants encounter numerous pests and pathogens in the natural environment. An appropriate response to attack by such organisms can lead to tolerance or resistance mechanisms that enable the plant to survive. Many studies concentrate on the signalling pathways that enable plants to recognize and respond to attack, and measure the downstream effect in either biochemical or molecular terms. At the whole plant level, ecologists examine the fitness costs of attack not only for the plant but also over a range of trophic levels. The links between these differing levels of study are beginning to be addressed by the adoption of molecular approaches in more ecologically relevant settings. This review will describe the different approaches used by ecologists and cell biologists in this field and will try to address the question of how we can explore the response to, and consequences, of attack by multiple enemies.