大蒜、绊根草中重金属抗性分子机制的研究

日益加剧的重金属污染已经危害到了全球的生态环境以及人类健康。在分子水平上阐明植物中的重金属抗性机制并应用于环境修复和绿色农业是植物科学和环境科学以及农业科学的交叉点和新的生长点。为了了解植物重金属抗性的分子机制，我们的研究主要是从重金属抗性植物材料大蒜(Allium sativumL．)和绊根草(Cynodon dactylon)中分离重金属抗性相关基因，并研究它们在重金属抗性机制中的功能。 在高等植物中有迹象表明，一种富含半胱氨酸的低分子量蛋白．类金属硫蛋白 (Metallothioneins Like，MTs Like)和一类具有Y-(Glu-Cys) n-Gly特殊结构的多肽一植物络合素(Phytochelatins，PCs)在重金属抗性机制中占有重要地位。然而人们对于同一种植物中这两种重金属结合肽作用的相互关系还缺乏了解，同时对于MT Like基因以及PCs合酶基因在同一种植物中的表达模式如金属离子专一性、时空表达特点等，还投有文献报道，因此本文将首先以这两个基因为切入点进行研究。 本研究采用RACE的方法，从大蒜中分离得到了类金属硫蛋白(MT-Like)的cDNA序列(GenBank Accession No.AY050510)，PCR和SoutheLrn Blot分析表明，大蒜基因组中不仅存在类金属硫蛋白基因，而且可能以基因家族的形式存在。对获得的MT Like cDNA进行的序列分析及同源性分析表明，大蒜MT Like cDNA含有一个完整的开放阅读框架，编码73个氨基酸，其中12个为半胱氨酸，占氨基酸总数的1 6.4%，并与其他植物如水稻、小麦、紫羊茅草中的类金属硫蛋白基因同源性较高，其中最高达89%。对该基因编码的氨基酸序列和结构分析表明在N-端、c-端结构域中分别含有3个典型的金属硫蛋白的结构模式Cys-Xaa-Cys，属于典型的Type-1类金属硫蛋白。这些Cys-Xaa-Cys特征结构表明大蒜MT Like基因编码的蛋白可以结合二价金属离子。重金属胁迫下大蒜根中MT Like基因在转录水平的表达检测表明，MT Like基因的表达受重金属离子Cu2+、Cd2+的诱导，暗示MT Like基因在大蒜对重金属的抗性中有重要作用。此外，用能谱电镜技术研究大蒜中重金属的积累与分布，以及用组织原位杂交技术分析MT Like基因的表达定位与重金属的积累、转运的关系已在进行之中。 植物络合素也是富含巯基的多肽化合物，在重金属抗性中起重要作用。由植物络合素结构中存在的Y一酰胺键或β-Ala可知PCs不是基因表达的直接产物，而是以GSH为前体的酶促反应产物。目前已知y一谷氨酰半胱氨酸二肽转肽酶(简称为PCs合酶，phytochelatin synthase，PCS)是PCs合成途径的关键酶，编码这一关键酶的基因目前已在小麦、拟南芥菜和裂殖酵母中克隆。由于这一基因在不同物种中的保守性较低，其克隆较困难。本研究通过设计植物络合素台酶基因简并引物，从大蒜中扩增得到了345bp的cDNA序列。序列分析和推测的氨基酸序列同源性比较表明，此序列的翻译产物与已知的植物络合素合酶同源性最高，此cDNA序列应为大蒜植物络合素合酶基因的部分cDNA序列(GenBank Accession No.AF384110)。目前大蒜植物络台素合酶基因的全长序列的扩增，以及这两种与重金属抗性有关的基因(MT Like，PCS)的表达模式仍在研究中。 本文还尝试了利用酵母重金属敏感突变株M379/8功能互补的方法从重金属抗性植物绊根革中分离新的重金属抗性相关基因。构建了用于转化的酵母质粒表达文库，探索了酵母转化体系建立的条件。曾尝试多种转化方法，并对其中的条件进行了优化改进。下一步的工作将集中在合适的酵母突变体的筛选或穿梭表达载体的选择标记基因替换上

大蒜中植物络合素合酶基因的克隆及功能分析

随着现代工业的发展，重金属污染已经成为一个非常严重的问题。 传统的重金属治理方法花费较高并且过程非常繁琐。植物修复技术是一种经济并且有效的利用植物进行环境污染治理的新方法。植物络合素是一类植物体内络合重金属离子的多肽，它已经发现于多种植物与微生物中。植物络合素合酶是催化GSH合成 植物络合素的关键酶。因此揭示植物络合素合酶的分子机理对于了解植物对重金属抗性的机制又很重要的意义。迄今为止，关于植物络合素合酶基因的研究主要集中在两种非重金属的植物中：拟南芥与小麦。许多关于该基因结构与功能的问题依然很不清楚。大蒜是一种能够抗很高浓度重金属的植物。在本研究中，我们利用大蒜这种重金属抗性植物对以下问题做了较为系统的研究： 1. 测量了大蒜在重金属胁迫下的生理表现，并得出大蒜是一种具有重金属抗性的植物; 2. 我们从大蒜中克隆出一个新的植物络合素合酶基因。该基因全长1868bp，包含一个 506个氨基酸的开放读码框并编码一个55.8KD的蛋白。该基因转译的氨基酸序列与其他十二种物种的植物络合素合酶氨基酸序列具有很高的同源性; 3. 酵母功能互补试验证明表达AsPCS的酵母可以比对照耐受更高浓度的镉与砷。这表明AsPCS的转译产物在酵母与植物的重金属的耐受过程中起很重要的作用; 4. RT-PCR的结果表明，经过重金属Cd2＋的胁迫，AsPCS在根中与茎中的表达量都有提高，这说明AsPCS的调控是发生在转录水平上的。另外通过比较该基因在相同处理条件下根中与茎中的表达量，我们发现AsPCS在根中的表达量远高于茎中; 5. 原位杂交显示AsPCS主要表达于根的表皮、顶端分生组织、韧皮部，并且当重金属压力提高后，表皮的表达量明显提高。

Coloração verde nas folhas da cultura do alho vernalizado em resposta à adubação nitrogenada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Variações no balanço catiônico do solo induzidas pela adubação potássica e efeitos na cultura do alho vernalizado

Avaliaram-se os efeitos das relações (Ca+Mg)/K do solo sobre o desenvolvimento, absorção de nutrientes e produção de bulbos na cultura do alho cv. Roxo Pérola de Caçador conduzindo experimento no período de maio a outubro de 1990 em vasos de cimento amianto contendo 50 kg de terra, em casa de vegetação telada. Os tratamentos consistiram de aplicações de doses de potássio visando atingir relações (Ca+Mg)/K no complexo de troca do solo próximas a 170; 50; 35; 20; 12,5; 7,5; 5,0; 3,5 e 2,0. Verificaram-se aumentos na concentração de K, Ca e Mg na solução do solo proporcionais à elevação do teor de K trocável. As concentrações foliares de K e Mn diminuiram proporcionalmente às relações (Ca+Mg)/K do solo, ocorrendo o inverso com as concentrações de Ca e Mg. A absorção dos demais nutrientes não foi influenciada pelos tratamentos. A relação (Ca+Mg)/K influenciou a produção de bulbos e a altura das plantas durante todo o ciclo, sendo que os menores valores desta relação, caracterizados por excesso de K, inibiram mais o desenvolvimento e a produção de bulbos. A porcentagem de K no complexo de troca, seguida da relação K/(Ca+Mg)1/2 e do K trocável do solo foram os índices que melhor correlacionaram com a produção de bulbos.

Fertilização potássica na cultura do alho vernalizado

O objetivo do presente trabalho foi verificar a validade do parcelamento da adubação potássica, bem como a época mais adequada de aplicação, no controle do superbrotamento e no desenvolvimento e produção de bulbos na cultura do alho vernalizado (cv. Roxo Pérola de Caçador). Foram instalados dois experimentos em estufa agrícola, em vasos de cimento amianto com capacidade para 55 L de terra. O experimento 1 consistiu de sete épocas de aplicação da metade da dose de potássio necessária para a cultura, aos 50, 60, 70, 81, 91, 101 e 111 dias após a emergência (dae), sendo que o experimento 2 consistiu da aplicação de quatro doses de potássio no plantio combinadas a outras quatro em cobertura, aos 81 dae. O parcelamento da adubação potássica em diferentes estádios de desenvolvimento não influenciou a produção de bulbos e o superbrotamento na cultura do alho. A absorção de potássio, cálcio e magnésio pelas plantas foi influenciada pela adubação potássica no plantio e em cobertura, observando-se um efeito antagônico do potássio sobre a absorção de cálcio e magnésio. A elevação no nível de potássio no solo por ocasião do plantio proporcionou aumento na produção de bulbos, sendo que esta não foi influenciada por variações na dose de adubação potássica em cobertura.

Doses and forms of application of phosphorus in vernalized garlic

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Produção de bulbos e incidência de pseudoperfilhamento na cultura do alho vernalizado em função de adubações potássicas e nitrogenadas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Doses de fósforo e zinco na cultura do alho em condições de casa de vegetação

A adubação fosfatada promove o aumento de produtividade na cultura do alho, mas doses de fósforo (P) podem proporcionar a deficiência de zinco (Zn) na planta, sobretudo em solos com baixos teores deste micronutriente. O objetivo do trabalho foi verificar o efeito da interação entre P e Zn no solo sobre o desenvolvimento e produção de plantas de alho. Foram instalados três experimentos, cada um com um tipo de solo, em vasos com 17 kg de solo, em casa de vegetação telada. Empregou-se delineamento em blocos casualizados em esquema fatorial com 4 doses de P (0, 100, 200 e 400 mg dm-3) utilizando-se superfosfato triplo e 4 doses de Zn (0, 2,5, 5,0 e 10 mg dm-3) aplicados na forma de ZnSO4.7H2O, ambos incorporados ao solo, com três repetições. A produtividade e o desenvolvimento de plantas de alho foram influenciados, isoladamente, pelas doses de P e Zn, não havendo a interação entre esses nutrientes. Para os solos Neossolo Quartzarênico (NQ) textura arenosa, Latossolo Vermelho Distrófico (LE) textura média e Latossolo Vermelho Distroférrico (LR), textura argilosa, as melhores doses de P para a produção de alho foram de 190, 400 e 400 mg dm-3 e para o Zn de 2,2; 6,5 e 5,1 mg dm-3 respectivamente.

Viroses do alho: métodos de diagnose e degenerescência do alho semente livre de vírus

Pós-graduação em Agronomia (Proteção de Plantas) - FCA

Análise da presença de vírus em alho semente da segunda e quarta gerações, produzidos por termoterapia e cultura de tecido

The garlic (Allium sativum L.) can be naturally infected by a complex of filamentous viruses belonging to the genera Potyvirus, Carlavirus and Allexivirus. Accumulation of these viruses occurs especially by vegetative propagation through cloves. As the cultivated garlic plant does not produce true seed worldwide, virus-free plants can only be obtained by tissue culture of stem apices and thermotherapy. Using these techniques, garlic seeds were produced at the School of Agricultural Sciences - UNESP, Botucatu, and evaluated by RT-PCR for the presence of potyvirus, carlavirus and allexivirus. In the second generation of microcloves propagated in a greenhouse, 6.6% infection was detected, only by allexivirus. In the fourth generation, however, there was 60% incidence by allexivirus, 35% by potyvirus and all negative by carlavirus. The high rate of infection by allexivirus may be related to the greater difficulty of removing the species of viruses belonging to this genus, as observed by other authors, and also based on the infection and transmission of the virus by the mite, Aceria tulipae, during the storage of bulbs from one year to the other. The garlic at the fourth generation corresponds to cloves weighed less than 1 gram and not selected for commercial multiplication. Selection for the size of cloves has a positive effect on the choice of cloves with lower rates of viral infection, as the technique of thermotherapy and tissue culture do not eliminate the virus completely. Results also emphasize the need of fumigation for the garlic seed stored from one year to the other in order to prevent the transmission of allexivirus during storage.

Survey of viruses belonging to different genera and species in noble garlic in Brazil

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

Síntesis y purificación de ajoeno y su cuantificación en aceites comerciales de ajo

El ajo (Allium sativum L.) es una de las principales hortalizas estudiadas por sus efectos benéficos para la salud, atribuidos en su mayoría a la riqueza que posee en compuestos organoazufrados. Entre ellos, el ajoeno, presente en preparaciones de ajo añejado en aceite, se destaca por ser uno de los principales responsables de la actividad antiagregante plaquetaria. El objetivo de este trabajo fue validar una metodología analítica para su cuantificación en aceite de ajo. Como este compuesto no se comercializa en el mercado y es necesario disponer de él para su empleo como estándar de referencia, se debió adecuar su síntesis y posterior purificación. Para la síntesis se probaron dos metodologías, obteniéndose mejores resultados con la propuesta de Block et al. Se purificó colectando fracciones a la salida del HPLC (Cromatografía Líquida de Alta Performance), se logró la separación de ambos isómeros y por último se cuantificaron muestras de aceite de ajo, comercializadas en la provincia de Mendoza.

Método de evaluación a campo de la resistencia al moho azul en clones de ajo tipo colorado

Con el objeto de ajustar un método de evaluación a campo para facilitar la selección de clones de ajo (Allium sativum L.) con resistencia a Penicillium allii, se realizó un ensayo replicado en el cual se midió la respuesta de tres clones experimentales a la infección, en dos épocas de plantación. Los tratamientos incluyeron combinaciones de presencia o ausencia de: a) desinfección de la "semilla", b) heridas artificiales en los bulbillos, c) inoculación artificial. Los bulbillos con la hoja envolvente se desinfectaron con una solución diluida de hipoclorito de sodio. La inoculación se realizó mediante la inmersión en una solución de 106 esporas•ml-1. Las heridas se realizaron con una lanceta (blood lancet). Los bulbillos se incubaron en cámara húmeda durante 24 horas a 20 °C, antes de plantación. Las variables respuestas computadas fueron las siguientes: número de plantas muertas, y vivas con síntomas y sin síntomas, a los 152 días de plantación en la primera época y 118 días en la segunda; número de bulbos por calibres y rendimiento a cosecha. La información obtenida se analizó a través de correspondencia simple, diferencia de proporciones y análisis paramétricos. Se detectaron mayores diferencias entre los tratamientos en la tasa de sobrevivencia y en la proporción de calibres comerciales en la época tardía. No se observaron diferencias (p < 0,05) del rendimiento en la plantación temprana. La herida fue determinante en el ingreso del patógeno. Los tratamientos quedaron limitados a un testigo: desinfectado, no inoculado y sin herida, y a un tratamiento: desinfectado, con inoculación y herida. Con respecto a la época, resultó conveniente la evaluación en plantaciones tardías porque se expresan mejor las diferencias entre los tratamientos.

Asociaciones entre clones y anormalidades morfológicas en ajo

Con el objeto de detectar la influencia del genotipo en la presencia de anormalidades morfológicas, se tomó una muestra de 200 bulbillos de cada uno de los 7 clones de ajo colorado, incluidos en un ensayo experimental en bloques completamente aleatorizados con 4 repeticiones, en un solo ambiente de expresión. En cada clon se computaron las proporciones de bulbos normales, pera, cebollón y doble. En los bulbos normales se midió la distribución de calibres. Se compararon las proporciones de anormalidades entre los clones. Un clon se diferenció (p < 0,05) de los restantes por no poseer malformaciones y presentar un calibre promedio bajo. Utilizando en conjunto la información obtenida, se realizó un análisis de componentes principales y de conglomerado. Se utilizó la distancia euclidiana promedio y el método de ligamiento promedio. Los dos primeros ejes del análisis de componentes principales representaron el 74% de la variación de los datos. La información obtenida permitió reunir 3 grupos de clones por su asociación a calibres y anormalidades morfológicas. El primer grupo formado por un clon sin anormalidades y con mayor proporción de calibre 4 y 5; el segundo, de cuatro clones con presencia de ajo cebollón y el tercero, de dos clones asociados a los bulbos pera, dobles y de calibres 6. Se demostró la influencia del genotipo en la frecuencia de anormalidades morfológicas.

Obtención de un estándar secundario de cuantificación para la síntesis y purificación de allicina.

Desde tiempos ancestrales, el ajo (Allium sativum L.) ha sido utilizado para la prevención y el tratamiento de dolencias. Sus efectos benéficos para la salud han sido atribuidos a los tiosulfinatos, siendo la allicina el más abundante. La determinación rutinaria de la allicina es dificultosa dada su inestabilidad y la naturaleza reactiva de la misma. El objetivo del trabajo fue obtener un estándar secundario para la cuantificación de allicina mediante Cromatografía Líquida de Alta Resolución (HPLC). Fueron ensayadas diferentes metodologías de síntesis y purificación de allicina. En el Laboratorio de Residuos Tóxicos de la Fac. Cs. Agrarias (UNCuyo), bajo condiciones controladas, se preparó polvo de ajo para ser utilizado como estándar secundario de cuantificación. La cuantificación de muestras problema contra ambos estándares (allicina pura y polvo de ajo estandarizado, respectivamente) no presentó diferencias significativas. El empleo de polvo de ajo estandarizado ofrece una alternativa viable simple para la cuantificación de allicina.