甘蓝型油菜中脯氨酸积累的分子调控机制

　　渗透胁迫下植物中游离脯氨酸的积累被普遍认为对植物有保护作用。本文对甘蓝型油菜（Brassica napus）中的脯氨酸积累及其调控机理进行了研究。正常生长条件下幼苗叶中脯氨酸含量最高，根中脯氨酸含量最低，盐胁迫后不同部位脯氨酸积累程度相近。盐浓度200 mM起，幼苗开始有明显脯氨酸积累,并随着浓度的增加而增加。PEG处理后脯氨酸积累要明显高于ABA和盐胁迫处理后脯氨酸积累。在成株中，生殖器官中脯氨酸含量明显高于营养器官中脯氨酸含量。 　　我们克隆了编码Δ1-二氢吡咯啉-5-羧酸合成酶（P5CS）,鸟氨酸转氨酶(OAT)和脯氨酸脱氢酶(PDH)的四个基因的cDNA。通过Southern杂交检测P5CS基因在甘蓝型油菜及其亲本白菜型油菜和甘蓝中的拷贝数，发现杂交条带在4倍体油菜中并没有显著的多于其两个2倍体亲本，推测有可能是在物种进化的过程中发生了基因丢失。 　　利用实时定量PCR的方法检测了渗透胁迫下甘蓝型油菜中BnP5CS，BnOAT和BnPDH等基因的表达水平。在ABA处理，盐处理和干旱处理时，BnP5CS1和BnP5CS2的表达在脯氨酸积累开始前就开始有明显上调，但是BnP5CS1的上调水平要比BnP5CS2高许多。BnOAT在ABA处理后表达水平没有太大的变化，在盐胁迫后甚至有一点下调，在干旱处理后却表现为一定程度的上调。另一方面，BnPDH的表达在ABA处理，盐胁迫和干旱胁迫后都受到了抑制。在成株不同器官相关基因表达的研究中发现，BnOAT在叶中表达量最高，BnP5CS和BnPDH在花蕾和花中的表达水平都比其他器官中要高。 　　我们的结果说明，渗透胁迫下甘蓝型油菜中的脯氨酸积累是脯氨酸合成途径的诱导和脯氨酸降解途径的抑制共同作用的结果。在轻度的渗透胁迫下，谷氨酸合成途径占主导地位，而在较为严重的渗透胁迫后期，谷氨酸合成途径和鸟氨酸合成途径共同起作用。甘蓝型油菜生殖器官花和花蕾中脯氨酸的代谢非常旺盛，说明脯氨酸可能在花发育中起着一定的作用。

油菜内源和外源蛋白的表达及环境因素的影响

植物与昆虫的互作关系是个长期进化的过程，虫害给农业生产带来巨大损失。本研究以甘蓝型油菜（Brassica napus）为例，研究了不同环境条件和遗传背景下外源基因的表达与效用，同时利用蛋白质组技术，研究了虫害损伤模拟条件下植物可能存在的内源抗性机制。甘蓝型油菜中转入了人工合成的Bt（Bacillus thuringiensis）杀虫基因，能使植物产生抗虫蛋白抵御虫害。我们在湖北湖南两个实验点进行了大田实验，按植株生长发育的4个不同时期从转基因植株的叶片上采样，研究抗虫蛋白在植物体内的表达动态。植株顶部第三片展开叶的Bt毒蛋白浓度在结荚期前随植物生长而不断增加，而在结荚期出现或增或减的现象。采样叶片的可溶性总蛋白浓度含量一直呈增加的趋势，直到结荚以后出现含量的明显降低。同时，收集了转基因油菜与湘油15号在田间自然杂交形成的杂交后代种子用于栽培，用GFP仪检测杂交后代的绿色荧光蛋白（green fluorescent protein），并用聚合酶链式反应（polymerase chain reaction, PCR）检测并确认带有转基因的杂交植株。为了检测带有转基因的杂交后代油菜中Bt毒蛋白的杀虫效率，用对Bt毒蛋白敏感的试虫品系——初孵棉铃虫幼虫（Helicoverpa armigera）进行杀虫活性检测实验。结果表明，携带Bt基因的杂交湘油及其转基因亲本对试虫的体重增长量均产生了负面影响，可以推断在调查取样的植株生长发育阶段，转基因杂交后代与其转基因亲本植株的杀虫效率没有显著差异。转基因植物及其杂交后代中抗虫蛋白的持续表达及田间带有转基因的自播植物的出现会使害虫产生耐受抗性的潜在可能性增加。 相对于人为增加的抗虫基因，植物在长期对抗昆虫的过程中也进化形成了自我防御机制，能够产生特异的抗性蛋白来应对昆虫的取食。本研究用机械损伤模拟害虫取食，对比了油菜受到物理损伤前后可溶性总蛋白的含量变化并试图通过蛋白质组学技术来检测可能发生变化的蛋白质。Bradford定量测定发现，同一植株同一叶片损伤前后可溶性总蛋白含量差异显著，损伤后蛋白表达量显著增高。蛋白质组双向凝胶电泳及其差异分析显示，损伤前后有8个蛋白质点发生明显的上调或下调。选择其中2个差异蛋白点经过MALDI-TOF质谱鉴定，它们分别是Rubisco小亚基前体以及果糖－1，6－二磷酸醛缩酶和粪卟啉－3－氧化酶的混合物，这些蛋白质在其他植物的抗逆研究中也有报道，它们可能在油菜叶片应答机械损伤过程中对维持植物的生理功能也有重要作用。

转基因油菜和野芥菜杂交种的适合度

转基因植物与野生亲缘种间的基因流动是目前生物安全的研究热点。甘蓝型油菜（Brassica napus 以下简称油菜）及其亲缘种是基因流研究中的模式植物体系，油菜的亲缘种之一野芥菜(B. juncea)在中国分布广泛，是常见的农田杂草。本文以转基因抗虫油菜和野芥菜为研究材料，分别用综合适合度(基于生长和生殖)和适合度(仅基于种子产量)的指标来评估其杂交种在模拟农田情况下的适合度，揭示转基因在自然环境中的命运，以期为中国的油菜基因流的管理和控制提供参考。主要结果如下： 由于杂种优势和亲本效应的影响，转基因杂交种在不同的种植季节的生长与长势较好的亲本相近。因而转基因杂交种的综合适合度介于双亲之间，或与表现较好的亲本相似。因结实较差，从种子产量上来看，转基因杂交种的适合度较低。杂交种的后代因母本效应保留了一定的休眠特性，这有助于杂交种在种子库中持续存在。野芥菜和杂交种秋播时在冬季覆大棚条件下的适合度较高，在全球变暖的情况下，野芥菜和杂交种有可能在原先较冷不适宜的地区生长，从而促进转基因的散布。 杂交实验表明，转基因花粉与野芥菜的亲和性略高于非转基因花粉，但不显著；在两种花粉发生竞争时，转基因花粉的亲和性显著较高。混合花粉授粉的结实率高于单种花粉的结实率。可见在转基因花粉在授粉阶段不存在适合度代价。同时两季秋播田间实验表明，转基因油菜与非转基因油菜的适合度没有明显差异，即在植株的生长结实阶段，当没有竞争和虫害选择压力时，转基因没有适合度代价。也证明转基因散布的潜在可能性较大。此外，转基因杂交种的开花量很大，而回交实验中转基因杂交种花粉的育性高于胚珠的育性。转基因有可能通过持续的回交逃逸。 油菜的种子较大，野菜芥的种子较小，转基因油菜与野芥菜的杂交种基本都是小种子，其种子直径低于双亲。种子大小影响了发芽率、出苗率和营养生长期。小种子出苗率和发芽率较低，营养生长期较长。在没有竞争的条件下，春播实验中，种子大小对植物的适合度及综合适合度没有影响。秋播实验中种子大小对除转基因油菜外的所有植物基因型的综合适合度有显著影响。但对于依据种子产量计算的适合度指标来说，种子大小仅对野芥菜有影响，而对其它基因型影响不大。竞争扩大了种子大小之间生长表现的差异。竞争条件下，不同种子级别间的生长变异系数大于无竞争的情况。 总之，转基因花粉较强的竞争能力和其与野芥菜的亲和性使转基因杂交种的产生成为可能。来自母本的休眠特性有助于杂种种子在种子库中存在并在条件适宜时萌发、开花，有助于转基因的进一步扩散。转基因杂交种具有较高的综合适合度，虽然结实率很低，但其开花量比较大，可能会产生大量可育的花粉，在与野生亲本的持续回交过程中，转基因有可能逃逸。同时，转基因杂交种的种子级别偏小有可能会加剧这种逃逸。

Calibración del modelo Cropsyst para simular el balance hídrico en cultivos invernales del centro oeste de Entre Ríos

El trabajo tiene por objetivo calibrar el modelo CropSyst para simular la producción de materia seca y el balance hídrico de los cultivos de trigo (Triticum aestivum L.) ciclo largo y ciclo corto, colza (Brassica napus), lino (Linum usitatissimum) y arveja proteica (Pisum sativum) en el centro oeste de Entre Ríos. Adicionalmente, se incluyó un análisis de sensibilidad de parámetros que podrían tener, a priori, un mayor impacto sobre el crecimiento y desarrollo y en especial sobre el balance hídrico. La optimización de Cropsyst se realizó utilizando datos obtenidos de un experimento a campo, realizado con un diseño en bloques completos al azar, con cuatro repeticiones. Los parámetros medidos fueron: fenología, humedad del suelo, radiación interceptada por el cultivo, biomasa, índice de área foliar, área foliar específica y rendimiento. Durante el proceso de calibración se utilizó un procedimiento iterativo para optimizar las salidas de crecimiento y desarrollo de los cultivos. Una vez optimizado el modelo agronómico se procedió a evaluar las predicciones relacionadas con el contenido de agua (cm-3 cm-3) por capas y la lámina de agua total (mm) hasta una profundidad de 50 cm. En relación con el contenido de agua se tomaron dos fechas aproximadas de observación y registro, seleccionadas en base al período crítico de cada especie y la lámina de agua total se evaluó durante todo el ciclo de los cultivos. A los efectos de simular la infiltración de agua en el suelo se usaron dos métodos incluidos en modelo: el método en cascada y el método de las diferencias finitas. En general, Cropsyst brindó estimaciones razonables en cuanto a la biomasa, intercepción de radiación y rendimiento. Las predicciones del contenido de agua en el suelo para cada profundidad resultaron poco satisfactorias. Sin embargo, cuando se consideró la lámina de agua a 50 cm. las predicciones fueron más aceptables. Con relación al análisis de sensibilidad, los parámetros evaluados no mostraron cambios significativos en la simulación del agua en el suelo ni en el resto de los indicadores analizados, sugiriendo que mejores ajustes en la predicción del contenido de agua deberían lograrse seleccionando otro tipo de parámetros. La revisión y adaptación de las funciones de pedo-transferencia para estimar los límites máximos y mínimos de almacenaje de agua en el suelo probablemente mejore los resultados obtenidos en este trabajo.

Contenido de glucosinolatos en tres cultivares de colza forrajera

p.219-222

Influencia del fotoperíodo en la duración del subperíodo siembra - floración en colza 00 de primavera

p.157-162

Assessment of the nutritional value of wild leafy vegetables consumed in the Buhera District of Zimbabwe: a preliminary study

Wild leafy vegetables play a vital role in the livelihoods of many communities in Africa. The focus of this study was to investigate the nutritional value of wild vegetables commonly consumed by the people of Buhera District in the Manicaland province of Zimbabwe. A variety of vegetables including Amaranthus hybridus, Cleome gynandra, Bidens pilosa, Corchorus tridens, and Adansonia digitata were collected during a survey in Buhera District. Samples were processed employing traditional methods of cooking and drying, then subjected to proximate and micronutrient analyses. The results indicate that these vegetables were particularly high in calcium, iron, and vitamin C. Compared with Brassica napus (rape), Amaranthus hybridus contained twice the amount of calcium, with other nutrients almost in the same range. Compared with Spinacia oleracea (spinach), Amaranthus hybridus contained three times more vitamin C (44 mg/100 g). Calcium levels were 530 mg/100 g. Amaranthus hybridus was also found to contain 7, 13, and 20 times more vitamin C, calcium, and iron respectively compared with Lactuca sativa (lettuce). Cleome gynandra contained 14 mg/100 g, 115 mg/100 g, 9 mg/100 g of vitamin C, calcium, and iron respectively. Bidens pilosa was found to be a valuable source of vitamin C (63 mg/100 g), iron (15 mg/100 g), and zinc (19 mg/100 g), compared with Brassica oleracea (cabbage). The leaves of Corchorus tridens were an excellent source of vitamin C (78 mg/100 g), calcium (380 mg/100 g), and iron (8 mg/100 g). The Adansonia digitata leaves were also rich in vitamin C (55 mg/100 g), iron (23 mg/ 100 g), and calcium (400 mg/100 g). Based on these nutrient contents, the above vegetables will have potential benefits as part of feeding programmes, as well as their promotion as part of composite diet for vulnerable groups.

Response of farmland biodiversity to the introduction of bioenergy crops: effects of local factors and surrounding landscape context

The recent growth in bioenergy crop cultivation, stimulated by the need to implement measures to reduce net CO emissions, is driving major land-use changes with consequences for biodiversity and ecosystem service provision. Although the type of bioenergy crop and its associated management is likely to affect biodiversity at the local (field) scale, landscape context and its interaction with crop type may also influence biodiversity on farms. In this study, we assessed the impact of replacing conventional agricultural crops with two model bioenergy crops (either oilseed rape Brassica napus or Miscanthus × giganteus) on vascular plant, bumblebee, solitary bee, hoverfly and carabid beetle richness, diversity and abundance in 50 sites in Ireland. We assessed whether within-field biodiversity was also related to surrounding landscape structure. We found that local- and landscape-scale variables correlated with biodiversity in these agricultural landscapes. Overall, the differences between the bioenergy crops and the conventional crops on farmland biodiversity were mostly positive (e.g. higher vascular plant richness in Miscanthus planted on former conventional tillage, higher solitary bee abundance and richness in Miscanthus and oilseed rape compared with conventional crops) or neutral (e.g. no differences between crop types for hoverflies and bumblebees). We showed that these crop type effects were independent of (i.e. no interactions with) the surrounding landscape composition and configuration. However, surrounding landscape context did relate to biodiversity in these farms, negatively for carabid beetles and positively for hoverflies. Although we conclude that the bioenergy crops compared favourably with conventional crops in terms of biodiversity of the taxa studied at the field scale, the effects of large-scale planting in these landscapes could result in very different impacts. Maintaining ecosystem functioning and the delivery of ecosystem services will require a greater understanding of impacts at the landscape scale to ensure the sustainable development of climate change mitigation measures.

Inoculation with Metal-Mobilizing Plant-GrowthPromoting Rhizobacterium Bacillus sp. SC2b and Its Role in Rhizoremediation

A plant growth-promoting bacterial (PGPB) strain SC2b was isolated from the rhizosphere of Sedum plumbizincicola grown in lead (Pb)/zinc (Zn) mine soils and characterized as Bacillus sp. based on (1) morphological and biochemical characteristics and (2) partial 16S ribosomal DNA sequencing analysis. Strain SC2b exhibited high levels of resistance to cadmium (Cd) (300 mg/L), Zn (730 mg/L), and Pb (1400 mg/L). This strain also showed various plant growth-promoting (PGP) features such as utilization of 1-aminocyclopropane-1-carboxylate, solubilization of phosphate, and production of indole-3-acetic acid and siderophore. The strain mobilized high concentration of heavy metals from soils and exhibited different biosorption capacity toward the tested metal ions. Strain SC2b was further assessed for PGP activity by phytagar assay with a model plant Brassica napus. Inoculation of SC2b increased the biomass and vigor index of B. napus. Considering such potential, a pot experiment was conducted to assess the effects of inoculating the metal-resistant PGPB SC2b on growth and uptake of Cd, Zn and Pb by S. plumbizincicola in metal-contaminated agricultural soils. Inoculation with SC2b elevated the shoot and root biomass and leaf chlorophyll content of S. plumbizincicola. Similarly, plants inoculated with SC2b demonstrated markedly higher Cd and Zn accumulation in the root and shoot system, indicating that SC2b enhanced Cd and Zn uptake by S. plumbizincicola through metal mobilization or plant-microbial mediated changes in chemical or biological soil properties. Data demonstrated that the PGPB Bacillus sp. SC2b might serve as a future biofertilizer and an effective metal mobilizing bioinoculant for rhizoremediation of metal polluted soils.

Synthesis of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates in arabidopsis thaliana using intermediates of peroxisomal fatty acid beta-oxidation.

Polyhydroxyalkanoate (PHA) is a family of polymers composed primarily of R-3-hydroxyalkanoic acids. These polymers have properties of biodegradable thermoplastics and elastomers. Medium-chain-length PHAs (MCL-PHAs) are synthesized in bacteria by using intermediates of the beta-oxidation of alkanoic acids. To assess the feasibility of producing MCL-PHAs in plants, Arabidopsis thaliana was transformed with the PhaC1 synthase from Pseudomonas aeruginosa modified for peroxisome targeting by addition of the carboxyl 34 amino acids from the Brassica napus isocitrate lyase. Immunocytochemistry demonstrated that the modified PHA synthase was appropriately targeted to leaf-type peroxisomes in light-grown plants and glyoxysomes in dark-grown plants. Plants expressing the PHA synthase accumulated electron-lucent inclusions in the glyoxysomes and leaf-type peroxisomes, as well as in the vacuole. These inclusions were similar to bacterial PHA inclusions. Analysis of plant extracts by GC and mass spectrometry demonstrated the presence of MCL-PHA in transgenic plants to approximately 4 mg per g of dry weight. The plant PHA contained saturated and unsaturated 3-hydroxyalkanoic acids ranging from six to 16 carbons with 41% of the monomers being 3-hydroxyoctanoic acid and 3-hydroxyoctenoic acid. These results indicate that the beta-oxidation of plant fatty acids can generate a broad range of R-3-hydroxyacyl-CoA intermediates that can be used to synthesize MCL-PHAs.

Root effects on the turnover of grain legume residues in soil

Das Ziel dieser Arbeit war, die Einflüsse von Wurzeln und Rhizodeposition auf den Umsatz von Körnerleguminosenresiduen und damit verknüpfte mikrobielle Prozesse zu untersuchen. In einem integrierten Versuch wurden Ackerbohne (Vicia faba L.), Erbse (Pisum sativum L.) und Weiße Lupine (Lupinus albus L.) untersucht. Der Versuch bestand aus drei Teilen, zwei Gefäß-Experimenten und einem Inkubationsexperiment, in denen ausgehend von einem Gefäß-Experiment derselbe Boden und dasselbe Pflanzenmaterial verwendet wurden. In Experiment I wurde die Stickstoff-Rhizodeposition der Körnerleguminosenarten, definiert als wurzelbürtiger N nach dem Entfernen aller sichtbaren Wurzeln im Boden, gemessen und der Verbleib des Rhizodepositions-N in verschiednenen Bodenpools untersucht. Dazu wurden die Leguminosen in einem Gefäßversuch unter Verwendung einer in situ 15N-Docht-Methode mit einer 15N Harnstofflösung pulsmarkiert. In Experiment II wurde der Umsatz der N-Rhizodeposition der Körnerleguminosen und der Einfluss der Rhizodeposition auf den anschließenden C- und N-Umsatz der Körnerleguminosenresiduen in einem Inkubationsexperiment untersucht. In Experiment III wurde der N-Transfer aus den Körnerleguminosenresiduen einschließlich N-Rhizodeposition in die mikrobielle Biomasse und die Folgefrüchte Weizen (Triticum aestivum L.) und Raps (Brassica napus L.) in einem Gewächshaus-Gefäßversuch ermittelt. Die in situ 15N Docht-Markierungs-Methode wies hohe 15N Wiederfindungsraten von ungefähr 84 Prozent für alle drei Leguminosenarten auf und zeigte eine vergleichsweise homogene 15N Verteilung zwischen verschiedenen Pflanzenteilen zur Reife. Die Wurzeln zeigten deutliche Effekte auf die N-Dynamik nach dem Anbau von Körnerleguminosen. Die Effekte konnten auf die N-Rhizodeposition und deren anschließenden Umsatz, Einflüsse der Rhizodeposition von Körnerleguminosen auf den anschließenden Umsatz ihrer Residuen (Stängel, Blätter, erfassbare Wurzeln) und die Wirkungen nachfolgender Nichtleguminosen auf den Umsatzprozess der Residuen zurückgeführt werden: Die N-Rhizodeposition betrug zur Reife der Pflanzen bezogen auf die Gesamt-N- Aufnahme 13 Prozent bei Ackerbohne und Erbse und 16 Prozent bei Weißer Lupine. Bezogen auf den Residual N nach Ernte der Körner erhöhte sich der relative Anteil auf 35 - 44 Prozent. Die N-Rhizodeposition ist daher ein wesentlicher Pool für die N-Bilanz von Körnerleguminosen und trägt wesentlich zur Erklärung positiver Fruchtfolgeeffekte nach Körnerleguminosen bei. 7 - 21 Prozent des Rhizodepositions-N wurden als Feinwurzeln nach Nasssiebung (200 µm) wiedergefunden. Nur 14 - 18 Prozent des Rhizodepositions-N wurde in der mikrobiellen Biomasse und ein sehr kleiner Anteil von 3 - 7 Prozent in der mineralischen N Fraktion gefunden. 48 bis 72 Prozent der N-Rhizodeposition konnte in keinem der untersuchten Pools nachgewiesen werden. Dieser Teil dürfte als mikrobielle Residualmasse immobilisiert worden sein. Nach 168 Tagen Inkubation wurden 21 bis 27 Prozent des Rhizodepositions-N in den mineralisiert. Der mineralisierte N stammte im wesentlichen aus zwei Pools: Zwischen 30 Prozent und 55 Prozent wurde aus der mikrobiellen Residualmasse mineralisiert und eine kleinere Menge stammte aus der mikrobielle Biomasse. Der Einfluss der Rhizodeposition auf den Umsatz der Residuen war indifferent. Durch Rhizodeposition wurde die C Mineralisierung der Leguminosenresiduen nur in der Lupinenvariante erhöht, wobei der mikrobielle N und die Bildung von mikrobieller Residualmasse aus den Leguminosenresiduen in allen Varianten durch Rhizodepositionseinflüsse erhöht waren. Das Potential des residualen Körnerleguminosen-N für die N Ernährung von Folgefrüchten war gering. Nur 8 - 12 Prozent des residualen N wurden in den Folgenfrüchten Weizen und Raps wiedergefunden. Durch die Berücksichtigung des Rhizodepositions-N war der relative Anteil des Residual-N bezogen auf die Gesamt-N-Aufnahme der Folgefrucht hoch und betrug zwischen 18 und 46 Prozent. Dies lässt auf einen höheren N-Beitrag der Körnerleguminosen schließen als bisher angenommen wurde. Die residuale N-Aufnahme von Weizen von der Blüte bis zur Reife wurde durch den Residual-N gespeist, der zur Blüte in der mikrobiellen Biomasse immobilisiert worden war. Die gesamte Poolgröße, Residual-N in der mikrobiellen Biomasse und in Weizen, veränderte sich von der Blüte bis zur Reife nicht. Jedoch konnte ein Rest von 80 Prozent des Residual-N in keinem der untersuchten Pools nachgewiesen werden und dürfte als mikrobielle Residualmasse immobilisiert worden sein oder ist noch nicht abgebaut worden. Die zwei unterschiedlichen Folgefrüchte - Weizen und Raps - zeigten sehr ähnliche Muster bei der N-Aufnahme, der Residual-N Wiederfindung und bei mikrobiellen Parametern für die Residuen der drei Körnerleguminosenarten. Ein differenzierender Effekt auf den Umsatz der Residuen bzw. auf das Residual-N-Aneignungsvermögen der Folgefrüchte konnte nicht beobachtet werden.

Estudi d'un receptor quinasa atípic (Mark) i de les proteïnes que interaccionen amb el seu domini intracel·lular. Transducció del senyal i desenvolupament en blat de moro (Zea mays)

Aquesta tesi doctoral s'engloba dins d'un projecte general d'estudi de gens implicats en l'embriogènesi del blat de moro. L'embriogènesi del blat de moro, i en general la de totes les plantes superiors, es dóna en tres etapes: una primera etapa on es diferencien tots els diversos teixits que formaran l'embrió, una segona etapa on l'embrió acumula productes de reserva i un tercer període, la dormància, que finalitza quan les condicions ambientals són les idònies per a la germinació. En el laboratori estàvem interessats, concretament, en l'estudi de gens implicats en la primera etapa morfogenètica, on els diferents teixits i estructures embrionàries queden definides. Per tal d'estudiar gens que s'expressaven en aquest període, una de les estratègies que es va realitzar fou un crivellat diferencial entre teixit embrionari i teixit de planta adulta. D'entre els diferents clons obtinguts, un corresponia a un clon parcial que presentava similitud amb receptors quinasa i que fou objecte d'estudi. A partir d'aquest clon es va obtenir el clon complet i es va anomenar MARK (per Maize Atypical Receptor Kinase). MARK presenta una estructura típica d'un receptor quinasa amb un domini extracel.lular, que conté 6 còpies imperfectes de LRR (Leucine- Rich Repeats), un únic domini transmembrana i un domini quinasa intracel.lular. El domini quinasa de MARK presenta, però, algunes variacions en els residus aminoacídics que es consideren claus per a la funció catalítica dels dominis quinasa. En concret cinc dels aminoàcids considerats essencials per a la fosforilació es troben substituits en el domini quinasa de MARK (DK-MARK). Els experiments de fosforilació in vitro que es van realitzar al laboratori, van mostrar com MARK era incapaç de fosforilar in vitro. Aquesta característica no és, però, exclusiva de MARK. Una búsqueda en les bases de dades ens van permetre identificar altres seqüències que també presentaven els mateixos o altres canvis en aquestes posicions aminoacídiques. En les bases de dades de plantes es van identificar un conjunt de seqüències genòmiques o ESTs amb aquestes característiques i només una d'elles, la proteïna TMKL1 d'Arabidopsis, ha sigut descrita com un receptor quinasa incapaç de fosforilar in vitro. Respecte a la búsqueda de receptors similars a MARK en les bases de dades d'animals, es van identificar també un conjunt de proteïnes que, en alguns casos, s'ha descrit que no tenen activitat quinasa in vivo. Per exemple, un dels casos més ben estudiats és el del receptor erbB3 que forma part de la família de receptors del EGF (Epidermal Growth Factor). Aquesta família de receptors està formada per 4 receptors: erbB1, erbB2, erbB3 i erbB4, dels quals només l'erbB3 no presenta activitat catalítica. S'ha descrit que erbB3 és capaç, tot i no fosforilar in vivo, de participar activament en la transducció del senyal formant heterodímers amb els altres membres de la família. Així, erbB3 és fosforilat pel seu partner i pot iniciar la cascada de transducció del senyal. La participació d'erbB3 en la transducció del senyal és essencial ja que embrions de ratolí knock-out pel gen erbB3 són inviables. Així doncs, el fet que receptors quinasa catalíticament inactius participin en les cascades de transducció del senyal, suggereix l'existència de nous mecanismes d'acció per a la transducció del senyal. Per tant, l'objectiu d'aquest treball fou l'estudi del mecanisme d'acció de MARK mitjançant la caracterització les proteïnes capaces d'interaccionar amb el seu domini quinasa. Per tal d'assolir aquest objectiu, es va realitzar un crivellat de doble-híbrid amb una llibreria de cDNA d'embrions de blat de moro de 7 DAP. D'aquest crivellat es va obtenir un conjunt de possibles clons positius que foren seqüenciats i entre els quals es van escollir per un estudi més detallat aquells que s'havien obtingut més vegades com a clons independents. Aquests clons codificaven per: una SAMDC (S-Adenosil Descarboxilasa), una eIF5 (Eukaryotic translation initiation), una hypothetical protein, una unknown protein, una gamma-adaptina i una MAP4K. Amb aquests 6 clons es van fer estudis in vitro i in vivo per tal de confirmar al seva interacció amb DK-MARK. Els estudis in vivo es van realitzar amb la soca de llevat AH109, una soca més astringent que la utilitzada en el crivellat, ja que presenta tres gens marcadors: Histidina, Adenina i Lacz. Els resultats obtinguts van mostrar que els clons codificants per SAMDC i eIF5 no van créixer en un medi selectiu per His i Ade i, per tant o es tracta de falsos positius del sistema o la seva interacció amb DK-MARK és dèbil. D'altra banda, la resta dels clons analitzats (proteïna hipotètica, una proteïna de funció desconeguda, la gamma-adaptina i una MAP4K) van créixer en medis en absència de Histidina i Adenina. Els assatjos de b-galactosidasa van ser tots positius a excepció de la proteïna hipotètica suggerint que potser aquesta interacció sigui més feble. D'altra banda també es van realitzar estudis in vitro amb la tècnica del pull-down. Els resultats obtinguts amb aquesta tècnica van recolzar els obtinguts en cèl.lules de llevat, ja que tots els clons analitzats a excepció dels codificants per SAMDC i eIF5 van donar un resultat d'interacció amb KD-MARK in vitro positiu. Davant aquests resultats ens vam centrar en l'estudi de la proteïna similar a MAP4K, doncs algunes proteïnes de la seva família s'han relacionat amb receptors de membrana. Els clons que es va obtenir del crivellat codificaven per una proteïna similar amb el domini C-terminal a les proteïnes BnMAP4Ka1 i a2 de Brassica napus. Aquestes proteïnes presenten una forta similitud de seqüència amb proteïnes de la família GCK/SPS1 que formen part d'un grup particular de MAPK relacionades amb la proteïna Ste20 (sterile 20 protein) de llevat. Ste20p activa la MAP3K de llevat Ste11 directament per fosforilació, transduint d'aquesta manera el senyal del receptor de feromones de creuament de les cèl.lules de llevat i es pot, doncs, considerar com una proteïna del tipus MAP4K (mitogen-activated protein kinase kinase kinase kinase). En els darrers anys, s'han identificat un gran nombre de proteïnes similars a Ste20: fins a una trentena en mamífers, en Drosophila, en Caenorhabditis elegans i en altres organismes. Segons la seva estructura aminoacídica, la família Ste20 s'ha classificat en dues subfamílies: les proteïnes STE20/PAK (p21-activated kinases) i la subfamília GCK/SPS1 (germinal center kinases). Les dues subfamílies estan formades per proteïnes que contenen un domini quinasa i un domini regulador, però, mentre que les proteïnes PAK presenten el domini quinasa en la part C-terminal, les GCKs el presenten en la regió N terminal. Les proteïnes GCK presenten una elevada diversitat estructural en el domini regulador permetent la seva classificació en 6 subfamílies. Mitjançant la tècnica del RACE es va obtenir el clon de cDNA complet que es va anomenar MIK (MARK Interacting Kinase). Amb la tècnica del Southern blot es va poder determinar que el gen MIK és un gen de còpia única en el genoma de blat de moro. Per tal d'analitzar la possible interacció entre DK-MARK i MIK, es va estudiar tant el patró d'expressió d'ambdós gens com el seu patró d'acumulació d'ambdues proteïnes durant l'embriogènesi del blat de moro. El patró d'expressió, analitzat per Northen blot va mostrar uns patrons coincidents al llarg de l'embriogènesi des del seu inici fins als 20 DAP amb una acumulació màxima de mRNA en embrions de 15 DAP. D'altra banda per tal d'estudiar el patró d'acumulació de la proteïna MIK així com per comparar-lo amb el de MARK, es van realitzar estudis de Westerns blot. Els resultats també van mostrar una coincidència en el temps de l'acumulació de les proteïnes MARK i MIK durant l'embriogènesi de blat de moro amb una major acumulació en embrions de 15 i 20 DAP. Es van dur a terme també estudis d'immunolocalitzacions sobre embrions de blat de moro de 15 DAP per tal d'estudiar en quins teixits s'acumulaven ambdues proteïnes. Les immunolocalitzacions van mostrar una major acumulació tant de MARK com de MIK en les zones meristemàtiques i en el teixit vascular sobretot del coleòptil on s'aprecia una forta co-localització de MARK i MIK. Totes aquestes dades són compatibles, doncs, amb una possible interacció de les proteïnes MARK i MIK, tot i que no la demostren. Per tal de demostrar la interacció es van realitzar experiments d'immunoprecipitació in vivo a partir d'extractes d'embrions. Malauradament, els resultats no són clars i en aquests moments en el laboratori s'estan posant a punt aquests experiments. També es van realitzar estudis comparatius de seqüència amb diferents proteïnes de la família GCK, mostrant una major similitud amb les proteïnes de la subfamília GCK-III. La subfamília GCK-III ha estat molt poc estudiada i en formen part un conjunt de proteïnes amb funcions molt diverses des de l'apoptosi, la citoquinesi o l'anòxia cel.lular. Per tant, la similitud de seqüència possiblement fa referència a una conservació en el mecanisme d'acció més que no pas a una conservació funcional. La possible interacció de MARK amb el domini C-terminal de MIK (el domini regulador) podria activar aquesta última iniciant una cascada de transducció del senyal en un model en el que una proteïna del tipus GCK-III faria de lligam directa entre un receptor de membrana i una cascada de senyalització intracel.lular. Aquest tipus de lligam entre un recepctor de membrana i mòduls intracel.lulars de senyalització s'ha descrit per a altres proteïnes GCK, si bé no directament sinó a través de proteïnes adaptadores. D'altra banda, la interacció directa de MARK, un receptor quinasa atípic que no té activitat catalítica, amb MIK suggereix un mecanisme on receptors atípics podrien interaccionar en la transducció del senyal activant la via de les MAPK.

The role of satellite image-processing for national-scale estimates of gene flow from genetically modified crops: rapeseed in the UK as a model.

1. There is concern over the possibility of unwanted environmental change following transgene movement from genetically modified (GM) rapeseed Brassica napus to its wild and weedy relatives. 2. The aim of this research was to develop a remote sensing-assisted methodology to help quantify gene flow from crops to their wild relatives over wide areas. Emphasis was placed on locating sites of sympatry, where the frequency of gene flow is likely to be highest, and on measuring the size of rapeseed fields to allow spatially explicit modelling of wind-mediated pollen-dispersal patterns. 3. Remote sensing was used as a tool to locate rapeseed fields, and a variety of image-processing techniques was adopted to facilitate the compilation of a spatially explicit profile of sympatry between the crop and Brassica rapa. 4. Classified satellite images containing rapeseed fields were first used to infer the spatial relationship between donor rapeseed fields and recipient riverside B. rapa populations. Such images also have utility for improving the efficiency of ground surveys by identifying probable sites of sympatry. The same data were then also used for the calculation of mean field size. 5. This paper forms a companion paper to Wilkinson et al. (2003), in which these elements were combined to produce a spatially explicit profile of hybrid formation over the UK. The current paper demonstrates the value of remote sensing and image processing for large-scale studies of gene flow, and describes a generic method that could be applied to a variety of crops in many countries. 6. Synthesis and applications. The decision to approve or prevent the release of a GM cultivar is made at a national rather than regional level. It is highly desirable that data relating to the decision-making process are collected at the same scale, rather than relying on extrapolation from smaller experiments designed at the plot, field or even regional scale. It would be extremely difficult and labour intensive to attempt to carry out such large-scale investigations without the use of remote-sensing technology. This study used rapeseed in the UK as a model to demonstrate the value of remote sensing in assembling empirical information at a national level.

Quantifying the effect of buffer zones, crop areas and spatial aggregation on the externalities of genetically modified crops at landscape level

The development of genetically modified (GM) crops has led the European Union (EU) to put forward the concept of 'coexistence' to give fanners the freedom to plant both conventional and GM varieties. Should a premium for non-GM varieties emerge in the market, 'contamination' by GM pollen would generate a negative externality to conventional growers. It is therefore important to assess the effect of different 'policy variables'on the magnitude of the externality to identify suitable policies to manage coexistence. In this paper, taking GM herbicide tolerant oilseed rape as a model crop, we start from the model developed in Ceddia et al. [Ceddia, M.G., Bartlett, M., Perrings, C., 2007. Landscape gene flow, coexistence and threshold effect: the case of genetically modified herbicide tolerant oilseed rape (Brassica napus). Ecol. Modell. 205, pp. 169-180] use a Monte Carlo experiment to generate data and then estimate the effect of the number of GM and conventional fields, width of buffer areas and the degree of spatial aggregation (i.e. the 'policy variables') on the magnitude of the externality at the landscape level. To represent realistic conditions in agricultural production, we assume that detection of GM material in conventional produce might occur at the field level (no grain mixing occurs) or at the silos level (where grain mixing from different fields in the landscape occurs). In the former case, the magnitude of the externality will depend on the number of conventional fields with average transgenic presence above a certain threshold. In the latter case, the magnitude of the externality will depend on whether the average transgenic presence across all conventional fields exceeds the threshold. In order to quantify the effect of the relevant' policy variables', we compute the marginal effects and the elasticities. Our results show that when relying on marginal effects to assess the impact of the different 'policy variables', spatial aggregation is far more important when transgenic material is detected at field level, corroborating previous research. However, when elasticity is used, the effectiveness of spatial aggregation in reducing the externality is almost identical whether detection occurs at field level or at silos level. Our results show also that the area planted with GM is the most important 'policy variable' in affecting the externality to conventional growers and that buffer areas on conventional fields are more effective than those on GM fields. The implications of the results for the coexistence policies in the EU are discussed. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

The effects of non-host plant essential oil volatiles on the behaviour of the pollen beetle Meligethes aeneus

The use of semiochemicals for manipulation of the pollen beetle Meligethes aeneus (Fabricius) (Coleoptera: Nitidulidae) is being investigated for potential incorporation into a push-pull control strategy for this pest, which damages oilseed rape, Brassica napus L. (Brassicaceae), throughout Europe. The response of M. aeneus to non-host plant volatiles was investigated in laboratory assays to establish whether they have any effect on host plant location behaviour. Two approaches were used. First a novel, moving-air bioassay using air funnels was developed to compare the response of M. aeneus to several non-host plant essential oils. The beetles avoided the host plant flowers in the presence of non-host volatiles, suggesting that M. aeneus uses olfactory cues in host location and/or acceptance. The results were expressed as 'repellency values' in order to compare the effects of the different oils tested. Lavender (Lavendula angustifolia Miller) (Lamiaceae) essential oil gave the highest repellency value. In addition, a four-arm olfactometer was used to investigate olfactory responses, as this technique eliminated the influence of host plant visual and contact cues. The attraction to host plant volatiles was reduced by the addition of non-host plant volatiles, but in addition to masking the host plant volatiles, the non-host volatiles were avoided when these were presented alone. This is encouraging for the potential use of non-host plants within a push-pull strategy to reduce the pest colonisation of crops. Further testing in more realistic semi-field and field trials is underway.