The use of temperate species in the Australian subtropics.

Temperate species and tropical crop silage are the basis for forage production for the dairy industry in the Australian subtropics. Irrigation is the key resource needed for production, with little survival of temperate species under rain-grown conditions except for lucerne. Annual ryegrass (Lolium multiflorum), fertilised with either inorganic nitrogen or grown with clovers, is the main cool season forage for the dairy industry. It is sown into fully prepared seedbeds, oversown into tropical grasses, especially kikuyu (Pennisetum clandestinum) or sown after mulching. There has been a continual improvement in the performance of annual and hybrid ryegrass cultivars over the last 25 years. In small plot, cutting experiments, yields of annual ryegrass typically range from 15 to 21 t DM/ha, with equivalent on-farm yields of 7 to 14 t DM/ha of utilised material. Rust (Puccinia coronata) remains the major concern although resistance is more stable than in oats. There have also been major improvements in the performance of perennial ryegrass (L. perenne) cultivars although their persistence under grazing is insufficient to make them a reliable forage source for the subtropics. On the other hand, tall fescue (Festuca arundinacea) and prairie grass (Bromus willdenowii) cultivars perform well under cutting and grazing, although farmer resistance to the use of tall fescue is strong. White clover (Trifolium repens) is a reliable and persistent performer although disease usually reduces its performance in the third year after sowing. Persian (Shaftal) annual clover (T. resupinatum) gives good winter production but the performance of berseem clover (T. alexandrinum) is less reliable and the sub clovers (T. subterraneum) are generally not suited to clay soils of neutral to alkaline pH. Lucerne (Medicago sativa), either as a pure stand or in mixtures, is a high producing legume under both irrigation and natural rainfall. Understanding the importance of leaf and crown diseases, and the development of resistant cultivars, have been the reasons for its reliability. Insects on temperate species are not as serious a problem in the subtropics as in New Zealand (NZ). Fungal and viral diseases, on the other hand, cause many problems and forage performance would benefit from more research into resistance.

Undersowing in a northern climate: effects on spring cereal yield and risk of nitrate leaching

Disadvantages of invariable cereal cropping, concern of nutrient leaching and prices of nitrogen (N) fertilizer have all increased during last decades. An undersown crop, which grows together with a main crop and after harvest, could mitigate all those questions. The aim of this study was to develop undersowing in Finnish conditions, so that it suits for spring cereal farming as well as possible and enhances taking care of soil and environment, especially when control of N is concerned. In total, 17 plant species were undersown in spring cereals during the field experiments between 1991-1999 at four sites in South and Central Finland, but after selection, eight of them were studied more thoroughly. Two legumes, one grass species and one mixture of them were included in long-term trials in order to study annually repeated undersowing. Further, simultaneous broadcasting of seeds instead of separate undersowing was studied. Grain yield response and the capacity of the undersown crop to absorb soil N or fix N from atmosphere, and the release of N were of greatest interest. Seeding rates of undersown crops and N fertilization rates during annually repeated undersowing were also studied. Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam., IR) absorbed soil nitrate N (NO3-N) most efficiently in autumn and timothy (Phleum pratense L.) in spring. The capacity of other grass species to absorb N was low, or it was insufficient considering the negative effect on grain yield. Red clover (Trifolium pratense L.) and white clover (Trifolium repens L.) suited well in annually repeated undersowing, supplying fixed N for cereals without markedly increased risk of N leaching. Autumn oriented growth rhythm of the studied legumes was optimal for undersowing, whereas the growth rhythm of grasses was less suited but varied between species. A model of adaptive undersowing system was outlined in order to emphasize allocation of measures according needs. After defining the goal of undersowing, many decisions are to be done. When diminishing N leaching is primarily sought, a mixture of IR and timothy is advantageous. Clovers suit for replacing N fertilization, as the positive residual effect is greater than the negative effect caused by competition. A mixture of legume and non legume is a good choice when increased diversity is the main target. Seeding rate is an efficient means for adjusting competition and N effects. Broadcasting with soil covering equipment can be used to establish an undersown crop. In addition, timing and method of cover crop termination have an important role in the outcome. Continuous observing of the system is needed as for instance conditions significantly affect growth of undersown crop and on the other hand N release from crop residues may increase in long run.

Environmentally benign Fe chelates in plant nutrition

The low solubility of iron (Fe) depresses plant growth in calcareous soils. In order to improve Fe availability, calcareous soils are treated with synthetic ligands, such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) and ethylenediimi-nobis(2-hydroxyphenyl)acetic acid (EDDHA). However, high expenses may hinder their use (EDDHA), and the recalcitrance of EDTA against biodegra-dation may increase the potential of cadmium (Cd) and lead (Pb) leaching. This study evaluated the ability of biodegradable ligands, i.e. different stereo-isomers of ethylenediaminedisuccinic acid (EDDS), to provide Fe for lettuce (Lactuca sativa L.) and ryegrass (Lolium perenne cv. Prego), their effects on uptake of other elements and solubility in soils and their subsequent effects on the activity of oxygen-scavenging enzymes in lettuce. Both EDTA and EDDHA were used as reference ligands. In unlimed and limed quartz sand both FeEDDS(S,S) and a mixture of stereo-isomers of FeEDDS (25% [S,S]-EDDS, 25% [R,R]-EDDS and 50% [S,R]/[R,S]-EDDS), FeEDDS(mix), were as efficient as FeEDTA and FeEDDHA in providing lettuce with Fe. However, in calcareous soils only FeEDDS(mix) was comparable to FeEDDHA when Fe was applied twice a week to mimic drip irrigation. The Fe deficiency increased the manganese (Mn) concentration in lettuce in both acidic and alkaline growth media, whereas Fe chelates depressed it. The same was observed with zinc (Zn) and copper (Cu) in acidic growth media. EDDHA probably affected the hormonal status of lettuce as well and thus depressed the uptake of Zn and Mn even more. The nutrient concentrations of ryegrass were only slightly affected by the Fe availability. After Fe chelate splitting in calcareous soils, EDDS and EDTA increased the solubility of Zn and Cu most, but only the Zn concentration was increased in lettuce. The availability of Fe increased the activity of oxygen-scavenging enzymes (ascorbate peroxidase, guaiacol peroxidase, catalase). The activity of Cu/ZnSOD (Cu/Zn superoxide dismutase) and MnSOD in lettuce leaves followed the concentrations of Zn and Mn. In acidic quartz sand low avail-ability of Fe increased the cobalt (Co) and nickel (Ni) concentrations in let-tuce, but Fe chelates decreased them. EDTA increased the solubility of Cd and Pb in calcareous soils, but not their uptake. The biodegradation of EDDS was not affected by the complexed element, and [S,S]-EDDS was biodegraded within 28 days in calcareous soils. EDDS(mix) was more recalcitrant, and after 56 days of incubation water-soluble elements (Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Ni, Cd and Pb) corresponded to 10% of the added EDDS(mix) concentration.

Efecto de las frecuencias de pastoreo sobre un pastizal natural con presencia de Lotus tenuis en el partido de Olavarría, provincia de Buenos Aires

Resumen: La Pampa deprimida bonaerense está considerada la zona de cría más importante del país; el 85% de su superficie está cubierta por pastizales naturales, siendo éstos la principal fuente de alimento para la ganadería local. La productividad del pastizal natural, puede ser mejorada aplicando tecnología de procesos, al utilizar pastoreos en forma rotacional, en lugar del usual pastoreo continuo. El objetivo del presente trabajo, es evaluar el efecto en la producción bruta de materia seca del pastizal natural en un ambiente de un bajo dulce, en donde Lolium multiflorum y Lotus tenuis constituyen especies indicadoras, y cuya frecuencia en el tapiz vegetal es alta. Este ensayo se realizó en el establecimiento “El Fortín” ubicado en la Estación Pourtalé (Partido de Olavarría), durante un año, desde Mayo del 2014 hasta Mayo del 2015. Se utilizó un diseño experimental de bloques completamentes aleatorizados (DCBA), con dos tratamientos: frecuencia de 45 días y frecuencia de 90 días. Aleatorizados en tres bloques que corresponden al número de parcelas existentes dentro del potrero. Se realizaron en total 11 muestreos midiendo la producción de materia seca, siendo esta la variable en estudio. El análisis estadístico se realizó mediante un análisis de varianza, utilizando como software el programa Infostat. Los resultados sobre la producción en promedio, sostienen que existen diferencias significativas entre ambos tratamientos: de 45 días y de 90 días. La materia seca acumulada y anualizada, fue de 3306,7kg.MS ha-1 para el tratamiento de 45 días y de 3190,0 kg.MS ha-1 para el tratamiento de 90 días, entre pastoreos sucesivos. Mientras que la producción promedio acumulada entre cortes para cada tratamiento fue de 472,4kg.MS ha-1 para el tratamiento de 45 días y de 797,5 kg.MS ha-1 para el tratamiento de 90 días.

不同生活型植物对机械刺激的反应

机械刺激效应（Effects of mechanical stimulation）是风生态学直接效应的主要表现形式。研究机械刺激对植物的影响，有利于将风的直接与间接效应区别开来，从而精确研究植物对风的反应格局;研究不同生活型植物对机械刺激的反应是植物力学与植物生态学的重要内容，有助于揭示植物对生境的适应机制。 本研究涉及三个实验。第一个实验探讨不同生活型植物对机械刺激和水分互作的响应格局;第二个实验研究匍匐茎草本植物蛇莓对部分机械刺激的反应;最后一个实验揭示不同水分供应条件下，番茄和紫花苜蓿对不同机械刺激频度的响应。在第一个实验中，克隆半灌木羊柴（Hedysarum laeve），一年生草本植物虫实（Corispermum mongolicum），多年生大型禾草沙鞭（Psammochloa villosa）和多年生丛生禾草黑麦草（Lolium perenne）分别接受由两个水平机械刺激（无刺激和刺激60 s d-1）和两个水平水分供应（200 ml d-1和400 ml d-1）组成的处理。在第二个实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica）接受4个不同水平的机械刺激：（1）整个克隆不受机械刺激;（2）整个克隆都受机械刺激;（3）除顶端外其余克隆部分受机械刺激;（4）仅克隆顶端受机械刺激，其余部分不受机械刺激。在最后一个实验中，番茄（Lycopersicon esculentum）和紫花苜蓿（Medicago sativa）接受由三个水平机械刺激频度（0，25赫兹和50赫兹）和三个水平水分供应（50ml，150ml和250ml）组成的处理。这些实验主要回答不同生活型植物的生长和（或）机械性状如何响应机械刺激。主要结果如下： （1）在对机械刺激和水分交互效应的实验中，交互效应随物种发生变化。机械刺激和水分的交互效应对羊柴、番茄和紫花苜蓿作用不显著，但对虫实、沙鞭和黑麦草作用显著。 （2）在对机械刺激的研究中，机械刺激对植物的效应有正负之分。如机械刺激降低羊柴和沙鞭的总生物量，表明其是一种胁迫因子。但对于虫实、番茄和紫花苜蓿来说，机械刺激却能不同程度地促进植物的生长。 （3）机械刺激对虫实的机械性状没有显著影响，但对羊柴的机械性状恰好相反。此外，水分对虫实机械性状有显著影响。 （4）不同植物对机械刺激频度的敏感性存在差异。对番茄来而言，50赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用;对紫花苜蓿来说，25赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用。 （5）蛇莓对局部机械刺激具有显著反应，特别是在顶端进行机械刺激的处理中，整个克隆片段的叶柄长度缩短，根冠比发生改变，将较多的生物量分配到根。 这些结果表明：（1）不同物种对机械刺激和水分互作的反应可能与机械震动方式及物种本身有关;（2）单位植物大小所承受的机械刺激的强度及物种的生长速率是不一样的;（3）不同反应间的相互作用及相互独立可部分解释物种间的效应差异;（4）接触性形态建成的效应不能从一个物种外推到另外一个物种。 以前的研究集中探讨直立茎植物对机械刺激的响应，而对匍匐茎植物的研究极为贫乏。我们对蛇莓部分机械刺激的研究仅仅是一个初步探索。蛇莓的可塑性行为可能是一种适应性策略，因为这类植物常常生长在机械刺激频繁的开阔生境中。上述三个实验仅仅从生长和机械角度探讨了植物的适应性，而要真正揭示植物对多风生境的适应需要对不同物种进行多水平、多层面的研究，以期掌握不同生活型植物对机械刺激响应的一般格局。例如，从激素、细胞、解剖结构等方面探索其内在机制。

薇甘菊对其入侵地植物种子萌发和幼苗生长的化感影响

薇甘菊主要入侵我国华南的广东、海南和云南三省，给当地造成了严重的危害，其强烈的化感作用被认为是其成功入侵的原因之一。而目前对薇甘菊化感作用的研究还较少，因而对薇甘菊化感作用的认识还有待深入的研究。另外，在对入侵植物入侵群落进行恢复时，由于入侵植物的凋落物以及生长过的土壤都还含有化感物质，常常导致恢复难以继续。因而选择抗化感能力强的物种来恢复薇甘菊的入侵地也成为该研究的一个主题。本文以薇甘菊为实验材料来研究薇甘菊化感作用对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长的影响，同时筛选化感抗性强的物种以进行薇甘菊入侵地的恢复工作。其主要结论如下： 1、薇甘菊根和叶的提取液对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长都有很大的抑制作用，并且这种抑制作用随着提取液浓度的升高以及处理时间的延长而加强，这证明了薇甘菊具有很强的化感作用。 2、一些植物种子萌发和幼苗生长在低、中浓度提取液以及高浓度提取液的短时间的处理下能被促进，不过在高浓度的提取液以及长时间的处理下都被抑制，这说明化感作用是抑制还是促进作用在很大程度上受到提取液浓度和处理时间的影响。 3、薇甘菊提取液（50 g L-1）对紫薇(Lagerstroemia indica)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、黑麦草(Lolium perenne)和西葫芦（Cucurbita pepo）种子处理50-100 h就能极大的影响到其后的种子萌发和幼苗生长，这说明薇甘菊在短时间（50-100 h）就能给植物产生极强的化感作用，也进一步证实薇甘菊很强的化感作用。 4、由于各物种进化历史的不同，而且各物种在对薇甘菊的化感抗性上也存在着差异，所以各物种对薇甘菊提取液的化感反应也各不相同。 5、薇甘菊根提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响要大于叶提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响，而对刺槐和紫薇种子萌发率、初始萌发时间、萌发速率以及幼苗株高的影响却是叶提取液的化感作用强。这支持了一个新的假设：由于物种间代谢的多样性，至少在根和叶对受试植物根的化感影响方面，对于一些物种来说根的化感作用可能强于叶的化感作用，对于另一些物种来说叶的化感作用可能强于根的化感作用。 6、薇甘菊叶提取液对西葫芦种子活力、种子萌发和幼苗生长的化感影响大，而对其后开花时间以及开花的数目没有明显的影响，这说明薇甘菊对西葫芦生活史前期的化感影响要大于对西葫芦生活史后期的化感影响。 7、薇甘菊叶的水提取液对种子萌发的抑制作用要大于对幼苗生长的抑制作用;对非豆科植物种子萌发的影响要大于对豆科植物种子萌发的影响，而对非豆科植物幼苗生长的影响要小于对豆科植物幼苗生长的影响;对本地种的抑制作用要大于对外来归化种的抑制作用。 本研究证实了薇甘菊强烈的化感作用，根提取液对受体植物幼根生长的影响大于叶提取液对受体植物幼根生长的影响，这种化感作用可能极大的促进了薇甘菊的入侵。另外，在恢复薇甘菊入侵群落时，考虑到薇甘菊的化感作用，理应选择外来的已经归化了的非豆科植物的幼苗。

Doenças do azevém.

2009

Construction of a Festuca pratensis BAC library for map-based cloning in IFestulolium substitution lines

Iain S. Donnison, Donal M. O Sullivan, Ann Thomas, Peter Canter, Beverley Moore, Ian Armstead, Howard Thomas, Keith J. Edwards and Ian P. King (2005). Construction of a Festuca pratensis BAC library for map-based cloning in Festulolium substitution lines. Theoretical and Applied Genetics, 110 (5) pp.846-851 Sponsorship: BBSRC;BBSRC RAE2008

La simbiosis entre pastos y hongos endofitos : su impronta aérea y subterránea en distintos contextos agroecológicos

Las plantas integran interacciones con múltiples especies mutualistas y antagonistas. Recientemente, se ha comenzado a considerar a los microorganismos simbiontes y en particular a hongos endofitos como moduladores de otras interacciones y, en consecuencia, de la estructura y el funcionamiento de las comunidades. El objetivo de esta tesis fue evaluar los efectos de la simbiosis entre pastos y hongos endofitos asexuales (Neotyphodium spp., Clavicipitaceae) sobre las comunidades del suelo y las relaciones de retroalimentación planta-suelo. Se postuló que la simbiosis Lolium multiflorum-N. occultans modifica la estructura de las comunidades aéreas a través de cambios en el suelo, y que estos efectos pueden variar con el contexto ecológico. Se realizaron ocho experimentos (en mesocosmos y a campo) en los que se manipuló la proporción de plantas con endofitos bajo distintas condiciones ambientales generadas por el pastoreo o la historia de uso. La presencia de la simbiosis redujo las tasas de descomposición y modificó la estructura de las redes tróficas del suelo, probablemente a través de la actividad radicular de la planta hospedante. La simbiosis generó respuestas de retroalimentación negativa sobre otras especies herbáceas, mejoró la capacidad invasora de L. multiflorum, aumentó la riqueza de especies vegetales y redujo la cobertura de pastos nativos y exóticos. Sin embargo, estos efectos sobre las comunidades aéreas y subterráneas fueron evidentes solo bajo ciertas condiciones dadas por el pastoreo y la historia de uso del suelo. Las interacciones múltiples que establecen las plantas y la historia del ambiente deberían ser consideradas en los modelos que describen los mecanismos que determinan la estructura y el funcionamiento de las comunidades. Esta tesis sostiene que la simbiosis pasto-endofito es más que un mutualismo defensivo ya que modula interacciones múltiples entre componentes aéreos y subterráneos e influye sobre la invasión y el ensamble de las comunidades

Determinación de la producción de forraje y la calidad nutricional de diferentes secuencias de cultivos anuales invernales

El contexto actual que enfrentan los productores lecheros, caracterizado por un incremento de los costos de producción y una fuerte presión de la agricultura sobre la actividad tambo, hace que deban incrementar la productividad para poder mantener la rentabilidad de sus explotaciones. Aumentos en la productividad pueden lograrse mediante el incremento de la cantidad de forraje producido y utilizado por hectárea, por ejemplo implementando rotaciones forrajeras complementarias (CFR). Los objetivos del siguiente trabajo fueron comparar la oferta forrajera y la calidad nutricional de los cultivos anuales invernales que componen las CFR, frente a otros de mayor tradicion en la pampa húmeda. Se evaluó la cantidad de materia seca producida por hectárea (tn MS ha-1) de tres tratamientos: colza forrajera (Brassica rapa) - trebol persa (Trifolium repesinatum), avena (Avena sativa) y raigras anual (Lolium multiflorum). Se tomaron muestras de cada cultivo para la determinacion de la calidad nutricional: proteína cruda (PC), fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente acido (FDA) y se estimó la digestibilidad de la materia seca (DMS). El diseño experimental utilizado fue de bloques completos aleatorizados con tres repeticiones. Los cultivos se sembraron a fines de marzo, se realizaron tres cortes con destino a pastoreo y un cuarto con destino a silaje para la avena y el raigras anual. En el caso de la colza forrajera, solo fue factible realizar dos cosechas debido a un pobre segundo rebrote posiblemente atribuído a la falta de precipitaciones durante ese período. Asimismo, el trébol persa intersembrado luego de la segunda cosecha de la colza, no logró germinar debido a las mismas condiciones expuestas anteriormente. Los tratamientos se analizaron estadísticamente mediante un análisis de varianza (ANOVA) y cuando correspondió, se realizó una prueba de comparaciones multiples (Tukey p . 0,05) para determinar las diferencias entre las medias. Los resultados obtenidos en el presente trabajo demostraron que la oferta forrajera total del tratamiento colza forrajera fue significativamente menor a los tratamientos avena y raigras anual (p . 0,05) debido principalmente al deficit hídrico que generó la pérdida de la tercer cosecha de colza forrajera y la falla en la siembra del trebol persa. En cuanto a la calidad forrajera, se observaron menores valores de FDN, FDA y consecuentemente mayor DMS para el tratamiento colza forrajera, sin embargo para PC no se hallaron resultados consistentes como para los casos anteriores. Los resultados han sido promisorios considerando que la oferta forrajera y calidad nutricional de los dos primeros cortes del tratamiento colza forrajera igualaron a la avena y raigras. Serán necesarias nuevas experiencias en secano y también bajo riego con el fin de generar mas informacion sobre estas especies.

La simbiosis con endófitos del género Neotyphodium y su impacto en la interacción del pasto hospedante con otros hongos

En los pastizales naturales se encuentran muchas especies de gramíneas asociadas a endófitos asexuales del género Neotyphodium. La persistencia de la simbiosis en las comunidades ha sido asociada a los beneficios que el endófito le confiere al hospedante frente a situaciones de herbivoría y estrés abiótico. El objetivo general de esta tesis es evaluar el impacto de la presencia del endófito sobre el desarrollo de otros hongos que forman asociaciones patogénicas con el mismo pasto hospedante y estudiar de qué manera esta triple interacción se relaciona con el resto de la comunidad y el ambiente abiótico. Como sistema de estudio se utilizó a la gramínea anual Lolium multiflorum, su endófito Neotyphodium occultans y hongos con estrategias de vida contrastantes que colonizan distintos tejidos en distintos estadios del hospedante y generan cambios diversos en su demografía y ecología. La hipótesis general de esta tesis es que la presencia de endófitos altera tanto de manera directa como indirecta la interacción entre la planta hospedante y la comunidad de patógenos, y que estos cambios impactan sobre la permanencia de la simbiosis y su interacción con el resto de la comunidad vegetal. A través de un meta-análisis y experimentos manipulativos en laboratorio, invernáculo y a campo demostramos que el mutualismo reduce la infección por diversos hongos patógenos a través de mecanismos tanto fisiológicos como ecológicos, e impacta sobre otras especies de pastos. La conclusión general de esta tesis es que esta triple interacción está lejos de ser simple como fue planteado en sus inicios. Esta interacción es compleja e incluye a otros organismos de la comunidad, tanto como mediadores de la infección o como beneficiarios de los efectos de la simbiosis.

Efectos de la composición de grupos funcionales sobre la invasión de especies exóticas y su impacto en pastizales de la pampa deprimida

El manejo de los ecosistemas produce cambios en la composición de las comunidades, que pueden influir sobre la susceptibilidad de la comunidad a ser invadida y sobre los impactos de la invasión. En esta tesis, avanzo con la comprensión del rol que ejerce la composición funcional de plantas sobre la invasión de especies exóticas, usando dos aproximaciones experimentales. El experimento de remoción mostró que la pérdida selectiva de grupos funcionales promovió la invasión de acuerdo a la cantidad de biomasa removida, pero también a partir de un efecto de identidad de los pastos nativos de verano. La falta de compensación de los grupos remanentes, permitió que la invasión persista hasta al menos dos años después de cesados los disturbios. El experimento de ensamble en donde varió la composición de la comunidad, mostró una interacción sub-aditiva entre grupos funcionales nativos, generando que comunidades más diversas sean menos resistentes a la invasión respecto de comunidades compuestas por el grupo funcional más resistente. La composición de la comunidad determinó la invasión por Lolium multiflorum pero apenas afectó a Lotus tenuis. La intensidad de defoliación aumentó la invasión, pero en general no cambió los efectos de la composición funcional, excepto cuando la resistencia a la invasión estuvo dada por una alta superposición de nichos. La invasión por L. multiflorum o L. tenuis afectó negativamente a los pastos nativos de invierno, mientras que la productividad primaria neta aérea aumentó o no fue afectada. La superposición temporal de nichos, el efecto de prioridad y el fitness relativo de la invasora regularon el éxito de la invasión y los impactos generados sobre la comunidad receptora. Sin embargo, los efectos interactivos observados en ambos experimentos sugieren que la facilitación indirecta puede jugar un rol importante en controlar el éxito de las invasiones y los impactos que éstas generan.

Rizofiltración de plomo de aguas y efluentes contaminados y concentración en raíces de plantas terrestres

p.75-82

Aspectos biológicos de Orphulella punctata (De Geer) (Orthoptera:Acrididae)

p.73-77

A structural basis for different antifreeze protein roles

Antifreeze proteins (AFPs) are produced by a variety of organisms to either protect them from freezing or help them tolerate being frozen. Recent structural work has shown that AFPs bind to ice using ordered surface waters on a particular surface of the protein called the ice-binding site (IBS). These 'anchored clathrate' waters fuse to particular planes of an ice crystal and hence irreversibly bind the AFP to its ligand. An AFP isolated from the perennial ryegrass, Lolium perenne (LpAFP) was previously modelled as a right-handed beta helix with two proposed IBSs. Steric mutagenesis, where small side chains were replaced with larger ones, determined that only one of the putative IBSs was responsible for binding ice. The mutagenesis work also partly validated the fold of the computer-generated model of this AFP. In order to determine the structure of the protein, LpAFP was crystallized and solved to 1.4 Å resolution. The protein folds as an untwisted left-handed beta-helix, of opposite handedness to the model. The IBS identified by mutagenesis is remarkably flat, but less regular than the IBS of most other AFPs. Furthermore, several of the residues constituting the IBS are in multiple conformations. This irregularity may explain why LpAFP causes less thermal hysteresis than many other AFPs. Its imperfect IBS is also argued to be responsible for LpAFP's heightened ice-recrystallization inhibition activity. The structure of LpAFP is the first for a plant AFP and for a protein responsible for providing freeze tolerance rather than freeze resistance. To help understand what constitutes an IBS, a non-ice-binding homologue of type III AFP, sialic acid synthase (SAS), was engineered for ice binding. Point mutations were made to the germinal IBS of SAS to mimic key features seen in type III AFP. The crystal structures of some of the mutant proteins showed that the potential IBS became less charged and flatter as the mutations progressed, and ice affinity was gained. This proof-of-principle study highlights some of the difficulties in AFP engineering.