Association mapping of stem rust resistance in durum wheat at the seedling and adult plant stages

In wheat, stem rust is known to rapidly evolve new virulence to resistance genes. While more than 50 stem rust resistance (Sr) loci have been identified in wheat, only a few remain effective, particularly against the highly virulent race Ug99 (TTKSK race) and a mixture of durum-specific races. An association mapping (AM) study based on 183 durum wheat accessions was utilized to identify resistance loci for stem rust response in Ethiopia over four seasons and artificial inoculation with Ug99 (TTKSK race) and a mixture of durum-specific races under field conditions as well as in greenhouse test at seedling stage under controlled conditions for resistance to four highly virulent stem rust races: TRTTF, TTTTF, (TTKSK (Ug99) and JRCQC. The panel was profiled with 1,253 SSR and DArT markers. Twelve QTL-tagging markers were significant (P < 0.05) across three to four seasons. The role of Sr13, Sr9, Sr14, Sr17, and Sr28 was confirmed. Thirteen significant markers were in regions with no Sr genes/QTLs. The results under controlled conditions showed that 15, 20, 19 and 19 chromosome regions harbored markers that showed significant effects for races TRTTF, TTTTF, TTKSK and JRCQC, respectively. These genomic regions showed marker R2 values ranging from 1.13 to 8.34, 1.92 to 17.64, 1.75 to 23.12 and 1.51 to 15.33% for races TRTTF, TTTTF, TTKSK and JRCQC, respectively. The study demonstrates that stem rust resistance in durum wheat is governed in part by shared loci and in part by race-specific ones. The QTLs identified in this study through AM will be useful in the marker-assisted development of durum wheat cultivars with durable stem rust resistance.

Leaf level VOC emissions of single plants from Amazonian and Mediterranean ecosystems: Ontogeny and flooding as stress factor for VOC emissions

Die Vegetation ist die wichtigste Quelle von organischen flüchtigen Verbindungen (auf Englisch volatile organic compounds,VOCs), die einen bemerkenswerten Einfluss auf der Chemie und Physik der Atmosphäre haben. VOCs beeinflussen die oxidative Kapazität der Atmosphäre und tragen zu der Bildung und zum Wachstum von sekundären organischen Aerosolen bei, welche einerseits eine Streuung und Reflektierung der Energie verursachen und andererseits sich an der Bildung und Entwicklung von Wolken beteiligen. Ziel dieser Arbeit war die Beschreibung und der Vergleich von VOC Emissionen aus Pflanzen aus zwei verschiedenen Ökosystemen: Mediterranes Ökosystem und Tropisches Ökosystem. Für diese Aufgabe wurden gewöhnliche Pflanzen von beiden Ökosystemen untersucht. Siebzehn Pflanzenspezies aus der Mittelmeergebiet, welches bekannt ist für seine Vielfalt an VOC emittierenden Pflanzen, wurden in die Untersuchungen einbezogen. Im Gegensatz zum mediterranen Ökosystem sind nur wenig Information verfügbar über VOC Emissionen aus Blättern tropischer Baumspezies. Vor diesem Hintergrund wurden sechsundzwanzig Baumspezies aus verschiedenen Ökotypen des Amazonasbeckens (Terra firme, Várzea und Igapó) wurden auf VOC Emissionen auf Blattebene mit einem Küvetten-System untersucht. Analysen von flüchtigen organischen Verbindungen wurden online mit PTR-MS und offline mittels Sammlung auf entsprechenden Adsorbern (Kartuschen) und nachfolgender GC-FID Analyse untersucht. Die höchsten Emissionen wurden für Isoprene beobachtete, gefolgt durch Monoterpene, Methanol und Aceton. Die meisten Mittelmeer Spezies emittierten eine hohe Vielfalt an Monoterpenspezies, hingegen zeigten nur fünf tropische Pflanzenspezies eine Monoterpene mit einen sehr konservativen Emissionsprofil (α-Pinen>Limonen>Sabinen >ß-Pinen). Mittelmeerpflanzen zeigten zusätzlich Emissionen von Sesquiterpenen, während bei der Pflanzen des Amazonas Beckens keine Sesquiterpenemissionen gefunden wurden. Dieser letzte Befund könnte aber auch durch eine niedrigere Sensitivität des Messsystems während der Arbeiten im Amazonasgebiet erklärt werden. Zusätzlich zu den Isoprenoidemissionen waren Methanolemissionen als Indikator für Wachtumsvorgänge sehr verbreitet in den meisten Pflanzenspezies aus tropischen und mediterranen Gebieten. Einige Pflanzenspezies beider Ökosystemen zeigten Acetonemissionen. rnrnVOC Emissionen werde durch eine große Vielfalt an biotischen und abiotischen Faktoren wie Lichtintensität, Temperatur, CO2 und Trockenheit beeinflusst. Ein anderer, öfter übersehener Faktor, der aber sehr wichtig ist für das Amazonas Becken, ist die regelmäßige Überflutung. In dieser Untersuchung wir fanden heraus, dass am Anfang einer Wurzelanoxie, die durch die Überflutung verursacht wurde, Ethanol und Acetaldehyd emittiert werden können, vor allem in Pflanzenspezies, die schlechter an eine unzureichende Sauerstoffversorgung bei Flutung adaptiert sind, wie z.B. Vatairea guianensis. Die Spezies Hevea spruceana, welche besser an Überflutung adaptiert ist, könnte möglicherweise der gebildete Ethanol sofort remetabolisieren ohne es zu emittieren. Nach einer langen Periode einer Überflutung konnte allerdings keine Emission mehr beobachtet werden, was auf eine vollständige Adaptation mit zunehmender Dauer schließen lässt. Als Reaktion auf den ausgelösten Stress können Isoprenoidemissionen ebenfalls kurzfristig nach einigen Tage an Überflutung zunehmen, fallen dann aber dann nach einer langen Periode zusammen mit der Photosynthese, Transpiration und stomatäre Leitfähigkeit deutlich ab.rnrnPflanzen Ontogenese ist anscheinend von Bedeutung für die Qualität und Quantität von VOC Emissionen. Aus diesem Grund wurden junge und erwachsene Blätter einiger gut charakterisierten Pflanzen Spezies aus dem Mittelmeerraum auf VOC Emissionen untersucht. Standard Emissionsfaktoren von Isopren waren niedriger in jungen Blättern als in erwachsene Blätter. Hingegen wurden höhere Monoterpen- und Sesquiterpenemissionen in jungen Blätter einiger Pflanzenspezies gefunden. Dieser Befund deutet auf eine potentielle Rolle dieser VOCs als Abwehrkomponenten gegen Pflanzenfresser oder Pathogene bei jungen Blätter hin. In einigen Fällen variierte auch die Zusammensetzung der Monoterpen- und Sesquiterpenspezies bei jungen und erwachsenen Blättern. Methanolemissionen waren, wie erwartet, höher in jungen Blättern als in ausgewachsenen Blättern, was mit der Demethylierung von Pectin bei der Zellwandreifung erklärt werden kann. Diese Befunde zu Änderungen der Emissionskapazität der Vegetation können für zukünftige Modellierungen herangezogen werden. rn

The Arabidopsis PHYTOCHROME KINASE SUBSTRATE2 protein is a phototropin signaling element that regulates leaf flattening and leaf positioning

In Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), the blue light photoreceptor phototropins (phot1 and phot2) fine-tune the photosynthetic status of the plant by controlling several important adaptive processes in response to environmental light variations. These processes include stem and petiole phototropism (leaf positioning), leaf flattening, stomatal opening, and chloroplast movements. The PHYTOCHROME KINASE SUBSTRATE (PKS) protein family comprises four members in Arabidopsis (PKS1-PKS4). PKS1 is a novel phot1 signaling element during phototropism, as it interacts with phot1 and the important signaling element NONPHOTOTROPIC HYPOCOTYL3 (NPH3) and is required for normal phot1-mediated phototropism. In this study, we have analyzed more globally the role of three PKS members (PKS1, PKS2, and PKS4). Systematic analysis of mutants reveals that PKS2 (and to a lesser extent PKS1) act in the same subset of phototropin-controlled responses as NPH3, namely leaf flattening and positioning. PKS1, PKS2, and NPH3 coimmunoprecipitate with both phot1-green fluorescent protein and phot2-green fluorescent protein in leaf extracts. Genetic experiments position PKS2 within phot1 and phot2 pathways controlling leaf positioning and leaf flattening, respectively. NPH3 can act in both phot1 and phot2 pathways, and synergistic interactions observed between pks2 and nph3 mutants suggest complementary roles of PKS2 and NPH3 during phototropin signaling. Finally, several observations further suggest that PKS2 may regulate leaf flattening and positioning by controlling auxin homeostasis. Together with previous findings, our results indicate that the PKS proteins represent an important family of phototropin signaling proteins.

Monte Carlo implementation, validation, and characterization of a 120 leaf MLC

Recently, the new high definition multileaf collimator (HD120 MLC) was commercialized by Varian Medical Systems providing high resolution in the center section of the treatment field. The aim of this work is to investigate the characteristics of the HD120 MLC using Monte Carlo (MC) methods.

Leaf press juice from Bryophyllum pinnatum (Lamarck) Oken induces myometrial relaxation

The use of preparations from Bryophyllum pinnatum (Lamarck) Oken (Kalanchoe pinnata (Lamarck) Persoon) in tocolysis is supported by clinical evidence. We studied here the effect of B. pinnatum leaf press juice and its chemical fractions on the response of human myometrial strips. No data are available if the influence on myometrial strips of the juice differs from that of its components in the chemical fractions, in order to increase the pharmacological effect.

Leaf Asymmetry as a Developmental Constraint Imposed by Auxin-Dependent Phyllotactic Patterning

In a majority of species, leaf development is thought to proceed in a bilaterally symmetric fashion without systematic asymmetries. This is despite the left and right sides of an initiating primordium occupying niches that differ in their distance from sinks and sources of auxin. Here, we revisit an existing model of auxin transport sufficient to recreate spiral phyllotactic patterns and find previously overlooked asymmetries between auxin distribution and the centers of leaf primordia. We show that it is the direction of the phyllotactic spiral that determines the side of the leaf these asymmetries fall on. We empirically confirm the presence of an asymmetric auxin response using a DR5 reporter and observe morphological asymmetries in young leaf primordia. Notably, these morphological asymmetries persist in mature leaves, and we observe left-right asymmetries in the superficially bilaterally symmetric leaves of tomato (Solanum lycopersicum) and Arabidopsis thaliana that are consistent with modeled predictions. We further demonstrate that auxin application to a single side of a leaf primordium is sufficient to recapitulate the asymmetries we observe. Our results provide a framework to study a previously overlooked developmental axis and provide insights into the developmental constraints imposed upon leaf morphology by auxin-dependent phyllotactic patterning.

PIN1-Independent Leaf Initiation in Arabidopsis

Phyllotaxis, the regular arrangement of leaves and flowers around the stem, is a key feature of plant architecture. Current models propose that the spatiotemporal regulation of organ initiation is controlled by a positive feedback loop between the plant hormone auxin and its efflux carrier PIN-FORMED1 (PIN1). Consequently, pin1 mutants give rise to naked inflorescence stalks with few or no flowers, indicating that PIN1 plays a crucial role in organ initiation. However, pin1 mutants do produce leaves. In order to understand the regulatory mechanisms controlling leaf initiation in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) rosettes, we have characterized the vegetative pin1 phenotype in detail. We show that although the timing of leaf initiation in vegetative pin1 mutants is variable and divergence angles clearly deviate from the canonical 137° value, leaves are not positioned at random during early developmental stages. Our data further indicate that other PIN proteins are unlikely to explain the persistence of leaf initiation and positioning during pin1 vegetative development. Thus, phyllotaxis appears to be more complex than suggested by current mechanistic models.