Induced Immunity Against Belowground Insect Herbivores- Activation of Defenses in the Absence of a Jasmonate Burst

Roots respond dynamically to belowground herbivore attack. Yet, little is known about the mechanisms and ecological consequences of these responses. Do roots behave the same way as leaves, or do the paradigms derived from aboveground research need to be rewritten? This is the central question that we tackle in this article. To this end, we review the current literature on induced root defenses and present a number of experiments on the interaction between the root herbivore Diabrotica virgifera and its natural host, maize. Currently, the literature provides no clear evidence that plants can recognize root herbivores specifically. In maize, mild mechanical damage is sufficient to trigger a root volatile response comparable to D. virgifera induction. Interestingly, the jasmonate (JA) burst, a highly conserved signaling event following leaf attack, is consistently attenuated in the roots across plant species, from wild tobacco to Arabidopsis. In accordance, we found only a weak JA response in D. virgifera attacked maize roots. Despite this reduction in JA-signaling, roots of many plants start producing a distinct suite of secondary metabolites upon attack and reconfigure their primary metabolism. We, therefore, postulate the existence of additional, unknown signals that govern induced root responses in the absence of a jasmonate burst. Surprisingly, despite the high phenotypic plasticity of plant roots, evidence for herbivore-induced resistance below ground is virtually absent from the literature. We propose that other defensive mechanisms, including resource reallocation and compensatory growth, may be more important to improve plant immunity below ground.

Cell-to-cell communication--periodontal regeneration.

BACKGROUND Although regenerative treatment options are available, periodontal regeneration is still regarded as insufficient and unpredictable. AIM This review article provides scientific background information on the animated 3D film Cell-to-Cell Communication - Periodontal Regeneration. RESULTS Periodontal regeneration is understood as a recapitulation of embryonic mechanisms. Therefore, a thorough understanding of cellular and molecular mechanisms regulating normal tooth root development is imperative to improve existing and develop new periodontal regenerative therapies. However, compared to tooth crown and earlier stages of tooth development, much less is known about the development of the tooth root. The formation of root cementum is considered the critical element in periodontal regeneration. Therefore, much research in recent years has focused on the origin and differentiation of cementoblasts. Evidence is accumulating that the Hertwig's epithelial root sheath (HERS) has a pivotal role in root formation and cementogenesis. Traditionally, ectomesenchymal cells in the dental follicle were thought to differentiate into cementoblasts. According to an alternative theory, however, cementoblasts originate from the HERS. What happens when the periodontal attachment system is traumatically compromised? Minor mechanical insults to the periodontium may spontaneously heal, and the tissues can structurally and functionally be restored. But what happens to the periodontium in case of periodontitis, an infectious disease, after periodontal treatment? A non-regenerative treatment of periodontitis normally results in periodontal repair (i.e., the formation of a long junctional epithelium) rather than regeneration. Thus, a regenerative treatment is indicated to restore the original architecture and function of the periodontium. Guided tissue regeneration or enamel matrix proteins are such regenerative therapies, but further improvement is required. As remnants of HERS persist as epithelial cell rests of Malassez in the periodontal ligament, these epithelial cells are regarded as a stem cell niche that can give rise to new cementoblasts. Enamel matrix proteins and members of the transforming growth factor beta (TGF-ß) superfamily have been implicated in cementoblast differentiation. CONCLUSION A better knowledge of cell-to-cell communication leading to cementoblast differentiation may be used to develop improved regenerative therapies to reconstitute periodontal tissues that were lost due to periodontitis.

Absolute polarity determination of teeth cementum by phase sensitive second harmonic generation microscopy

The absolute sign of local polarity in relation to the biological growth direction has been investigated for teeth cementum using phase sensitive second harmonic generation microscopy (PS-SHGM) and a crystal of 2-cyclooctylamino-5-nitropyridine (COANP) as a nonlinear optic (NLO) reference material. A second harmonic generation (SHG) response was found in two directions of cementum: radial (acellular extrinsic fibers that are oriented more or less perpendicular to the root surface) and circumferential (cellular intrinsic fibers that are oriented more or less parallel to the surface). A mono-polar state was demonstrated for acellular extrinsic cementum. However, along the different parts of cementum in circumferential direction, two corresponding domains were observed featuring an opposite sign of polarity indicative for a bi-polar microscopic state of cellular intrinsic cementum. The phase information showed that the orientation of radial collagen fibrils of cementum is regularly organized with the donor (D) groups pointing to the surface. Circumferential collagen molecules feature orientational disorder and are oriented up and down in random manner showing acceptor or donor groups at the surface of cementum. Considering that the cementum continues to grow in thickness throughout life, we can conclude that the cementum is growing circumferentially in two opposite directions and radially in one direction. A Markov chain type model for polarity formation in the direction of growth predicts D-groups preferably appearing at the fiber front.

Effects of Externally Applied, Cyclical, Low Magnitude Forces on Orthodontic Tooth Movement in Rats

Orthodontic tooth movement requires external orthodontic forces to be converted to cellular signals that result in the coordinated removal of bone on one side of the tooth (compression side) by osteoclasts, and the formation of new bone by osteoblasts on the other side (tension side). The length of orthodontic treatment can take several years, leading to problems of caries, periodontal disease, root resorption, and patient dissatisfaction. It appears that the velocity of tooth movement is largely dependent on the rate of alveolar bone remodeling. Pharmacological approaches to increase the rate of tooth movement are limited due to patient discomfort, severe root resorption, and drug-induced side effects. Recently, externally applied, cyclical, low magnitude forces (CLMF) have been shown to cause an increase in the bone mineral density of long bones, and in the growth of craniofacial structures in a variety of animal models. In addition, CLMF is well tolerated by the patient and produces no known adverse effects. However, its application in orthodontic tooth movement has not been specifically determined. Since factors that increase alveolar bone remodeling enhance the rate of orthodontic tooth movement, we hypothesized that externally applied, cyclical, low magnitude forces (CLMF) will increase the rate of orthodontic tooth movement. In order to test this hypothesis we used an in vivo rat orthodontic tooth movement model. Our specific aims were: Specific Aim 1: To develop an in vivo rat model for tooth movement. We developed a tooth movement model based upon two established rodent models (Ren and Yoshimatsu et al, See Figure 1.). The amount of variation of tooth movement in rats exposed to 25-60 g of mesial force activated viii from the first molar to the incisor for 4 weeks was calculated. Specific Aim 2: To determine the frequency dose response of externally applied, cyclical, low magnitude forces (CLMF) for maximal tooth movement and osteoclast numbers. Our working hypothesis for this aim was that the amount of tooth movement would be dose dependent on the frequency of application of the CLMF. In order to test this working hypothesis, we varied the frequency of the CLMF from 30, 60, 100, and 200 Hz, 0.4N, two times per week, for 10 minutes for 4 weeks, and measured the amount of tooth movement. We also looked at the number of osteoclasts for the different frequencies; we hypothesized an increase in osteoclasts for the dose respnse of different frequencies. Specific Aim 3: To determine the effects of externally applied, cyclical, low magnitude forces (CLMF) on PDL proliferation. Our working hypothesis for this aim was that PDL proliferation would increase with CLMF. In order to test this hypothesis we compared CLMF (30 Hz, 0.4N, two times per week, for 10 minutes for 4 weeks) performed on the left side (experimental side), to the non-CLMF side, on the right (control side). This was an experimental study with 24 rats in total. The experimental group contained fifteen (15) rats in total, and they all received a spring plus a different frequency of CLMF. Three (3) received a spring and CLMF at 30 Hz, 0.4N for 10 minutes. Six (6) received a spring and CLMF at 60 Hz, 0.4N for 10 minutes. Three (3) received a spring and CLMF at 100 Hz, 0.4N for 10 minutes. Three (3) received a spring and CLMF at 200 Hz, 0.4N for 10 minutes. The control group contained six (6) rats, and received only a spring. An additional ix three (3) rats received CLMF (30 Hz, 0.4N, two times per week, for 10 minutes for 4 weeks) only, with no spring, and were used only for histological purposes. Rats were subjected to the application of orthodontic force from their maxillary left first molar to their left central incisor. In addition some of the rats received externally applied, cyclical, low magnitude force (CLMF) on their maxillary left first molar. micro-CT was used to measure the amount of orthodontic tooth movement. The distance between the maxillary first and second molars, at the most mesial point of the second molar and the most distal point of the first molar (1M-2M distance) were used to evaluate the distance of tooth movement. Immunohistochemistry was performed with TRAP staining and BrdU quantification. Externally applied, cyclical, low magnitude forces (CLMF) do appear to have an effect on the rate, while not significant, of orthodontic tooth movement in rats. It appears that lower CLMF decreases the rate of tooth movement, while higher CLMF increases the rate of tooth movement. Future studies with larger sample sizes are needed to clarify this issue. CLMF does not appear to affect the proliferation in PDL cells, and has no effect on the number of osteoclasts.

Influencia de restricciones hídricas poscosecha en el crecimiento vegetativo y reproductivo en plantaciones jóvenes de cerezo (Prunus avium L.)

En cerezos plantas con excesivo vigor son poco precoces, a menudo poco productivas y de difícil manejo en el cultivo. El exceso de vigor puede ser controlado con el uso de estrategias de riego deficitario controlado (RDC). Para contribuir a la racionalización del uso del recurso hídrico, controlar el crecimiento vegetativo vigoroso y estimular la producción precoz en plantaciones jóvenes de cerezo, se estableció un ensayo de RDC en un monte frutal comercial de la variedad Bing regado por goteo en la localidad de Agua Amarga, Mendoza, Argentina, Se evaluó la respuesta a distintos regímenes de riego poscosecha sobre parámetros de crecimiento vegetativo (crecimiento de brotes y tronco, área y peso seco foliar), reproductivo (densidad de floración, rendimiento y calidad de frutos) y estado nutricional (nutrimentos foliares y reservas de carbohidratos no estructurales). Los tratamientos de riego poscosecha fueron: riego a demanda plena (T1= Etc 100 %) y RDC reponiendo el 75 % (T2= Etc 75 %) y 50 % (T3= Etc 50 %) respecto de T1. Se midió el estado hídrico de la planta a través del potencial agua del tallo a mediodía y del suelo con sonda de capacitancia y gravimetría. En T3 disminuyó la longitud de brotes, número y longitud de entrenudos, número de hojas, área foliar y peso seco foliar, y área de tronco. En T2 disminuyó la longitud de brotes y de entrenudos. En T3 la intensidad del déficit hídrico impuesta aumentó la calidad de los ramilletes y la producción de yemas de flor, flores y frutos en el ciclo vegetativo siguiente. La calidad y madurez de frutos no fue afectada por los tratamientos de RDC, aunque en T3 aumentó levemente la proporción de frutos dobles. Luego del primer año de RDC en las plantas del T3 hubo una disminución significativa, aunque leve, del contenido de Ky P foliares y de almidón en raíces, El potencial hídrico del tallo a mediodía resultó un buen indicador del estado hídrico de las plantas. En cerezos un ajuste preciso del nivel de restricción hidrica poscosecha puede ser una estrategia de manejo para controlar el vigor y estimular la producción precoz, Al mismo tiempo se ahorran importantes cantidades de agua.

Manzano : : distribución de micronutrientes en suelo

Para medir la disponibilidad de los micronutrientes en la zona de mayor densidad radical de los frutales de pepita y carozo y sugerir pautas de manejo que permitan un uso sustentable del recurso suelo, se tomaron muestras representativas de 25 montes cultivados con manzanos a lo largo del Alto Valle del río Negro (Argentina). Se extrajeron muestras a 0-25 y 25-50 cm de profundidad y se determinó la concentración disponible de Fe, Cu, Mn y Zn; granulometría; pH; materia orgánica (MO); carbonatos; P y capacidad de intercambio catiónico (CIC). Los resultados muestran que los micronutrientes se concentran mayoritariamente en la primera capa de suelo analizada, disminuyendo abruptamente en el estrato 25-50 cm. En la capa superficial, la disponibilidad de Cu y Zn está influenciada por el P mientras que el pH afecta la del Fe, Cu, y Mn en el estrato de suelo de 25-50 cm. En conclusión, es posible mejorar la nutrición mineral de los cultivos si se crean condiciones favorables para el crecimiento radical en la capa superficial del suelo.

Determinación de reducción del crecimiento radical (CE50) por una formulación de glifosato utilizando lechuga y trigo como especies bioindicadoras

El objetivo fue determinar la concentración efectiva media de reducción del crecimiento radical (CE50), de una formulación del herbicida glifosato mediante bioensayos de germinación con semillas de lechuga y de trigo. Para lechuga se probaron 9 dosis/tratamientos decrecientes entre 1.215 y 0,01215 g i.a.ha-1 (formulado: Sal amónica de la N-Fosfonometil glicina, 40,5 [g e.a. glifosato 36,9% p/v]) y para trigo 5 dosis decrecientes (entre 12,15 y 1,215 g i.a.ha-1) y su respectivo control negativo (agua destilada). Se utilizaron cajas de Petri, con papel de filtro en la base humedecido con 3 ml de la solución correspondiente. Se sembraron 20 semillas por caja, distribuyéndose los tratamientos en bloques al azar con 4 repeticiones, en cámara de crecimiento a 20°C con alternancia de luz y oscuridad. Se midió la longitud radicular de todas las semillas de cada tratamiento con calibre digital. Se determinó el porcentaje de germinación y se calculó el índice de germinación. Las CE50, es decir, las dosis que redujeron en un 50% el crecimiento radical para lechuga y trigo, fueron 6,682 y 9,416 g i.a.ha-1, respectivamente. Los materiales probados resultaron sensibles a distintas dosis de glifosato y por lo tanto pueden utilizarse como indicadores biológicos de toxicidad específica.

Restauración de incisivo inferior fracturado mediante procedimientos de invasión mínima : reporte de un caso clínico

La odontología está inmersa en un nuevo paradigma: no se puede pensar en ninguna técnica restauradora sin que participen fenómenos de adhesión. El desarrollo de pernos de fibra de vidrio, sumado a los procedimientos de restauraciones adhesivas puede utilizarse como uno de los tantos recursos de la odontología de invasión mínima. Los pernos de fibra de vidrio ofrecen varias ventajas: comportamiento anisótropo, módulo de elasticidad bajo, buena resistencia mecánica, el lecho que aloja al perno de fibra requiere de una mínima preparación y se cementan con cementos adhesivos con carga, permitiendo de esta manera obtener una superficie homogénea que se interpone entre el perno de fibra y los tejidos dentales, conectándolo a los tejidos del conducto y sustituyendo mecánicamente la dentina. El caso clínico que se reporta se presentó para su resolución en la Clínica Integrada III F. O. UNCuyo durante el año lectivo 2009. El paciente presentaba una fractura amelodentinaria desde hacía cuatro años, con compromiso de la vitalidad y un proceso periapical. Durante los procedimientos endodónticos se realizó una perforación de la pared del conducto que se selló mediante la colocación de hidróxido de calcio y la obturación del mismo con conos de gutapercha. Se efectuó el seguimiento clínico y radiográfico del caso en donde se constató la reparación del proceso apical y luego se procedió a la restauración del elemento dentario con resinas compuestas con la ayuda de un poste de fibra de vidrio cementado con cemento resinoso. Dadas las características del tratamiento endodóntico realizado, se decidió dejar más porción del cono de gutapercha a pesar de lo aconsejado por numerosos autores, ya que de esta manera se aseguró el sellado de la perforación radicular para evitar de esta manera la nanofiltración hacia el interior del elemento dentario.

Carbon allocation in north-western Amazon forests (Colombia)

Los estudios sobre la asignación del carbono en los ecosistemas forestales proporcionan información esencial para la comprensión de las diferencias espaciales y temporales en el ciclo del carbono de tal forma que pueden aportar información a los modelos y, así predecir las posibles respuestas de los bosques a los cambios en el clima. Dentro de este contexto, los bosques Amazónicos desempeñan un papel particularmente importante en el balance global del carbono; no obstante, existen grandes incertidumbres en cuanto a los controles abióticos en las tasas de la producción primaria neta (PPN), la asignación de los productos de la fotosíntesis a los diferentes componentes o compartimentos del ecosistema (aéreo y subterráneo) y, cómo estos componentes de la asignación del carbono responden a eventos climáticos extremos. El objetivo general de esta tesis es analizar los componentes de la asignación del carbono en bosques tropicales maduros sobre suelos contrastantes, que crecen bajo condiciones climáticas similares en dos sitios ubicados en la Amazonia noroccidental (Colombia): el Parque Natural Nacional Amacayacu y la Estación Biológica Zafire. Con este objetivo, realicé mediciones de los componentes de la asignación del carbono (biomasa, productividad primaria neta, y su fraccionamiento) a nivel ecosistémico y de la dinámica forestal (tasas anuales de mortalidad y reclutamiento), a lo largo de ocho años (20042012) en seis parcelas permanentes de 1 hectárea establecidas en cinco tipos de bosques sobre suelos diferentes (arcilloso, franco-arcilloso, franco-arcilloso-arenoso, franco-arenoso y arena-francosa). Toda esta información me permitió abordar preguntas específicas que detallo a continuación. En el Capítulo 2 evalúe la hipótesis de que a medida que aumenta la fertilidad del suelo disminuye la cantidad del carbono asignado a la producción subterránea (raíces finas con diámetro <2 mm). Y para esto, realicé mediciones de la masa y la producción de raíces finas usando dos métodos: (1) el de los cilindros de crecimiento y, (2) el de los cilindros de extracción secuencial. El monitoreo se realizó durante 2.2 años en los bosques con suelos más contrastantes: arcilla y arena-francosa. Encontré diferencias significativas en la masa de raíces finas y su producción entre los bosques y, también con respecto a la profundidad del suelo (010 y 1020 cm). El bosque sobre arena-francosa asignó más carbono a las raíces finas que el bosque sobre arcillas. La producción de raíces finas en el bosque sobre arena-francosa fue dos veces más alta (media ± error estándar = 2.98 ± 0.36 y 3.33 ± 0.69 Mg C ha1 año1, con el método 1 y 2, respectivamente), que para el bosque sobre arcillas, el suelo más fértil (1.51 ± 0.14, método 1, y desde 1.03 ± 0.31 a 1.36 ± 0.23 Mg C ha1 año1, método 2). Del mismo modo, el promedio de la masa de raíces finas fue tres veces mayor en el bosque sobre arena-francosa (5.47 ± 0.17 Mg C ha1) que en el suelo más fértil (de 1.52 ± 0.08 a 1.82 ± 0.09 Mg C ha1). La masa de las raíces finas también mostró un patrón temporal relacionado con la lluvia, mostrando que la producción de raíces finas disminuyó sustancialmente en el período seco del año 2005. Estos resultados sugieren que los recursos del suelo pueden desempeñar un papel importante en los patrones de la asignación del carbono entre los componentes aéreo y subterráneo de los bosques tropicales; y que el suelo no sólo influye en las diferencias en la masa de raíces finas y su producción, sino que también, en conjunto con la lluvia, sobre la estacionalidad de la producción. En el Capítulo 3 estimé y analicé los tres componentes de la asignación del carbono a nivel del ecosistema: la biomasa, la productividad primaria neta PPN, y su fraccionamiento, en los mismos bosques del Capítulo 2 (el bosque sobre arcillas y el bosque sobre arena-francosa). Encontré diferencias significativas en los patrones de la asignación del carbono entre los bosques; el bosque sobre arcillas presentó una mayor biomasa total y aérea, así como una PPN, que el bosque sobre arena-francosa. Sin embargo, la diferencia entre los dos bosques en términos de la productividad primaria neta total fue menor en comparación con las diferencias entre la biomasa total de los bosques, como consecuencia de las diferentes estrategias en la asignación del carbono a los componentes aéreo y subterráneo del bosque. La proporción o fracción de la PPN asignada a la nueva producción de follaje fue relativamente similar entre los dos bosques. Nuestros resultados de los incrementos de la biomasa aérea sugieren una posible compensación entre la asignación del carbono al crecimiento de las raíces finas versus el de la madera, a diferencia de la compensación comúnmente asumida entre la parte aérea y la subterránea en general. A pesar de estas diferencias entre los bosques en términos de los componentes de la asignación del carbono, el índice de área foliar fue relativamente similar entre ellos, lo que sugiere que el índice de área foliar es más un indicador de la PPN total que de la asignación de carbono entre componentes. En el Capítulo 4 evalué la variación espacial y temporal de los componentes de la asignación del carbono y la dinámica forestal de cinco tipos e bosques amazónicos y sus respuestas a fluctuaciones en la precipitación, lo cual es completamente relevante en el ciclo global del carbono y los procesos biogeoquímicos en general. Estas variaciones son así mismo importantes para evaluar los efectos de la sequía o eventos extremos sobre la dinámica natural de los bosques amazónicos. Evalué la variación interanual y la estacionalidad de los componentes de la asignación del carbono y la dinámica forestal durante el periodo 2004−2012, en cinco bosques maduros sobre diferentes suelos (arcilloso, franco-arcilloso, franco-arcilloso-arenoso, franco-arenoso y arena-francosa), todos bajo el mismo régimen local de precipitación en la Amazonia noroccidental (Colombia). Quería examinar sí estos bosques responden de forma similar a las fluctuaciones en la precipitación, tal y como pronostican muchos modelos. Consideré las siguientes preguntas: (i) ¿Existe una correlación entre los componentes de la asignación del carbono y la dinámica forestal con la precipitación? (ii) ¿Existe correlación entre los bosques? (iii) ¿Es el índice de área foliar (LAI) un indicador de las variaciones en la producción aérea o es un reflejo de los cambios en los patrones de la asignación del carbono entre bosques?. En general, la correlación entre los componentes aéreo y subterráneo de la asignación del carbono con la precipitación sugiere que los suelos juegan un papel importante en las diferencias espaciales y temporales de las respuestas de estos bosques a las variaciones en la precipitación. Por un lado, la mayoría de los bosques mostraron que los componentes aéreos de la asignación del carbono son susceptibles a las fluctuaciones en la precipitación; sin embargo, el bosque sobre arena-francosa solamente presentó correlación con la lluvia con el componente subterráneo (raíces finas). Por otra parte, a pesar de que el noroeste Amazónico es considerado sin una estación seca propiamente (definida como <100 mm meses −1), la hojarasca y la masa de raíces finas mostraron una alta variabilidad y estacionalidad, especialmente marcada durante la sequía del 2005. Además, los bosques del grupo de suelos francos mostraron que la hojarasca responde a retrasos en la precipitación, al igual que la masa de raíces finas del bosque sobre arena-francosa. En cuanto a la dinámica forestal, sólo la tasa de mortalidad del bosque sobre arena-francosa estuvo correlacionada con la precipitación (ρ = 0.77, P <0.1). La variabilidad interanual en los incrementos en el tallo y la biomasa de los individuos resalta la importancia de la mortalidad en la variación de los incrementos en la biomasa aérea. Sin embargo, las tasas de mortalidad y las proporciones de individuos muertos por categoría de muerte (en pie, caído de raíz, partido y desaparecido), no mostraron tendencias claras relacionadas con la sequía. Curiosamente, la hojarasca, el incremento en la biomasa aérea y las tasas de reclutamiento mostraron una alta correlación entre los bosques, en particular dentro del grupo de los bosques con suelos francos. Sin embargo, el índice de área foliar estimado para los bosques con suelos más contrastantes (arcilla y arena-francosa), no presentó correlación significativa con la lluvia; no obstante, estuvo muy correlacionado entre bosques; índice de área foliar no reflejó las diferencias en la asignación de los componentes del carbono, y su respuesta a la precipitación en estos bosques. Por último, los bosques estudiados muestran que el noroeste amazónico es susceptible a fenómenos climáticos, contrario a lo propuesto anteriormente debido a la ausencia de una estación seca propiamente dicha. ABSTRACT Studies of carbon allocation in forests provide essential information for understanding spatial and temporal differences in carbon cycling that can inform models and predict possible responses to changes in climate. Amazon forests play a particularly significant role in the global carbon balance, but there are still large uncertainties regarding abiotic controls on the rates of net primary production (NPP) and the allocation of photosynthetic products to different ecosystem components; and how the carbon allocation components of Amazon forests respond to extreme climate events. The overall objective of this thesis is to examine the carbon allocation components in old-growth tropical forests on contrasting soils, and under similar climatic conditions in two sites at the Amacayacu National Natural Park and the Zafire Biological Station, located in the north-western Amazon (Colombia). Measurements of above- and below-ground carbon allocation components (biomass, net primary production, and its partitioning) at the ecosystem level, and dynamics of tree mortality and recruitment were done along eight years (20042012) in six 1-ha plots established in five Amazon forest types on different soils (clay, clay-loam, sandy-clay-loam, sandy-loam and loamy-sand) to address specific questions detailed in the next paragraphs. In Chapter 2, I evaluated the hypothesis that as soil fertility increases the amount of carbon allocated to below-ground production (fine-roots) should decrease. To address this hypothesis the standing crop mass and production of fine-roots (<2 mm) were estimated by two methods: (1) ingrowth cores and, (2) sequential soil coring, during 2.2 years in the most contrasting forests: the clay-soil forest and the loamy-sand forest. We found that the standing crop fine-root mass and its production were significantly different between forests and also between soil depths (0–10 and 10–20 cm). The loamysand forest allocated more carbon to fine-roots than the clay-soil forest, with fine-root production in the loamy-sand forest twice (mean ± standard error = 2.98 ± 0.36 and 3.33 ± 0.69 Mg C ha −1 yr −1, method 1 and 2, respectively) as much as for the more fertile claysoil forest (1.51 ± 0.14, method 1, and from 1.03 ± 0.31 to 1.36 ± 0.23 Mg C ha −1 yr −1, method 2). Similarly, the average of standing crop fine-root mass was three times higher in the loamy-sand forest (5.47 ± 0.17 Mg C ha1) than in the more fertile soil (from 1.52 ± 0.08 a 1.82 ± 0.09 Mg C ha1). The standing crop fine-root mass also showed a temporal pattern related to rainfall, with the production of fine-roots decreasing substantially in the dry period of the year 2005. These results suggest that soil resources may play an important role in patterns of carbon allocation of below-ground components, not only driven the differences in the biomass and its production, but also in the time when it is produced. In Chapter 3, I assessed the three components of stand-level carbon allocation (biomass, NPP, and its partitioning) for the same forests evaluated in Chapter 2 (clay-soil forest and loamy-sand forest). We found differences in carbon allocation patterns between these two forests, showing that the forest on clay-soil had a higher aboveground and total biomass as well as a higher above-ground NPP than the loamy-sand forest. However, differences between the two types of forests in terms of stand-level NPP were smaller, as a consequence of different strategies in the carbon allocation of above- and below-ground components. The proportional allocation of NPP to new foliage production was relatively similar between the two forests. Our results of aboveground biomass increments and fine-root production suggest a possible trade-off between carbon allocation to fine-roots versus wood growth (as it has been reported by other authors), as opposed to the most commonly assumed trade-off between total above- and below-ground production. Despite these differences among forests in terms of carbon allocation components, the leaf area index showed differences between forests like total NPP, suggesting that the leaf area index is more indicative of total NPP than carbon allocation. In Chapter 4, I evaluated the spatial and temporal variation of carbon allocation components and forest dynamics of Amazon forests as well as their responses to climatic fluctuations. I evaluated the intra- and inter-annual variation of carbon allocation components and forest dynamics during the period 2004−2012 in five forests on different soils (clay, clay-loam, sandy-clay-loam, sandy-loam and loamy-sand), but growing under the same local precipitation regime in north-western Amazonia (Colombia). We were interested in examining if these forests respond similarly to rainfall fluctuations as many models predict, considering the following questions: (i) Is there a correlation in carbon allocation components and forest dynamics with precipitation? (ii) Is there a correlation among forests? (iii) Are temporal responses in leaf area index (LAI) indicative of variations of above-ground production or a reflection of changes in carbon allocation patterns among forests?. Overall, the correlation of above- and below-ground carbon allocation components with rainfall suggests that soils play an important role in the spatial and temporal differences of responses of these forests to rainfall fluctuations. On the one hand, most forests showed that the above-ground components are susceptible to rainfall fluctuations; however, there was a forest on loamy-sand that only showed a correlation with the below-ground component (fine-roots). On the other hand, despite the fact that north-western Amazonia is considered without a conspicuous dry season (defined as <100 mm month−1), litterfall and fine-root mass showed high seasonality and variability, particularly marked during the drought of 2005. Additionally, forests of the loam-soil group showed that litterfall respond to time-lags in rainfall as well as and the fine-root mass of the loamy-sand forest. With regard to forest dynamics, only the mortality rate of the loamy-sand forest was significantly correlated with rainfall (77%). The observed inter-annual variability of stem and biomass increments of individuals highlighted the importance of the mortality in the above-ground biomass increment. However, mortality rates and death type proportion did not show clear trends related to droughts. Interestingly, litterfall, above-ground biomass increment and recruitment rates of forests showed high correlation among forests, particularly within the loam-soil forests group. Nonetheless, LAI measured in the most contrasting forests (clay-soil and loamysand) was poorly correlated with rainfall but highly correlated between forests; LAI did not reflect the differences in the carbon allocation components, and their response to rainfall on these forests. Finally, the forests studied highlight that north-western Amazon forests are also susceptible to climate fluctuations, contrary to what has been proposed previously due to their lack of a pronounced dry season.

Route-back delivery protocol for collection tree protocol-based applications

We propose the Route-back Delivery (RBD) protocol; a routing mechanism to create reverse routes exploiting the Collection Tree Protocol to allow unicast data dissemination from the sink. The main goal of this work is to provide a mechanism to enable bi-directional communications among the root(s) and specific sensor nodes in data gathering applications that does not use broadcast only mechanisms. The main objective of the root-to-remote-nodes route creation is to disseminate short messages to change application parameters in a unicast fashion. This facilitates remote configurability in heterogeneous WSN deployments.

Unearthing the roots of degradation of Quercus pyrenaica coppices: an integrative perspective from clonal structure to carbon budgets

Quercus pyrenaica es una especie rebrotadora de raíz intensa e históricamente aprovechada en monte bajo para la obtención de leñas, carbón y pastos. Debido al éxodo rural y a la aparición de nuevas fuentes energéticas, este aprovechamiento fue abandonado en la década de 1970. Desde entonces, las bajas producciones de madera y bellota y el puntisecado de los pies evidencian el generalizado estancamiento de estas masas. Uno de los mayores retos actuales de la selvicultura en el ámbito mediterráneo es encontrar usos alternativos para estos montes abandonados, siendo la conversión a monte alto una de las alternativas preferidas. Se han realizado resalveos de conversión, sin embrago, éstos se aplican sin un conocimiento integral de las causas de la degradación. En esta tesis doctoral, estudiamos un hipotético desequilibrio entre la parte radical y la parte aérea (R:S) de las cepas de rebollo como causa subyacente de su decaimiento. En una parcela experimental, aprovechada al menos desde el siglo XII, se realizaron análisis genéticos a priori para elucidar la estructura genética del rodal, y así estudiar la influencia del tamaño clonal en el funcionamiento de las cepas. Las cepas de mayor tamaño presentaron un menor crecimiento diametral de sus pies, así como mayores tasas de respiración radical, estimadas a partir de flujos internos de CO2 a través del xilema (FT) y de los flujos de CO2 del suelo. Estos resultados sugieren que el desequilibrio R:S aumenta con el tamaño clonal, dado que la eliminación periódica de órganos aéreos, al mismo tiempo que las raíces permanecen intactas, da lugar a un gran desarrollo del sistema radical que consume gran parte de los carbohidratos no estructurales (NSC) en respiración de mantenimiento, comprometiendo así el desarrollo de órganos aéreos. Se excavaron y pesaron dos cepas compuestas por cuatro y ocho pies, las cuales mostraron ratios R:S (0.5 y 1, respectivamente) superiores a los registrados en pies de origen sexual. Al igual que en otras especies rebrotadoras de raíz, se observaron altas concentraciones de NSC en las raíces (> 20% en primavera) y una gran proporción de albura en el sistema radical (52%) que alberga una notable reserva de NSC (87 kg en la cepa de mayor tamaño). En el sistema radical de dicha cepa, estimada mediante dataciones radiocarbónicas en 550 años de edad, se contaron 248 uniones radicales. La persistencia de sistemas radicales grandes, viejos, y altamente interconectados sugiere que la gran cantidad de recursos almacenados y consumidos en las raíces compensan un pobre desarrollo aéreo con una alta resiliencia vegetativa. Para un mejor entendimiento de los balances de carbono y del agotamiento de NSC en las cepas de rebollo, se midieron los flujos internos y externos de CO2 en troncos y los flujos de CO2 del suelo, y se estimó la respiración de órganos aéreos (RS) y subterráneos (RR). Estacionalmente, RS y RR reflejaron las dinámicas de flujo de savia y de crecimiento del tronco, y estuvieron determinadas principalmente por los flujos externos de CO2, dada la escasa contribución de FT a RS y RR (< 10% y < 2%, respectivamente). En una escala circadiana, la contribución de FT a RS aumentó hasta un 25% en momentos de alta transpiración. Las bajas concentraciones de CO2 en el xilema ([CO2] hasta un 0.11%) determinaron comparativamente unos bajos FT, probablemente causados por una limitada respiración del xilema y una baja resistencia a la difusión radial del CO2 impuestos por la sequía estival. Los pulsos de [CO2] observados tras las primeras lluvias de otoño apoyan esta idea. A lo largo del periodo vegetativo, el flujo medio de CO2 procedente del suelo (39 mol CO2 day-1) fue el mayor flujo respiratorio, tres y cuatro veces superior a RS (12 mol CO2 day-1) y RR (8-9 mol CO2 day-1), respectivamente. Ratios RR/RS menores que la unidad evidencian un importante peso de la respiración aérea como sumidero de carbono adicional. Finalmente, se ensayó el zanjado de raíces y el anillamiento de troncos como tratamientos selvícolas alternativos con el objetivo de aumentar las reservas de NSC en los troncos de las cepas. Los resultados preliminares desaconsejan el zanjado de raíces por el alto coste derivado posiblemente de la cicatrización de las heridas. El anillado de troncos imposibilitó el transporte de NSC a las raíces y aumentó la concentración de almidón por encima de la zona anillada, mientras que sistema radical se mantiene por los pies no anillados de la cepa. Son necesarias más mediciones y datos adicionales para comprobar el mantenimiento de esta respuesta positiva a largo plazo. Para concluir, destacamos la necesidad de estudios multidisciplinares que permitan una comprensión integral de la degradación de los rebollares ibéricos para poder aplicar a posteriori una gestión adecuada en estos montes bajos abandonados. ABSTRACT Quercus pyrenaica is a vigorous root-resprouting species intensively and historically coppiced for firewood, charcoal and woody pastures. Due to the rural exodus and the appearance of new energy sources, coppicing was abandoned towards 1970. Since then, tree overaging has resulted in stand stagnation displayed by slow stem growth, branch dieback, and scarce acorn production. The urgent need to find new alternative uses for abandoned coppices is recognized as one of the biggest challenges which currently faces Mediterranean silviculture; conversion into high forest by thinning is one of the preferred alternatives. For this aim, thinning has been broadly applied and seldom tested, although without a comprehensive understanding of the causes of stand stagnation. In this PhD study, we test the hypothesis of an imbalance between above- and below-ground organs, result of long term coppicing, as the underlying cause of Q. pyrenaica decay. In an experimental plot coppiced since at least the 12th century, genetic analyses were performed a priori to elucidate inconspicuous clonal structure of Q. pyrenaica to evaluate how clonal size affects the functioning of these multi-stemmed trees. Clonal size negatively affected diametric stem growth, whereas root respiration rates, measured by internal fluxes of CO2 through xylem (FT) and soil CO2 efflux, increased with clonal size. These results suggest root-to-shoot (R:S) imbalance intensifying with clonal size: periodic removal of aboveground organs whilst belowground organs remain undisturbed may have led to massive root systems which consume a great proportion of non-structural carbohydrates (NSC) for maintenance respiration, thus constraining aboveground performance. Furthermore, excavation of two multi-stemmed trees, composed by four and eight stems, revealed R:S ratios (0.5 and 1, respectively) greater than those reported for sexually regenerated trees. Moreover, as similarly observed in several root-resprouting species, NSC allocation to roots was favored ([NSC] > 20% in spring): a large proportion of sapwood maintained throughout the root system (52%) stored a remarkable NSC pool of 87 kg in the case of the largest clone. In this root system of the eight-stemmed tree, 248 root connections were counted and, by radiocarbon dating, its age was estimated to be 550-years-old. Persistence of massive, old and highly interconnected root systems suggests that enhanced belowground NSC storage and consumption reflects a trade-off between vegetative resilience and aboveground development. For a better understanding of tree carbon budget and the potential role of carbon starvation in Q. pyrenaica decay, internal and external stem CO2 fluxes and soil CO2 effluxes were monitored to evaluate respiratory costs above- and below-ground. On a seasonal scale, stem and root respiration (RS and RR) mirrored sap flow and stem growth dynamics. Respiration was determined to the greatest extent by external fluxes of CO2 to the atmosphere or soil, since FT accounted for a low proportion of RS and RR (< 10% and < 2%, respectively). On a diel scale, the contribution of FT to RS increased up to 25% at high transpiration rates. Comparatively low FT was determined by the low concentration of xylem CO2 registered ([CO2] as low as 0.11%), likely as a consequence of constrained xylem respiration and reduced resistance to CO2 radial diffusion imposed by summer drought. Xylem [CO2] pulses following first autumn rains support this idea. Averaged over the growing season, soil CO2 efflux was the greatest respiratory flux (39 mol CO2 day-1), three and four times greater than RS (12 mol CO2 day-1) and RR (8-9 mol CO2 day-1), respectively. Ratios of RR/RS below one evidence an additional and important weight of aboveground respiration as a tree carbon sink. Finally, root trenching and stem girdling were tested as complimentary treatments to thinning as a means to improve carbon reserves in stems of clonal trees. Preliminary results discouraged root trenching due to the high cost likely incurred for wound closure. Stem girdling successfully blocked NSC translocation downward, increasing starch concentrations above the girdled zone whilst the root system is fed by non-girdled stems within the clone. Further measurements and ancillary data are necessary to verify that this positive effect hold over time. To conclude, the need of multidisciplinary approaches for an integrative understanding on the functioning of abandoned Q pyrenaica coppices is highlighted for an appropriate management of these stands.

Natural regeneration in mediterranean mixed forests: effect of environmental conditions on the physiological optimum niche of the species = Regeneración natural en masas mixtas mediterráneas: efecto de las condiciones ambientales en el nicho óptimo fisiológico de las especies

Los montes Mediterráneos han experimentado múltiples cambios en las últimas décadas (tanto en clima como en usos), lo que ha conducido a variaciones en la distribución de especies. El aumento previsto de las temperaturas medias junto con la mayor variabilidad intra e inter anual en cuanto a la ocurrencia de eventos extremos o disturbios naturales (como periodos prolongados de sequía, olas de frío o calor, incendios forestales o vendavales) pueden dañar significativamente al regenerado, llevándolo hasta la muerte, y jugando un papel decisivo en la composición de especies y en la dinámica del monte. La amplitud ecológica de muchas especies forestales puede verse afectada, de forma que se esperan cambios en sus nichos actuales de regeneración. Sin embargo, la migración latitudinal de las especies en busca de mejores condiciones, podría ser una explicación demasiado simplista de un proceso mucho más complejo de interacción entre la temperatura y la precipitación, que afectaría a cada especie de un modo distinto. En este sentido tanto la capacidad de adaptación al estrés ambiental de una determinada especie, así como su habilidad para competir por los recursos limitados, podría significar variaciones dentro de una comunidad. Las características fisiológicas y morfológicas propias de cada especie se encuentran fuertemente relacionadas con el lugar donde cada una puede surgir, qué especies pueden convivir y como éstas responden a las condiciones ambientales. En este sentido, el conocimiento sobre las distintas respuestas ecofisiológicas observadas ante cambios ambientales puede ser fundamentales para la predicción de variaciones en la distribución de especies, composición de la comunidad y productividad del monte ante el cambio global. En esta tesis investigamos el grado de tolerancia y sensibilidad que cada una de las tres especies de estudio, coexistentes en el interior peninsular ibérico (Pinus pinea, Quercus ilex y Juniperus oxycedrus), muestra ante los factores abióticos de estrés típicos de la región Mediterránea. Nuestro trabajo se ha basado en la definición del nicho óptimo fisiológico para el regenerado de cada especie a través de la investigación en profundidad del efecto de la sequía, la temperatura y el ambiente lumínico. Para ello, hemos desarrollado un modelo de predicción de la tasa de asimilación de carbono que nos ha permitido identificar las condiciones óptimas ambientales donde el regenerado de cada especie podría establecerse con mayor facilidad. En apoyo a este trabajo y con la idea de estudiar el efecto de la sequía a nivel de toda la planta hemos desarrollado un experimento paralelo en invernadero. Aquí se han aplicado dos regímenes hídricos para estudiar las características fisiológicas y morfológicas de cada especie, sobre todo a nivel de raíz y crecimiento del tallo, y relacionarlas con las diferentes estrategias en el uso del agua de las especies. Por último, hemos estudiado los patrones de aclimatación y desaclimatación al frio de cada especie, identificando los periodos de sensibilidad a heladas, así como cuellos de botella donde la competencia entre especies podría surgir. A pesar de que el pino piñonero ha sido la especie objeto de la gestión de estas masas durante siglos, actualmente se encuentra en la posición más desfavorable para combatir el cambio global, presentado el nicho fisiológico más estrecho de las tres especies. La encina sin embargo, ha resultado ser la especie mejor cualificada para afrontar este cambio, seguida muy de cerca por el enebro. Nuestros resultados sugieren una posible expansión en el rango de distribución de la encina, un aumento en la presencia del enebro y una disminución progresiva del pino piñonero a medio plazo en estas masas. ABSTRACT Mediterranean forests have undergone multiple changes over the last decades (in both climate and land use), which have lead to variations in the distribution of species. The expected increase in mean annual temperature together with the greater inter and intra-annual variability in extreme events and disturbances occurrence (such as prolonged drought periods, cold or heat waves, wildfires or strong winds) can significantly damage natural regeneration, up to causing death, playing a decisive role on species composition and forest dynamics. The ecological amplitude for adaptation of many species can be affected in such a way that changes in the current regeneration niches of many species are expected. However, the forecasted poleward migration of species seeking better conditions could be an oversimplification of what is a more complex phenomenon of interactions among temperature and precipitation, that would affect different species in different ways. In this regard, either the ability to adapt to environmental stresses or to compete for limited resources of a single species in a mixed forest could lead to variations within a community. The ecophysiological and morphological traits specific to each species are strongly related to the place where each species can emerge, which species can coexist, and how they respond to environmental conditions. In this regard, the understanding of the ecophysiological responses observed against changes in environmental conditions can be essential for predicting variations in species distribution, community composition, and forest productivity in the context of global change. In this thesis we investigated the degree of tolerance and sensitivity that each of the three studied species, co-occurring in central of the Iberian Peninsula (Pinus pinea, Quercus ilex and Juniperus oxycedrus), show against the typical abiotic stress factors in the Mediterranean region. Our work is based on the optimal physiological niche for regeneration of each species through in-depth research on the effect of drought, temperature and light environment. For this purpose, we developed a model to predict the carbon assimilation rate which allows us to identify the optimal environmental conditions where regeneration from each species could establish itself more easily. To obtain a better understanding about the effect of low temperature on regeneration, we studied the acclimation and deacclimation patterns to cold of each species, identifying period of frost sensitivity, as well as bottlenecks where competition between species can arise. Finally, to support our results about the effect of water availabilty, we conducted a greenhouse experiment with a view of studying the drought effect at the whole plant level. Here, two watering regimes were applied in order to study the physiological and morphological traits of each species, mainly at the level of the root system and stem growth, and so relate them to the different water use strategies of the species. Despite the fact that stone pine has been the target species for centuries, nowadays this species is in the most unfavorable position to cope with climate change. Holm oak, however, resulted the species that is best adapted to tolerate the predicted changes, followed closely by prickly juniper. Our results suggest a feasible expansion of the distribution range in holm oak, an increase in the prickly juniper presence and a progressive decreasing of stone pine presence in the medium term in these stone pine-holm oak-prickly juniper mixed forests.

La ciudad radical : el radical ciudad : tentativa de catálogo

“La ciudad radical” es una tentativa de catálogo de ciudades radicales, un atlas abierto de los límites imaginarios de la convivencia colectiva. Llamo al catálogo “tentativa” porque un catálogo siempre es abierto. Abierto en un doble sentido, en sentido de inacabado, siempre caben futuras revisiones, adiciones, modificaciones, alteraciones de orden… y en el sentido de permitir multitud lecturas y posibilidades abiertas de interpretación. El tema central de este trabajo es, el imaginario, lo imaginario, la fantasía, la ficción…como condición fundamental de creación en el ámbito social. En lo imaginario, y en el imaginario, reside la infinita y reiterativa capacidad de la sociedad para inventarse y re-inventarse, para crearse y re-crearse en el mundo, a través de la ciudad. Ciudad radical es una ciudad extremada, en la que una de sus rasgos ha sido llevado al extremo. Pero radical (del latín radix) también quiere decir raíz, origen, fundamento. El objeto del catálogo también es doble. Por un lado, el interés de generar un compendio de ciudades radicales, extremadas, acumuladas en la historia. Por otro lado, el objeto del catálogo es aproximarnos a la idea que nos hemos hecho, a lo largo de la historia, de nuestra gran “obra” en la tierra, el artificio esencialmente humano que es la ciudad. El análisis de las ciudades radicales sirve de método para la aproximación a la idea de ciudad y para desentrañar las metáforas urbanas que nos habitan, aquellas que nos hacen pensar la ciudad y en las que la ciudad nos piensa. En última instancia esta tesis pretender encontrar indicios que nos ayuden en la respuesta de una pregunta esencial, por qué ciudades, qué fuerzas nos empujan hacia los otros bajo la forma de la ciudad, desde los orígenes. La historia de nuestras sociedades es la historia de nuestras ciudades. La historia de la ciudad, es nuestra historia. La ciudad es la gran creación humana en la tierra, el objeto y el sujeto de la convivencia, del hábitat social. En este sentido la radicalización nos acerca a la esencia humana, desde el extremo llegamos al centro, al origen. Pensamos la ciudad, la ciudad nos piensa. Creamos la ciudad, la ciudad nos crea. La ciudad es radical en un doble sentido, está en el extremo y está en el origen, que es también el fin. ABSTRACT “The radical city” is an attempt to catalogue radical cities throughout history, it aims to be an open atlas of the imaginary limits of coexistence and the living together. I call this work an “attempt” of catalogue due to the implied open nature of catalogues. Open in the sense of unfinished, there is always space for adding, reviewing, modifying, altering…but also open in the sense of multiple readings and several possibilities for interpretation, which this work allows. The main background theme underlying this catalogue, providing context to the way of understanding human beings, is the imaginary, imagination, fantasy, and fiction as the fundamental condition for social creation. The imaginary is where the endless and reiterative capacity for societies to invent and re-invent themselves, to create and re-create themselves through the city, lies in. Radical city is an extreme city, which one of the features has been pushed to the limit. Radical, (from the Latin form, radix) also means root, origin and fundament. The object of this catalogue is double as well. On the one hand, the intention of putting together, as accumulating, a whole range of radical and extreme cities throughout history. On the other hand, the intention of the catalogue is approaching the idea, the way we, as humans, envision our own creation on Earth, the city as a purely and essentially human invention. In this sense, the analysis of radically produced cities helps as a means to understand, or at least, to get closer to the idea of the city itself; to figure out the urban metaphors envisioning “us” as living in cities, those metaphors determining the way we envision “inhabiting” as an essential need, and which set up the imaginary limits within we, as social individuals, dream of the city or the way in which the city, as the radix, “dreams of ourselves”. Ultimately, this work aims to approach the answer to a fundamental question, why cities? Which forces push us towards the others in the form of the city since forever? The history of our societies is the history of our cities. The history of our cities is our own history. Cities are our greatest invention, object and subject of coexistence, radical trigger for the living together. In this sense, radicalization helps us to get closer to human essence, is by approaching the limits that we can we reach the centre, the origin. We envision the city and¬¬¬ the city envisions us. The city is radical in a double way, is both origin and limits, origin and end.

Change in Apoplastic Aluminum during the Initial Growth Response to Aluminum by Roots of a Tolerant Maize Variety1

Root elongation, hematoxylin staining, and changes in the ultrastructure of root-tip cells of an Al-tolerant maize variety (Zea mays L. C 525 M) exposed to nutrient solutions with 20 μm Al (2.1 μm Al3+ activity) for 0, 4, and 24 h were investigated in relation to the subcellular distribution of Al using scanning transmission electron microscopy and energy-dispersive x-ray microanalysis on samples fixed by different methods. Inhibition of root-elongation rates, hematoxylin staining, cell wall thickening, and disturbance of the distribution of pyroantimoniate-stainable cations, mainly Ca, was observed only after 4 and not after 24 h of exposure to Al. The occurrence of these transient, toxic Al effects on root elongation and in cell walls was accompanied by the presence of solid Al-P deposits in the walls. Whereas no Al was detectable in cell walls after 24 h, an increase of vacuolar Al was observed after 4 h of exposure. After 24 h, a higher amount of electron-dense deposits containing Al and P or Si was observed in the vacuoles. These results indicate that in this tropical maize variety, tolerance mechanisms that cause a change in apoplastic Al must be active. Our data support the hypothesis that in Al-tolerant plants, Al can rapidly cross the plasma membrane; these data clearly contradict the former conclusions that Al mainly accumulates in the apoplast and enters the symplast only after severe cell damage has occurred.

The H+-Sucrose Cotransporter NtSUT1 Is Essential for Sugar Export from Tobacco Leaves1

In many species translocation of sucrose from the mesophyll to the phloem is carrier mediated. A sucrose/H+-symporter cDNA, NtSUT1, was isolated from tobacco (Nicotiana tabacum) and shown to be highly expressed in mature leaves and at low levels in other tissues, including floral organs. To study the in vivo function of NtSUT1, tobacco plants were transformed with a SUT1 antisense construct under control of the cauliflower mosaic virus 35S promoter. Upon maturation, leaves of transformants expressing reduced amounts of SUT1 mRNA curled downward, and strongly affected plants developed chloroses and necroses that led to death. The leaves exhibited impaired ability to export recently fixed 14CO2 and were unable to export transient starch during extended periods of darkness. As a consequence, soluble carbohydrates accumulated and photosynthesis was reduced. Autoradiographs of leaves show a heterogenous pattern of CO2 fixation even after a 24-h chase. The 14C pattern does not change with time, suggesting that movement of photosynthate between mesophyll cells may also be impaired. The affected lines show a reduction in the development of the root system and delayed or impaired flowering. Taken together, the effects observed in a seed plant (tobacco) demonstrate the importance of SUT1 for sucrose loading into the phloem via an apoplastic route and possibly for intermesophyll transport as well.