Estudio sobre la influencia de la inoculación de las rizobacterias Azospirillum brasilense y Pseudomonas fluorescens sobre el desarrollo morfológico y el contenido de aceites esenciales en las especies aromáticas Ocimum basilicum var. genovesse, Ocimum basilicum var. minimum, Petroselinum sativum var. lisa y Salvia officinalis.

En el presente estudio se analiza la influencia de la inoculación con Azospirillum brasilense, con Pseudomonas fluorescens y la inoculación conjunta con ambas rizobacterias en las especies de plantas aromáticas Ocimum basilicum var. genovesse, Ocimum basilicum var. minimum, Petroselinum sativum var. lisa y Salvia officinalis. Se evaluará su desarrollo morfológico, atendiendo a tres parámetros: la longitud del tallo, el peso fresco y la superficie foliar. Así como el posible incremento en el contenido de aceite esencial que pueda tener la planta tratada. El cultivo se llevó a cabo en alveolos de ForestPot® 300, sobre mezcla de turba y vermiculita 3:1, con riego diario y sin adición de fertilizantes. Los resultados indican que en todas las especies y en todos los apartados estudiados, la inoculación de las rizobacterias produjo un incremento del desarrollo y del contenido de aceite esencial en comparación con el tratamiento Control, excepto en el caso de la longitud de las dos variedades de O. basilicum al inocularlas con P. fluorescens, en las que produjo una ligera disminución respecto al Control. En el caso de P. sativum var. lisa, solo las plantas que fueron inoculadas sobrevivieron. A partir de estos resultados, puede decirse que la inoculación con estas rizobacteras promotoras del crecimiento puede tener una gran importancia como sustitución de fertilizantes minerales, obteniéndose de este modo una producción más ecológica y respetuosa con el medio.

Coevolución virus-planta: impacto de las infecciones virales en poblaciones silvestres de Chiltepín (capsicum annuum var. Aviculare (dierbach) d’arcy & eshbaugh) en México.

El impacto negativo que tienen los virus en las plantas hace que estos puedan ejercer un papel ecológico como moduladores de la dinámica espacio-temporal de las poblaciones de sus huéspedes. Entender cuáles son los mecanismos genéticos y los factores ambientales que determinan tanto la epidemiología como la estructura genética de las poblaciones de virus puede resultar de gran ayuda para la comprensión del papel ecológico de las infecciones virales. Sin embargo, existen pocos trabajos experimentales que hayan abordado esta cuestión. En esta tesis, se analiza el efecto de la heterogeneidad del paisaje sobre la incidencia de los virus y la estructura genética de sus poblaciones. Asimismo, se explora como dichos factores ambientales influyen en la importancia relativa que los principales mecanismos de generación de variabilidad genética (mutación, recombinación y migración) tienen en la evolución de los virus. Para ello se ha usado como sistema los begomovirus que infectan poblaciones de chiltepín (Capsicum annuum var. aviculare (Dierbach) D´Arcy & Eshbaugh) en México. Se analizó la incidencia de diferentes virus en poblaciones de chiltepín distribuidas a lo largo de seis provincias biogeográficas, representando el área de distribución de la especie en México, y localizadas en hábitats con diferente grado de intervención humana: poblaciones sin intervención humana (silvestres); poblaciones toleradas (lindes y pastizales), y poblaciones manejadas por el hombre (monocultivos y huertos familiares). Entre los virus analizados, los begomovirus mostraron la mayor incidencia, detectándose en todas las poblaciones y años de muestreo. Las únicas dos especies de begomovirus que se encontraron infectando al chiltepín fueron: el virus del mosaico dorado del chile (Pepper golden mosaic virus, PepGMV) y el virus huasteco del amarilleo de venas del chile (Pepper huasteco yellow vein virus, PHYVV). Por ello, todos los análisis realizados en esta tesis se centran en estas dos especies de virus. La incidencia de PepGMV y PHYVV, tanto en infecciones simples como mixtas, aumento cuanto mayor fue el nivel de intervención humana en las poblaciones de chiltepín, lo que a su vez se asoció con una menor biodiversidad y una mayor densidad de plantas. Además, la incidencia de infecciones mixtas, altamente relacionada con la presencia de síntomas, fue también mayor en las poblaciones cultivadas. La incidencia de estos dos virus también varió en función de la población de chiltepín y de la provincia biogeográfica. Por tanto, estos resultados apoyan una de las hipótesis XVI clásicas de la Patología Vegetal según la cual la simplificación de los ecosistemas naturales debida a la intervención humana conduce a un mayor riesgo de enfermedad de las plantas, e ilustran sobre la importancia de la heterogeneidad del paisaje a diferentes escalas en la determinación de patrones epidemiológicos. La heterogeneidad del paisaje no solo afectó a la epidemiología de PepGMV y PHYVV, sino también a la estructura genética de sus poblaciones. En ambos virus, el nivel de diferenciación genética mayor fue la población, probablemente asociado a la capacidad de migración de su vector Bemisia tabaci; y en segundo lugar la provincia biogeográfica, lo que podría estar relacionado con el papel del ser humano como agente dispersor de PepGMV y PHYVV. La estima de las tasas de sustitución nucleotídica de las poblaciones de PepGMV y PHYVV mostró una rápida dinámica evolutiva. Los árboles filogenéticos de ambos virus presentaron una topología en estrella, lo que sugiere una expansión reciente en las poblaciones de chiltepín. La reconstrucción de los patrones de migración de ambos virus indicó que ésta expansión parece haberse producido desde la zona central de México siguiendo un patrón radial, y en los últimos 30 años. Es importante tener en cuenta que el patrón espacial de la diversidad genética de las poblaciones de PepGMV y PHYVV es similar al descrito previamente para el chiltepín lo que podría dar lugar a la congruencia de las genealogías del huésped y la de los virus. Dicha congruencia se encontró cuando se tuvieron en cuenta únicamente las poblaciones de hábitats silvestres y tolerados, lo que probablemente se debe a una codivergencia en el espacio pero no en el tiempo, dado que la evolución de virus y huésped han ocurrido a escalas temporales muy diferentes. Finalmente, el análisis de la frecuencia de recombinación en PepGMV y PHYVV indicó que esta juega un papel importante en la evolución de ambos virus, dependiendo su importancia del nivel de intervención humana de la población de chiltepín. Este factor afectó también a la intensidad de la selección a la que se ven sometidos los genomas de PepGMV y PHYVV. Los resultados de esta tesis ponen de manifiesto la importancia que la reducción de la biodiversidad asociada al nivel de intervención humana de las poblaciones de plantas y la heterogeneidad del paisaje tiene en la emergencia de nuevas enfermedades virales. Por tanto, es necesario considerar estos factores ambientales a la hora de comprender la epidemiologia y la evolución de los virus de plantas.XVII SUMMARY Plant viruses play a key role as modulators of the spatio-temporal dynamics of their host populations, due to their negative impact in plant fitness. Knowledge on the genetic and environmental factors that determine the epidemiology and the genetic structure of virus populations may help to understand the ecological role of viral infections. However, few experimental works have addressed this issue. This thesis analyses the effect of landscape heterogeneity in the prevalence of viruses and the genetic structure of their populations. Also, how these environmental factors influence the relative importance of the main mechanisms for generating genetic variability (mutation, recombination and migration) during virus evolution is explored. To do so, the begomoviruses infecting chiltepin (Capsicum annuum var. aviculare (Dierbach) D'Arcy & Eshbaugh) populations in Mexico were used. Incidence of different viruses in chiltepin populations of six biogeographical provinces representing the species distribution in Mexico was determined. Populations belonged to different habitats according to the level of human management: populations with no human intervention (Wild); populations naturally dispersed and tolerated in managed habitats (let-standing), and human managed populations (cultivated). Among the analyzed viruses, the begomoviruses showed the highest prevalence, being detected in all populations and sampling years. Only two begomovirus species infected chiltepin: Pepper golden mosaic virus, PepGMV and Pepper huasteco yellow vein virus, PHYVV. Therefore, all the analyses presented in this thesis are focused in these two viruses. The prevalence of PepGMV and PHYVV, in single and mixed infections, increased with higher levels of human management of the host population, which was associated with decreased biodiversity and increased plant density. Furthermore, cultivated populations showed higher prevalence of mixed infections and symptomatic plants. The prevalence of the two viruses also varied depending on the chiltepin population and on the biogeographical province. Therefore, these results support a classical hypothesis of Plant Pathology stating that simplification of natural ecosystems due to human management leads to an increased disease risk, and illustrate on the importance of landscape heterogeneity in determining epidemiological patterns. Landscape heterogeneity not only affected the epidemiology of PepGMV and PHYVV, but also the genetic structure of their populations. Both viruses had the highest level of genetic differentiation at the population scale, probably associated with the XVIII migration patterns of its vector Bemisia tabaci, and a second level at the biogeographical province scale, which could be related to the role of humans as dispersal agents of PepGMV and PHYVV. The estimates of nucleotide substitution rates of the virus populations indicated rapid evolutionary dynamics. Accordingly, phylogenetic trees of both viruses showed a star topology, suggesting a recent diversification in the chiltepin populations. Reconstruction of PepGMV and PHYVV migration patterns indicated that they expanded from central Mexico following a radial pattern during the last 30 years. Importantly, the spatial genetic structures of the virus populations were similar to that described previously for the chiltepin, which may result in the congruence of the host and virus genealogies. Such congruence was found only in wild and let-standing populations. This is probably due to a co-divergence in space but not in time, given the different evolutionary time scales of the host and virus populations. Finally, the frequency of recombination detected in the PepGMV and PHYVV populations indicated that this mechanism plays an important role in the evolution of both viruses at the intra-specific scale. The level of human management had a minor effect on the frequency of recombination, but influenced the strength of negative selective pressures in the viral genomes. The results of this thesis highlight the importance of decreased biodiversity in plant populations associated with the level of human management and of landscape heterogeneity on the emergence of new viral diseases. Therefore it is necessary to consider these environmental factors in order to fully understand the epidemiology and evolution of plant viruses.

Further expansion of the alien seaweed Caulerpa taxifolia var. distichophylla (Sonder) Verlaque, Huisman & Procacini (Ulvophyceae, Bryopsidales) in the Eastern Mediterranean Sea

Date of Acceptance: 27/04/2015 We are grateful to Andreas Antoniou (Dep. of Environment, Ministry of Agriculture, Rural Development & Environment, Cyprus) for his assistance in the preparation of the illustrations. We would also like to thank Dr. Sotiris Orfanidis (NAGREF – Fisheries Research Institute, Kavala, Greece) for his valuable advice and both the DFMR and HSR / HCMR Rhodes crew and George Hatiris for their help in samplings. Special thanks are due to Dinos Leonidou (SeaQuest Divers Cyprus) for accompanying the deep dive for sampling Caulerpa at Cavo Greco. We are grateful to the Total Foundation (Paris) for its funding support to this study within the framework of the project “Brown algal ecology and biodiversity in the eastern Mediterranean Sea” and to the MASTS pooling initiative (Marine Alliance for Science and Technology for Scotland, funded by the Scottish Funding Council and contributing institutions; grant reference HR09011).

The incompatible interaction between Phytophthora parasitica var. nicotianae race 0 and tobacco is suppressed in transgenic plants expressing antisense lipoxygenase sequences

Nicotiana tabacum 46-8 cultivar displays an incompatible interaction with race 0 of Phytophthora parasitica var. nicotianae (Ppn), a fungal pathogen of most tobacco cultivars. At the plant level, incompatibility is characterized by the induction of lipoxygenase (LOX, EC = 1.13.11.12) activity and localized hypersensitive cell death before defense gene activation. To evaluate the involvement of LOX in the onset of plant defense, tobacco 46-8 plants were genetically engineered using full-length or partial-length antisense (AS) tobacco LOX cDNA constructs. AS expression strongly reduced elicitor- and pathogen-induced LOX activity. Eight independent AS-LOX lines were selected and assayed for their response to Ppn. After root or stem inoculation with race 0, all AS-LOX lines but one displayed a compatible phenotype whereas control transformed plants, not containing the AS-LOX cassette, showed the typical incompatible reaction. The presence of the fungus in transgenic lines was demonstrated by PCR amplification of a Ppn-specific genomic sequence. A linear relationship was found between the extent of LOX suppression and the size of the lesion caused by the fungus. The AS-LOX plants also showed enhanced susceptibility toward the compatible fungus Rhizoctonia solani. The results demonstrate the strong involvement of LOX in the establishment of incompatibility in plant–microorganism interactions, consistent with its role in the defense of host plants.

Use of a New Tetrazolium-Based Assay to Study the Production of Superoxide Radicals by Tobacco Cell Cultures Challenged with Avirulent Zoospores of Phytophthora parasitica var nicotianae1

The relationship between the production of reactive oxygen species and the hypersensitive response (HR) of tobacco (Nicotiana tabacum L.) toward an incompatible race of the Oomycete Phytophthora parasitica var nicotianae has been investigated. A new assay for superoxide radical (O2−) production based on reduction of the tetrazolium dye sodium,3′-(1-[phenylamino-carbonyl]-3,4-tetrazolium)-bis(4-methoxy-6-nitro) benzene-sulfonic acid hydrate (XTT) has enabled the quantitative estimation of perhydroxyl/superoxide radical acid-base pair (HO2·/O2−) production during the resistant response. Tobacco suspension cells were inoculated with zoospores from compatible or incompatible races of the pathogen. Subsequent HO2·/O2− production was monitored by following the formation of XTT formazan. In the incompatible interaction only, HO2·/O2− was produced in a minor burst between 0 and 2 h and then in a major burst between 8 and 10 h postinoculation. During this second burst, rates of XTT reduction equivalent to a radical flux of 9.9 × 10−15 mol min−1 cell−1 were observed. The HO2·/O2− scavengers O2− dismutase and Mn(III)desferal each inhibited dye reduction. An HR was observed in challenged, resistant cells immediately following the second burst of radical production. Both scavengers inhibited the HR when added prior to the occurrence of either radical burst, indicating that O2− production is a necessary precursor to the HR.

The genomic and physical organization of Ty1-copia-like sequences as a component of large genomes in Pinus elliottii var. elliottii and other gymnosperms.

A DNA sequence, TPE1, representing the internal domain of a Ty1-copia retroelement, was isolated from genomic DNA of Pinus elliottii Engelm. var. elliottii (slash pine). Genomic Southern analysis showed that this sequence, carrying partial reverse transcriptase and integrase gene sequences, is highly amplified within the genome of slash pine and part of a dispersed element >4.8 kbp. Fluorescent in situ hybridization to metaphase chromosomes shows that the element is relatively uniformly dispersed over all 12 chromosome pairs and is highly abundant in the genome. It is largely excluded from centromeric regions and intercalary chromosomal sites representing the 18S-5.8S-25S rRNA genes. Southern hybridization with specific DNA probes for the reverse transcriptase gene shows that TPE1 represents a large subgroup of heterogeneous Ty1-copia retrotransposons in Pinus species. Because no TPE1 transcription could be detected, it is most likely an inactive element--at least in needle tissue. Further evidence for inactivity was found in recombinant reverse transcriptase and integrase sequences. The distribution of TPE1 within different gymnosperms that contain Ty1-copia group retrotransposons, as shown by a PCR assay, was investigated by Southern hybridization. The TPE1 family is highly amplified and conserved in all Pinus species analyzed, showing a similar genomic organization in the three- and five-needle pine species investigated. It is also present in spruce, bald cypress (swamp cypress), and in gingko but in fewer copies and a different genomic organization.