Isolation and functional characterization of a high affinity urea transporter from roots of Zea mays

Background: Despite its extensive use as a nitrogen fertilizer, the role of urea as a directly accessible nitrogen source for crop plants is still poorly understood. So far, the physiological and molecular aspects of urea acquisition have been investigated only in few plant species highlighting the importance of a high-affinity transport system. With respect to maize, a worldwide-cultivated crop requiring high amounts of nitrogen fertilizer, the mechanisms involved in the transport of urea have not yet been identified. The aim of the present work was to characterize the high-affinity urea transport system in maize roots and to identify the high affinity urea transporter. Results: Kinetic characterization of urea uptake (<300 mu M) demonstrated the presence in maize roots of a high-affinity and saturable transport system; this system is inducible by urea itself showing higher Vmax and Km upon induction. At molecular level, the ORF sequence coding for the urea transporter, ZmDUR3, was isolated and functionally characterized using different heterologous systems: a dur3 yeast mutant strain, tobacco protoplasts and a dur3 Arabidopsis mutant. The expression of the isolated sequence, ZmDUR3-ORF, in dur3 yeast mutant demonstrated the ability of the encoded protein to mediate urea uptake into cells. The subcellular targeting of DUR3/GFP fusion proteins in tobacco protoplasts gave results comparable to the localization of the orthologous transporters of Arabidopsis and rice, suggesting a partial localization at the plasma membrane. Moreover, the overexpression of ZmDUR3 in the atdur3-3 Arabidopsis mutant showed to complement the phenotype, since different ZmDUR3-overexpressing lines showed either comparable or enhanced 15N]-urea influx than wild-type plants. These data provide a clear evidence in planta for a role of ZmDUR3 in urea acquisition from an extra-radical solution. Conclusions: This work highlights the capability of maize plants to take up urea via an inducible and high-affinity transport system. ZmDUR3 is a high-affinity urea transporter mediating the uptake of this molecule into roots. Data may provide a key to better understand the mechanisms involved in urea acquisition and contribute to deepen the knowledge on the overall nitrogen-use efficiency in crop plants.

Carbon-11 Reveals Opposing Roles of Auxin and Salicylic Acid in Regulating Leaf Physiology, Leaf Metabolism, and Resource Allocation Patterns that Impact Root Growth in Zea mays

Auxin (IAA) is an important regulator of plant development and root differentiation. Although recent studies indicate that salicylic acid (SA) may also be important in this context by interfering with IAA signaling, comparatively little is known about its impact on the plant’s physiology, metabolism, and growth characteristics. Using carbon-11, a short-lived radioisotope (t 1/2 = 20.4 min) administered as 11CO2 to maize plants (B73), we measured changes in these functions using SA and IAA treatments. IAA application decreased total root biomass, though it increased lateral root growth at the expense of primary root elongation. IAA-mediated inhibition of root growth was correlated with decreased 11CO2 fixation, photosystem II (PSII) efficiency, and total leaf carbon export of 11C-photoassimilates and their allocation belowground. Furthermore, IAA application increased leaf starch content. On the other hand, SA application increased total root biomass, 11CO2 fixation, PSII efficiency, and leaf carbon export of 11C-photoassimilates, but it decreased leaf starch content. IAA and SA induction patterns were also examined after root-herbivore attack by Diabrotica virgifera to place possible hormone crosstalk into a realistic environmental context. We found that 4 days after infestation, IAA was induced in the midzone and root tip, whereas SA was induced only in the upper proximal zone of damaged roots. We conclude that antagonistic crosstalk exists between IAA and SA which can affect the development of maize plants, particularly through alteration of the root system’s architecture, and we propose that the integration of both signals may shape the plant’s response to environmental stress.

Influence of Chilling Stress on the Intercellular Distribution of Assimilatory Sulfate Reduction and Thiols in Zea mays

Abstract: The effect of chilling on the intercellular distribution of mRNAs for enzymes of assimilatory sulfate reduction, the activity of adenosine 5′-phosphosulfate reductase (APR), and the level of glutathione was analysed in leaves and roots of maize (Zea mays L). At 25 °C the mRNAs for APR, ATP sulfurylase, and sulfite reductase accumulated in bundle-sheath only, whereas the mRNA for O-acetylserine sulfhydrylase was also detected in mesophyll cells. Glutathione was predominantly detected in mesophyll cells; however, oxidized glutathione was equally distributed between the two cell types. Chilling at 12 °C induced oxidative stress which resulted in increased concentrations of oxidized glutathione in both cell types and a prominent increase of APR mRNA and activity in bundle-sheath cells. After chilling, mRNAs for APR and sulfite reductase, as well as low APR activity, were detected in mesophyll cells. In roots, APR mRNA and activity were at higher levels in root tips than in the mature root and were greatly increased after chilling. These results demonstrate that chilling stress affected the levels and the intercellular distribution of mRNAs for enzymes of sulfate assimilation.

The dwarf-1 (dt) Mutant of Zea mays blocks three steps in the gibberellin-biosynthetic pathway.

In plants, gibberellin (GA)-responding mutants have been used as tools to identify the genes that control specific steps in the GA-biosynthetic pathway. They have also been used to determine which native GAs are active per se, i.e., further metabolism is not necessary for bioactivity. We present metabolic evidence that the D1 gene of maize (Zea mays L.) controls the three biosynthetic steps: GA20 to GA1, Ga20 to GA5, and GA5 to GA3. We also present evidence that three gibberellins, GA1, GA5, and GA3, have per se activity in stimulating shoot elongation in maize. The metabolic evidence comes from the injection of [17-13C,3H]GA20 and [17-13C,3H]GA5 into seedlings of d1 and controls (normal and d5), followed by isolation and identification of the 13C-labeled metabolites by full-scan GC-MS and Kovats retention index. For the controls, GA20 was metabolized to GA1,GA3, and GA5; GA5 was metabolized to GA3. For the d1 mutant, GA20 was not metabolized to GA1, GA3, or to GA5, and GA5 was not metabolized to GA3. The bioassay evidence is based on dosage response curves using d1 seedlings for assay. GA1, GA3, and GA5 had similar bioactivities, and they were 10-times more active than GA20.

Substituição do fubá de milho (Zea Mays, L.) por farinha de pupunha (Bactris Gasipaes, H. B. K.) em rações para Alevinos de Tambaqui (Colossoma Macropomum, Cuvier 1818)1

São apresentados os resultados da substituição do fubá de milho por farinha de pupunha, através do desempenho em crescimento e composição corporal de alevinos de tambaqui, alimentados durante 112dias com quatro dietas, constituídas de uma ração padrão e três níveis de substituição do fubá de milho. Osresultados demonstram que a farinha de pupunha pode substituir completamente o fubá de milho nas dietas para estes alevinos, sem afetar seu desempenho e composição corporal.

Performance de populações de Milho (Zea Mays L.) em terras altas sob cerrado no Centro-sul do estado do Tocantins, Brasil1

No estado do Tocantins, o cultivo de milho em "terras altas sob cerrado" apresenta níveis de produtividade variáveis, cuja média não ultrapassa 2 t/ha. Fatores de solo, como acidez, baixos teores de Ca, Mg, Ρ e Κ e matéria orgânica, concorrem para reduzir as produtividades. O desenvolvimento de materiais genéticos melhorados busca contribuir na superação dessas limitações. Como atividade inicial em um programa de melhoramento genético, o presente estudo avaliou um total de 160 populações de milho, nas safras 1994/95, 1995/96 e 1998/99, nos municípios de Pedro Afonso e Gurupi, em termos de produtividade de grãos (PG), altura da planta (AP), altura da espiga (AE) e dias para florescimento feminino (FF). Para PG, os efeitos de populações foram significativos em todas as avaliações, ocorrendo produtividades entre 1,59 t/ ha a 7,46 t/ha. Destacaram-se as populações IAPAR 51, EGO 17, CMS 08, CMS 50, COMPOSTO TERRAS BAIXAS, TAIÚBA, TAITINGA, CMS 28, CMS 15 e SIKALQ, em Pedro Afonso, e K9201, CMS 39, BR 105 e CMS 03, em Gurupi, com produtividades acima de 5 t/ha. As diferenças nas performances produtivas e agronômicas em Pedro Afonso e Gurupi, juntamente com efeitos significativos das interações populações χ locais, alertam para a condução de programas de melhoramento específicos para cada local.

Desempenho produtivo de juvenis de tambaqui (Colossoma macropomum Cuvier, 1818) alimentados com rações contendo farinha de crueira de mandioca (Manihot esculenta, Crantz) em substituição ao milho (Zea mays)

O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho produtivo de juvenis de tambaqui (Colossoma macropomum), alimentados com níveis crescentes de farinha de crueira de mandioca, Manihot esculenta (0%, 20%, 40%, 60%, 80%, 100%), como substituto do milho (Zea mays). Os peixes (peso médio inicial de 6,6 ± 0,1 g) foram distribuídos aleatoriamente em 24 grupos (20 peixes/grupo) e alimentados com as dietas experimentais em quatro repetições para avaliação da performance de crescimento, eficiência alimentar, composição corporal e os custos de produção. As performances de crescimento não foram afetados pelos tratamentos. O teor de lipídio no músculo foi diferentemente significativo em peixes alimentados com 40% e 100% em relação aos outros tratamentos. O custo de produção de milho diminuiu linearmente com a substituição. O valor da dieta diminuiu de R $ 1,43 kg-1 a R $ 1,21 kg-1 e o peixe de R $ 1,54 kg-1 a R $ 1,30 peixe kg-1. Concluiu-se que o milho pode ser totalmente substituído por farinha de crueira de mandioca na dieta de juvenil de tambaqui, sem prejudicar o seu desempenho.

Selección por calidad y rendimiento en maíz pisingallo (Zea mays L.): I) Obtención de progenies con alta capacidad de expansión

(...) El maíz pisingallo, ha comenzado a cultivarse en la zona centro norte de la Provincia de Córdoba, ampliando progresivamente el área de siembra. El problema que se plantea desde este proyecto es que el productor de esta zona, dispone semilla de cultivares híbridos o poblaciones sin mejora genética. Los primeros, potencialmente de alto rendimiento, han sido desarrollados para responder a las condiciones ambientales de la Pampa Húmeda, por lo cual tienen un comportamiento riesgoso en la semiaridez. Los segundos, tienen adaptación a esas condiciones pero su rendimiento y calidad son bajos. Por lo cual, desde sector productivo se reclama la creación de nuevos cultivares que puedan mantener altos rendimientos y calidad, con estabilidad en las condiciones ambientales de la zona semiárida de la Provincia de Córdoba. El maíz pisingallo, tiene granos pequeños, alargados y terminados en punta que pueden explotar formando una roseta, cuando se los somete a una temperatura adecuada. La calidad de este maíz esta determinada por lo que se denomina "capacidad de expansión (CE)", que es la relación entre el volumen de una cantidad de granos expandidos sobre el volumen de los frutos antes de reventar. La capacidad de expansión es la propiedad de calidad más importante en el pisingallo. En el mejoramiento de este tipo de maíz se debe satisfacer tanto al producto de granos como al consumidor; al primero le interesa una elevada producción y al consumidor la calidad del producto. Sucede que la capacidad de Expansión esta correlacionada negativamente con todos los caracteres de importancia económica y productividad. La capacidad de expansión esta afectada por el genotipo y por el ambiente: existiendo evidencias que se trata de un carácter poligénico que puede ser modificado por selección. En experiencias previas se ha determinado que en poblaciones de maíz piscingallo de distinta procedencia existen un predominio de efectos aditivos para capacidad de Expansión con altos valores de heterosis en algunas cruzas. A la vez que, mediante el cruzamiento entre poblaciones, puede originarse variabilidad genética para seleccionar por este atributo de calidad. Objetivo general: * Crear una población de maíz pisingallo mejorada por calidad y rendimiento. Objetivo específico: * Obtención de progenies con alta capacidad de expansión.

Competição entre adubos fosfatados em milho (Zea mays L)

This paper relates the results of an experiment designed to study the comparative effects of several phosphates applied to corn crops. The following phosphates were applied to a latin square of 6x6: Latif (a rock phosphate), fospal, superphosphate, fertifos, hiperfosfato and serranafosfato (a fusion phosphate). The nutrients were employd at the rates of 200 kg of N (as Chilean nitrate), 200kg of K2O (as muriate of potash) and 200 kg of P205. To correct the acidity and to improve the poor physical conditions of the sandy soil studied limestone (450 kg/Ha) and cotton seed meal (900 kg/Ha) were added to all plots; liming was made one month in advance to the planting. In the second year, in the same place, the split-plot technique was used: half plot received only N and K20 whereas the other half received the same treatment as the year before. The results can be summarized as follows: 1. in the first year, superphosphate of lime, produced better results than the other phosphates; there was no significant difference among fertifos, serranafosfato, and hiperfosfato but these phosphates proved to be superior to fospal and Latif; 2. in the second year, superphosphate, fertifos and serranafosfato produced practically the same effect, being better than hiperfosfato, fospal, and Latif which did not differ signicantly; 3. the increase in yield due to the reapplication of phosphates to the half plots was not advantageous under an economic point of view; however, it is interesting to note that the yield was still benefited in spite of the heavy doses of phosphates applied the year before.

Efeitos da aplicação de reguladores de crescimento e características do milho (Zea mays L. cv. 'Piranão')

Estudou-se a influência da aplicação de cloreto de (2-cloroetil) trimetilamônio (2000 ppm), giberelinas (100 ppm), ácido beta-naftoxiacético (100 ppm) e ácido 3-indolacético (100 ppm), em milho cultivar 'Piranão'. Verificaram-se ainda características morfológicas e a produtividade da cultivar. As aplicações dos reguladores de crescimento foram realizadas por pulverizações duas e três semanas após a semeadura, em condições de campo. Observou-se que apenas giberelinas promoveram uma diferenciação em altura das plantas tratadas; sendo que os demais reguladores de crescimento não provocaram diferenças significativas nos parâmetros estudados. Algumas características da cultivar 'Piranão' foram determinadas no decorrer do ciclo da planta e por ocasião da colheita. Efetuou-se ainda a análise química dos macronutrientes, para diferentes partes da planta, em quatro épocas distintas.

Acumulação diferencial de nutrientes por cinco cultivares de milho (Zea mays L.): I - acumulação de macronutrientes

No presente trabalho, os autores apresentam os resultados de um ensaio de campo empregando os cultivares Agroceres 256, Agroceres 504, Centralmex, H-7974 e Piranão no sentido de aquilatar diferenças no crescimento, produção e acumulação e exportação de nutrientes. O ensaio foi conduzido num regossol de fertilidade mediana, exceto em relação ao K que é baixo, situado no Município de Piracicaba, SP. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso com 4 repetições. Foram seguidas as práticas culturais comuns, e a adubação constituiu de 83 g da fórmula 30-120-70 por metro linear por ocasião do plantio e 33 g por metro linear da fórmula 50-0-4, em cobertura 22 dias após a germinação. Plantas foram coletadas a partir dos 20 dias após a germinação, em intervalos de 20 dias até os 120 dias. As plantas foram divididas em "colmo + folhas", pendão e espiga e analisadas para N, P, K, Ca, Mg e S. Concluíram os autores que diferenças entre cultivares na acumulação de matéria seca na parte vegetativa não se traduzem, necessariamente, por um aumento de peso da matéria seca na espiga. Os cultivares atingem o máximo da quantidade de nutrientes nas seguintes épocas, em dias: N (89-100); P (101-120); K (58-66); Ca (74-94); Mg (100-120); S (93-95). Verificaram, ainda, que as quantidades máximas extraídas em mg/planta são: N (3169-3878); P (541-642); K (3850-4693); Ca (582-782); Mg (654-943); S (444-799). Finalmente, a exportação de nutrientes nas espigas por hectare (50.000 plantas) colhidas é: N (111-143 kg); P (22-30 kg); Ca (0,7-1,1 kg); Mg (10-12kg); S(9-13kg).

Acumulação diferencial de nutrientes por cinco cultivares de milho (zea mays L): II - acumulação de micronutrientes

No presente trabalho, os autores apresentam os resultados de um ensaio de campo empregando os cultivares Agroceres 256, Agroceres 504, Centralmex, H-7974 e Piranao no sentido de aquilatar diferenças na acumulação e exportação de micronutrientes. O ensaio foi conduzido num regossol de fertilidade mediana, exceto em relação ao K que é baixo, situado no município de Piracicaba, SP. O delineamento experimental utilizado foi de blocos ao acaso com 4 repetições. Foram seguidas as práticas culturais comuns e a adubação constituiu de 83 g da fórmula 30--120-70 por metro linear por ocasião do plantio e 33 g por metro linear da fórmula 50-0-4, em cobertura 22 dias após a germinação. Plantas foram coletadas a partir dos 20 dias após a germinação, em intervalos de 20 dias até os 120 dias. As plantas foram divididas em "colmo + folhas", pendão e espiga e analisadas para B, Cu, Fe, Mn e Zn. Concluíram os autores que diferenças na acumulação de micronutrientes manifestam-se antes da fase de crescimento intenso. Os cultivares atingem o máximo da quantidade dos nutrientes nas seguintes épocas, em dias:Cu (61-85); Fe (71-76); Mn (82-94); Zn (87-108). Verificaram, ainda, que as quantidades máximas extraídas em mg/planta são:Cu (2,06--3,49); Fe (26,66-36,28); Mn (9,92-14,39); Zn (5,88-6,69). Finalmente a exportação de nutrientes nas espigas por hectare (50.000 plantas) colhidas é: Cu (26-35 g); Fe (200-220 g); Mn (90-140 g) e Zn (160-250 g).

Acumulação diferencial de nutrientes por cinco cultivares de milho (Zea mays L.): III - diagnose foliar

O trabalho foi desenvolvido com a finalidade de se aquilatar diferenças nos níveis críticos entre os cultivares Agroceres 256, Agroceres 504, Centralmex, H-7974 e Piranão. O ensaio foi conduzido no Município de Piracicaba, SP, tendo como suporte um Regossol arenoso de média fertilidade. Foram seguidas as práticas culturais comuns e a adubação constuiu de 83 g da fórmula 30-120-70, por metro linear no plantio e 33 g/ /metro linear da fórmula 50-0-45 em cobertura. A população de plantas foi de 50.000 por hectare. Aos 60 dias após o plantio e no florescimento foram coletadas as folhas (+4) e da inserção da espiga, para fins de diagnose. Foram observadas diferenças nas concentrações de P, K, Ca, Mg e Fe, na matéria seca das folhas (+4) dos cultivares aos 60 dias após o plantio, e nas concentrações de P, K, Cu e Fe na folha da inserção da espiga, na fase de florescimento. Diferenças estas que não afetam a produção de grãos. A extensão das diferenças entre cultivares nos níveis foliares dos nutrientes depende da época de amostragem. As coletas feitas em épocas fisiológicas determinadas tende a diminuir estas diferenças. Cultivares com potenciais de produção semelhantes podem ser tratados igualmente em relação à análise de folhas, desde que se adote uma faixa de teores adequados.

Efeitos do tamanho da semente sobre a germinação, o vigor e a produção do milho (Zea mays L.)

A influência do tamanho de sementes de milho (Zea mays L.) sobre a germinação, o vigor e a produção de grãos foi estudada mediante a instalação de testes de laboratório e de um ensaio de campo. Em laboratório foram conduzidos testes de germinação, primeira contagem de germinação, envelhecimento rápido e cloreto de amônio. No campo foram determinados a porcentagem de emergência das plântulas, "stand final", número e peso das espigas. As análises dos dados e as interpretações dos resultados permitiram concluir que o tamanho das sementes não influenciou a germinação, o vigor e a produção.

Efeitos de ethephon e uréia na morfologia e produtividade do milho (Zea mays L.)

Ethephon é um regulador vegetal capaz de liberar etileno, que por sua vez atua como um retardador de crescimento por inibir o transporte de auxinas. A uréia pode incrementar o efeito do ethephon ou exercer um efeito oposto como fonte de nitrogênio. Estes compostos foram utilizados em plantas de milho visando modificar a dominância apical e consequentemente a época de alongamento da inflorescência, a altura da planta e a posição da espiga superior. Ethephon (ácido 2-cloroetilfosfônico) foi pulverizado em Zea mays cv. Piranão VF-2 38 dias após a semeadura, nos tratamentos: ethephon 500 ppm, ethephon 500 ppm + uréia 2%, ethephon 1.000 ppm, ethephon 1.000 ppm + uréia 2%, ethephon 1.500 ppm e ethephon 1.500 ppm + uréia 2%, além do controle. O regulador vegetal promoveu precocidade no alongamento da inflorescência masculina da planta de milho. Ethephon causou redução na altura da planta de milho 'Piranão VF-2'. A altura da espiga superior foi diminuída com ethephon ou ethephon + uréia. A distancia da espiga superior ao ápice foi reduzida com ethephon por causar diminuição no comprimento dos meritalos apicais. As modificações na época de alongamento da inflorescência masculina revestem-se de importância para a produção de híbridos de linhagens, sendo que reduções na dominância apical poderiam aumentar a prolificidade e consequentemente a produção.