Forms of phosphorus in an oxisol under different soil tillage systems and cover plants in rotation with maize

Phosphorus fractions play a key role in sustaining the productivity of acid-savanna Oxisols and are influenced by tillage practices. The aim of this study was to quantify different P forms in an Oxisol (Latossolo Vermelho-Amarelo) from the central savanna region of Brazil under management systems with cover crops in maize rotation. Three cover crops (Canavalia brasiliensis, Cajanus cajan (L.), and Raphanus sativus L.) were investigated in maize rotation systems. These cover crops were compared to spontaneous vegetation. The inorganic forms NaHCO3-iP and NaOH-iP represented more than half of the total P in the samples collected at the depth of 5-10 cm during the rainy season when the maize was grown. The concentration of inorganic P of greater availability (NaHCO3-iP and NaOH-iP) was higher in the soil under no-tillage at the depth of 5-10 cm during the rainy season. Concentrations of organic P were higher during the dry season, when the cover crops were grown. At the dry season, organic P constituted 70 % of the labile P in the soil planted to C. cajan under no-tillage. The cover crops were able to maintain larger fractions of P available to the maize, resulting in reduced P losses to the unavailable pools, mainly in no-tillage systems.

Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Cover plants and mineral nitrogen: effects on organic matter fractions in an oxisol under no-tillage in the cerrado

Cover plants are essential for the sustainability of no-tillage systems in tropical regions. However, information on the effects of these plants and N fertilization on soil organic matter fractions is still scarce. This study evaluated the effect of cover crops with different chemical composition and of N topdressing on the labile and humified organic matter fractions of an Oxisol of the Cerrado (savanna-like vegetation). The study in a randomized complete block design was arranged in split-plots with three replications. Four cover species were tested in the plots and the presence or absence of N topdressing in the subplot. The following cover species were planted in succession to corn for eight years: Urochloa ruziziensis; Canavalia brasiliensis M. ex Benth; Cajanus cajan (L.) Millsp; and Sorghum bicolor (L.) Moench. In general, the cultivation of U. ruziziensis increased soil C levels, particularly of C in the humic acid and particulate organic C fractions, which are quality indicators of soil organic matter. The C in humic substances and mineral organic C accounted for the highest proportions of total organic C, demonstrating the strong interaction between organic matter, Fe and Al oxides and kaolinite, which are predominant in these weathered soils of the Cerrado.

EFFECTS OF SILICON ON ALLEVIATING ARSENIC TOXICITY IN MAIZE PLANTS

Arsenic is a metalloid highly toxic to plants and animals, causing reduced plant growth and various health problems for humans and animals. Silicon, however, has excelled in alleviating stress caused by toxic elements in plants. The aim of this study was to investigate the effects of Si in alleviating As stress in maize plants grown in a nutrient solution and evaluate the potential of the spectral emission parameters and the red fluorescence (Fr) and far-red fluorescence (FFr) ratio obtained in analysis of chlorophyll fluorescence in determination of this interaction. An experiment was carried out in a nutrient solution containing a toxic rate of As (68 μmol L-1) and six increasing rates of Si (0, 0.25, 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0 mmol L-1). Dry matter production and concentrations of As, Si, and photosynthetic pigments were then evaluated. Chlorophyll fluorescence was also measured throughout plant growth. Si has positive effects in alleviating As stress in maize plants, evidenced by the increase in photosynthetic pigments. Silicon application resulted in higher As levels in plant tissue; therefore, using Si for soil phytoremediation may be a promising choice. Chlorophyll fluorescence analysis proved to be a sensitive tool, and it can be successfully used in the study of the ameliorating effects of Si in plant protection, with the Fr/FFr ratio as the variable recommended for identification of temporal changes in plants.

LEAF TOTAL NITROGEN CONCENTRATION AS AN INDICATOR OF NITROGEN STATUS FOR PLANTLETS AND YOUNG PLANTS OF EUCALYPTUS CLONES

The use of leaf total nitrogen concentration as an indicator for nutritional diagnosis has some limitations. The objective of this study was to determine the reliability of total N concentration as an indicator of N status for eucalyptus clones, and to compare it with alternative indicators. A greenhouse experiment was carried out in a randomized complete block design in a 2 × 6 factorial arrangement with plantlets of two eucalyptus clones (140 days old) and six levels of N in the nutrient solution. In addition, a field experiment was carried out in a completely randomized design in a 2 × 2 × 2 × 3 factorial arrangement, consisting of two seasons, two regions, two young clones (approximately two years old), and three positions of crown leaf sampling. The field areas (regions) had contrasting soil physical and chemical properties, and their soil contents for total N, NH+4-N, and NO−3-N were determined in five soil layers, up to a depth of 1.0 m. We evaluated the following indicators of plant N status in roots and leaves: contents of total N, NH+4-N, NO−3-N, and chlorophyll; N/P ratio; and chlorophyll meter readings on the leaves. Ammonium (root) and NO−3-N (root and leaf) efficiently predicted N requirements for eucalyptus plantlets in the greenhouse. Similarly, leaf N/P, chlorophyll values, and chlorophyll meter readings provided good results in the greenhouse. However, leaf N/P did not reflect the soil N status, and the use of the chlorophyll meter could not be generalized for different genotypes. Leaf total N concentration is not an ideal indicator, but it and the chlorophyll levels best represent the soil N status for young eucalyptus clones under field conditions.

Feasibility of non-invasive pressure support ventilation in infants with respiratory failure after extubation: a pilot study.

OBJECTIVE: To evaluate the feasibility and effects of non-invasive pressure support ventilation (NIV) on the breathing pattern in infants developing respiratory failure after extubation. DESIGN: Prospective pilot clinical study; each patient served as their own control. SETTING: A nine-bed paediatric intensive care unit of a tertiary university hospital. PATIENTS: Six patients (median age 5 months, range 0.5-7 months; median weight 4.2 kg, range 3.8-5.1 kg) who developed respiratory failure after extubation. INTERVENTIONS: After a period of spontaneous breathing (SB), children who developed respiratory failure were treated with NIV. MEASUREMENTS AND RESULTS: Measurements included clinical dyspnoea score (DS), blood gases and oesophageal pressure recordings, which were analysed for respiratory rate (RR), oesophageal inspiratory pressure swing (dPes) and oesophageal pressure-time product (PTPes). All data were collected during both periods (SB and NIV). When comparing NIV with SB, DS was reduced by 44% (P < 0.001), RR by 32% (P < 0.001), dPes by 45% (P < 0.01) and PTPes by 57% (P < 0.001). A non-significant trend for decrease in PaCO(2) was observed. CONCLUSION: In these infants, non-invasive pressure support ventilation with turbine flow generator induced a reduction of breathing frequency, dPes and PTPes, indicating reduced load of the inspiratory muscles. NIV can be used with some benefits in infants with respiratory failure after extubation.

Intérêt du monitorage du CO2 expiré pour évaluer la PaCO2 lors d'insuffisance respiratoire aiguë hypercapnique traitée par ventilation non invasive.

Introduction: L'efficacité d'une séance de VNI est habituellement évaluée selon la réponse clinique, l'amélioration de l'acidose respiratoire et de l'hypercapnie. Le but de cette étude était d'évaluer l'intérêt de la mesure du CO2 en fin d'expiration (PETCO2) pour estimer la PaCO2 et son évolution dans le temps. Patients et Méthodes: Des patients de réanimation souffrant d'une insuffisance respiratoire aiguë hypercapnique (PaCO2 >45 mmHg) ont été inclus dans cette étude prospective. La PETCO2était mesurée à l'aide d'un capteur nasobuccal (SmartLine®, Oridion) au cours d'une séance de VNI de 60 minutes. Une gazométrie artérielle et la valeur de PETCO2 étaient enregistrées au début de la séance puis chaque 15 minutes. Des manoeuvres d'expiration complète passives et actives étaient effectuées à 30 et 60 minutes. Le gradient de CO2 (PaCO2- PETCO2) a été calculé pour l'ensemble des mesures, spécifiquement pour chaque manoeuvre d'expiration complète, ainsi qu'individuellement pour chaque patient. Ces grandeurs sont exprimées en moyenne et écart-type pour évaluer le biais et la dispersion observés entre PaCO2 et PETCO2. La différence entre chaque valeurs consécutives de gradient de CO2 (delta gradient de CO2) a été calculées par patient. Cette mesure quantifie la variation au cours du temps du gradient de CO2 pour un patient donné. Résultats: 11 patients ont été inclus (7 BPCO, 1 restrictif et 1 syndrome d'apnée du sommeil). Sur l'ensemble des mesures, le gradient de CO2 était de 14.7 + 10.6 mmHg, lors des manoeuvres d'expiration complètes active il était de 8.1 + 13.0 mmHg, et de 8.8 + 11.9 mmHg lors des expirations passives. Conclusion: Chez les patients présentant une insuffisance respiratoire aiguë hypercanique traitée par VNI, la mesure de la PETCO2 par capteur nasobuccal ne permet de prédire ni la valeur de PaCO2, ni son évolution dans le temps. Les manoeuvres d'expiration complète n'apportent aucune plus value.

Extinction debt of high-mountain plants under 21st-century climate change

Quantitative estimates of the range loss of mountain plants under climate change have so far mostly relied on static geographical projections of species' habitat shifts(1-3). Here, we use a hybrid model(4) that combines such projections with simulations of demography and seed dispersal to forecast the climate-driven spatio-temporal dynamics of 150 high-mountain plant species across the European Alps. This model predicts average range size reductions of 44-50% by the end of the twenty-first century, which is similar to projections from the most 'optimistic' static model (49%). However, the hybrid model also indicates that population dynamics will lag behind climatic trends and that an average of 40% of the range still occupied at the end of the twenty-first century will have become climatically unsuitable for the respective species, creating an extinction debt(5,6). Alarmingly, species endemic to the Alps seem to face the highest range losses. These results caution against optimistic conclusions from moderate range size reductions observed during the twenty-first century as they are likely to belie more severe longer-term effects of climate warming on mountain plants.

Detritivorous crustaceans become herbivores on jasmonate-deficient plants.

The jasmonate signal pathway is known to control defenses against herbivores, such as leaf eaters (folivores). Does the reach of the pathway extend to defense against other types of animal? Among the arthropods attracted to seed baits placed below flowering Arabidopsis thaliana plants are 2 largely nocturnal isopod crustaceans generally considered as detritivores: Porcellio scaber and Armadillidium vulgare. Parallel laboratory experiments identified the isopods as being capable of predation on intact plants. Isopod feeding was strongly facilitated in jasmonate-deficient Arabidopsis and rice plants. The feeding activity of isopods revealed potentially detritivore-sensitive, jasmonate-protected Achilles' heels in these architecturally different plants (petioles and inflorescence stems in Arabidopsis, and lower stem and mesocotyl in rice). The work addresses the question of what stops 2 detritivores from attacking living plants and provides evidence that it is, in part, the jasmonate signal pathway. Furthermore, senescent leaves from an Arabidopsis jasmonate mutant were consumed more rapidly than senescent wild-type leaves, suggesting that past activity of the jasmonate signal pathway in leaves may slow carbon recycling through detritivory.

Iowa Biodiesel and Ethanol Processing Plants, January 2010

Maps of Iowa's Biodiesel and Ethanol Processing Plants.

Plants respond to pathogen infection by enhancing the antifungal gene expression of root-associated bacteria.

Plant health and fitness widely depend on interactions with soil microorganisms. Some bacteria such as pseudomonads can inhibit pathogens by producing antibiotics, and controlling these bacteria could help improve plant fitness. In the present study, we tested whether plants induce changes in the antifungal activity of root-associated bacteria as a response to root pathogens. We grew barley plants in a split-root system with one side of the root system challenged by the pathogen Pythium ultimum and the other side inoculated with the biocontrol strain Pseudomonas fluorescens CHA0. We used reporter genes to follow the expression of ribosomal RNA indicative of the metabolic state and of the gene phlA, required for production of 2,4-diacetylphloroglucinol, a key component of antifungal activity. Infection increased the expression of the antifungal gene phlA. No contact with the pathogen was required, indicating that barley influenced gene expression by the bacteria in a systemic way. This effect relied on increased exudation of diffusible molecules increasing phlA expression, suggesting that communication with rhizosphere bacteria is part of the pathogen response of plants. Tripartite interactions among plants, pathogens, and bacteria appear as a novel determinant of plant response to root pathogens.

Plants and tortoises: mutations in the Arabidopsis jasmonate pathway increase feeding in a vertebrate herbivore.

Photosynthetic tissues, the major food source of many invertebrates and vertebrates, are well defended. Many defence traits in leaves are controlled via the jasmonate signalling pathway in which jasmonate acts as a hormone by binding to a receptor to activate responses that lead to increased resistance to invertebrate folivores. We predicted that mutations in jasmonate synthesis might also increase the vulnerability of leaves to vertebrate folivores and tested this hypothesis using the Eastern Hermann's tortoise (Eurotestudo boettgeri) and an Arabidopsis thaliana (Brassicaceae) allene oxide synthase (aos) mutant unable to synthesize jasmonate. Tortoises preferred the aos mutant over the wild type (WT). Based on these results, we then investigated the effect of mutating jasmonate perception using a segregating population of the recessive A. thaliana jasmonate receptor mutant coronatine insensitive1-1 (coi1-1). Genotyping of these plants after tortoise feeding revealed that the homozygous coi1-1 receptor mutant was consumed more readily than the heterozygous mutant or the WT. Therefore, the plant's ability to synthesize or perceive jasmonate reduces feeding by a vertebrate herbivore. We also tested whether or not tortoise feeding behaviour was influenced by glucosinolates, the principal defence chemicals in Arabidopsis leaves with known roles in defence against many generalist insects. However, in contrast to what has been observed with such insects, leaves in which the levels of these compounds were reduced genetically were consumed at a similar rate to those of the WT.

Analysis of the alternative pathways for the beta-oxidation of unsaturated fatty acids using transgenic plants synthesizing polyhydroxyalkanoates in peroxisomes.

Degradation of fatty acids having cis-double bonds on even-numbered carbons requires the presence of auxiliary enzymes in addition to the enzymes of the core beta-oxidation cycle. Two alternative pathways have been described to degrade these fatty acids. One pathway involves the participation of the enzymes 2, 4-dienoyl-coenzyme A (CoA) reductase and Delta(3)-Delta(2)-enoyl-CoA isomerase, whereas the second involves the epimerization of R-3-hydroxyacyl-CoA via a 3-hydroxyacyl-CoA epimerase or the action of two stereo-specific enoyl-CoA hydratases. Although degradation of these fatty acids in bacteria and mammalian peroxisomes was shown to involve mainly the reductase-isomerase pathway, previous analysis of the relative activity of the enoyl-CoA hydratase II (also called R-3-hydroxyacyl-CoA hydro-lyase) and 2,4-dienoyl-CoA reductase in plants indicated that degradation occurred mainly through the epimerase pathway. We have examined the implication of both pathways in transgenic Arabidopsis expressing the polyhydroxyalkanoate synthase from Pseudomonas aeruginosa in peroxisomes and producing polyhydroxyalkanoate from the 3-hydroxyacyl-CoA intermediates of the beta-oxidation cycle. Analysis of the polyhydroxyalkanoate synthesized in plants grown in media containing cis-10-heptadecenoic or cis-10-pentadecenoic acids revealed a significant contribution of both the reductase-isomerase and epimerase pathways to the degradation of these fatty acids.