Análise in vitro da expressão de genes de resposta a estresse oxidativo e osmótico da bactéria fastidiosa Leifsonia xyli subsp. xyli

Atualmente, o Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar (Saccharum ssp.), no qual o estado de São Paulo é responsável por mais de 50% da produção. Esta cultura é hospedeira de diversos patógenos que podem limitar sua produção, dentre os quais se destaca a bactéria Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), agente causal do raquitismo da soqueira (ratoon stunting disease - RSD). Pouco se sabe sobre a fisiologia deste organismo e quais as estratégias utilizadas por este para colonizar seu hospedeiro. No entanto, sabemos que para infectar e colonizar seus hospedeiros, é necessário que bactérias parasíticas superem estresses de diversas naturezas impostas durante estes processos, como os estresses oxidativo e o osmótico. Neste contexto, os objetivos deste trabalho foram identificar in silico e analisar a expressão in vitro, por qPCR, de genes relacionados a estes dois estresses. Uma análise da sequência do genoma de Lxx identificou 35 genes, sendo 8 relacionados ao estresse oxidativo, 9 relacionados ao estresse osmótico e 11 relacionados a estresse gerais, incluindo um cluster de 6 genes envolvidos na síntese de carotenoides. A expressão destes foi avaliada 60 minutos após exposição a 30mM de H2O2 ou 7% (p/v) de polietilenoglicol 6000 (PEG 6000). Sete genes foram avaliados como normalizadores das reações de qPCR. A quantificação do grau de peroxidação lipídica indicou que ambos os tratamentos resultaram em sensível peroxidação, muito embora o efeito do tratamento com PEG 6000 tenha sido maior do que o tratamento com H2O2. A exposição ao H2O2 aumentou a expressão dos genes katA (catalase), sodA (superóxido dismutase), msrA (Sulfóxido de metionina redutase) e msrB (Sulfóxido de metionina redutase) bem como de todos os genes responsáveis pela síntese de carotenoides. Por outro lado, todos os genes relacionados ao estresse osmótico foram menos expressos na presença deste composto. Já quando a bactéria foi exposta a PEG 6000, o oposto ocorreu, ou seja, os genes relacionados ao estresse osmótico, que são otsA (Trealose-6-fosfato sintase), otsB (Trealose fosfatase), treY (Malto-oligosil trealose sintase), treZ (Malto-oligosil trealose trealoidrolase), treS (Trealose sintase), proX (Proteína de ligamento em substrato, tipo ABC glicina betaína transportadora), proW (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora), proZ (Proteína permease, tipo ABC glicina betaína transportadora) e Naggn (Amidotransferase), além dos genes do cluster carotenoide, foram mais expressos, ao passo que alguns dos genes ligados à resposta ao estresse oxidativo foram menos expressos. Verificou-se também, através de PCR convencional utilizando primers para amplificar as regiões entre os genes carotenoides, que estes são expressos como um RNA policistrônico, constituindo assim um operon. Estes resultados validam predições anteriores baseadas na análise in silico da sequência do genoma de Lxx, confirmando que Lxx possui mecanismos responsivos aos estresses osmótico e oxidativo aos quais é submetida durante o processo de infecção de seu hospedeiro.

Sazonalidade reprodutiva em machos de tartaruga (Kinosternon scorpioides) de vida livre no Nordeste brasileiro evidenciado por imunolocalização de enzimas esteroidogênicas no testículo e epidídimo

No Estado do Maranhão, na região da Baixada Maranhense, presenta na fauna silvestre o réptil Kinosternon scorpioides, um quelônio de água doce popularmente conhecido como jurará e que possui valor social, econômico e ambiental para os ribeirinhos da cidade de São Bento. Este estudo contempla suas características biológicas reprodutivas baseadas em seu ambiente natural, com o intuito de permitir a preservação e o estabelecimento de planos de manejo reprodutivo e de uso sustentável da espécie. Recentemente poucos estudos em todo o mundo tratam sobre os aspectos do ciclo reprodutivo de tartarugas em face das características endócrinas, na América do Sul estudos desse tipo são recentes e escassos, sendo assim este é o primeiro estudo, que se tem conhecimento, que elucida um padrão sazonal reprodutivo da espécie K. scorpioides, associando hormônios gonadais com aspectos comportamentais. Trinta e oito animais adultos tiveram seus órgãos reprodutivos caracterizados para as enzimas esteroidogênicas P450 aromatase, P450c17 e PNADPH redutase através de imunomarcação e blotting, além de índice gonadossomático, morfometria e concentração de testosterona, corticosterona e estradiol pela técnica de radioimunoensaio. As mudanças biométricas, morfometria celular e a esteroidogênese testicular entre os períodos chuvoso e seco sugerem que o estrógeno produzido pelas células de leydig podem afetar a produção e a apoptose de células germinais durante o processo de espermatogênese, e a presença das enzimas P450aromatase e P450c17 em células de leydig acompanhados com a recrudescência testicular também reforça a ideia, de que elas podem desempenhar um papel na quiescência testicular. Esse trabalho evidenciou que as enzimas citocromo P450, citocromo P450c17 e NADPH-citocromo P450-redutase estão presentes no testículo e epidídimo nos diferentes períodos climáticos e podem estar relacionados à síntese de testosterona em tartarugas concordando com os diferentes achados para biometria e espermiogênese nos períodos chuvoso e seco, o que, nos leva a sugerir um estado de quiescência durante o período seco e atividade espermatogênica no período chuvoso, semelhante ao que ocorre com as espécies que apresentam comportamento reprodutivo sazonal

Mechanistic Importance of Redox Potentials and Conformational Flexibility in Electron-Transferring Flavoproteins

The mitochondrial matrix flavoproteins electron transfer flavoprotein (ETF) and electron transfer flavoprotein-ubiquinone oxidoreductase (ETF-QO) are responsible for linking fatty acid β-oxidation with the main mitochondrial respiratory chain. Electrons derived from flavoprotein dehydrogenases are transferred sequentially through ETF and ETF-QO to ubiquinone and then into the respiratory chain via complex III. In this study, the effects of changes in ETF-QO redox potentials on its activity and the conformational flexibility of ETF were investigated. ETF-QO contains one [4Fe-4S]2+,1+ and one flavin adenine dinucleotide (FAD). In the porcine protein, threonine 367 is hydrogen bonded to N1 and O2 of the flavin ring of the FAD. The analogous site in Rhodobacter sphaeroides ETF-QO is asparagine 338. Mutations N338T and N338A were introduced into the R. sphaeroides protein by site-directed mutagenesis to determine the impact of hydrogen bonding at this site on redox potentials and activity. FAD redox potentials were measured by potentiometric titration probed by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The N338T and N338A mutations lowered the midpoint potentials, which resulted in a decrease in the quinone reductase activity and negligible impact on disproportionation of ETF1e- catalyzed by ETF-QO. These observations indicate that the FAD is involved in electron transfer to ubiquinone, but not in electron transfer from ETF to ETF-QO. Therefore it is proposed that the iron-sulfur cluster is the immediate acceptor from ETF. It has been proposed that the αII domain of ETF is mobile, allowing promiscuous interactions with structurally different partners. Double electron-electron resonance (DEER) was used to measure the distance between spin labels at various sites and an enzymatically reduced FAD cofactor in Paracoccus denitrificans ETF. Two or three interspin distance distributions were observed for spin-labels in the αI (A43C) and βIII (A111C) domains, but only one is observed for a label in the βII (A210C) domain. This suggests that the αII domain adopts several stable conformations which may correspond to a closed/inactive conformation and an open/active conformation. An additional mutation, E162A, was introduced to increase the mobility of the αII domain. The E162A mutation doubled the activity compared to wild-type and caused the distance distributions to become wider. The DEER method has the potential to characterize conformational changes in ETF that occur when it interacts with various redox partners.

Disponibilidade de níquel no sistema solo-planta: efeito de doses e saturações por bases

Por se tratar de um elemento essencial às plantas e um metal pesado ao mesmo tempo, o níquel requer atenção quanto aos aspectos da fisiologia de plantas e ambiental. Além disso, existe um intervalo estreito entre as exigências nutricionais e os teores tóxicos às plantas. Neste contexto, objetivou-se avaliar o efeito do Ni no sistema solo-planta, com foco no ciclo do N e a disponibilidade do elemento no solo, por meio de experimento em condições controladas, utilizando vasos distribuídos inteiramente ao acaso, utilizando-se esquema fatorial 2 x 5, com sete repetições cada tratamento. O primeiro fator foi constituído de duas saturações por base (50 e 70%) e o segundo de cinco doses de Ni (0; 0,1; 0,5; 1,0 e 10,0 mg dm-3 de solo). Os vasos foram preenchidos com 8 dm3 de terra e cultivados com soja [Glycine max (L.) Merrill] sucedida por girassol (Helianthus annuus L.). Os parâmetros qualitativos e quantitativos: altura de plantas (AP), diâmetro do caule (DC), número de nós (NN), estádio fenológico (EF), índice SPAD e, diâmetro do capítulo (DCap) (para girassol) foram avaliadas aos 30 e 60 dias após a emergência (d.a.e.) de cada cultivo. Plantas inteiras de soja, amostradas em quatro vasos de cada tratamento, foram coletadas no estádio R1. Na mesma ocasião foram coletadas amostras de solo da rizosfera. Em seguida, as plantas coletadas foram divididas em: folhas; raízes (nódulos na soja) e parte aérea. Foram determinados nas folhas utilizadas para diagnose em soja e girassol: os teores de macro e micronutrientes, as atividades da redutase do nitrato e da urease e as concentrações dos ácidos orgânicos: oxálico, malônico, succínico, málico, tartárico, fumárico, oxaloacético, cítrico e lático. Os mesmos ácidos orgânicos foram determinados em raízes secundárias de girassol e nódulos de soja. Foram realizadas avaliações ultraestruturais por meio de microscopia eletrônica de transmissão (MET) em raízes de girassol, e estruturais e de tonalidade em nódulos de soja, por meio de microscopia de luz. No solo, foram determinadas: atividade urease, desidrogenase, Ni total e fitodisponível pelos métodos: Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA. No período de maturidade fisiológica de cada cultura foi realizada a colheita das plantas dos vasos restantes para determinação de produção de grãos, teores de Ni na planta inteira e Ni e N nos grãos. Ao final dos dois experimentos foi realizada nova coleta de solo para extração sequencial de Ni. O índice SPAD em soja aos 60 d.a.e., a produção de massa seca da parte aérea da soja e da raiz de girassol foram influenciados pela saturação por bases, doses de níquel e pela a interação destes. Foram influenciados pelas saturações por base e doses de níquel (fatores isolados): para soja: AP aos 60 d.a.e., NN aos 30 e 60 d.a.e., SPAD aos 30 d.a.e.; para girassol: AP e NN aos 30 e 60 d.a.e., DC e SPAD aos 30 d.a.e. As demais variáveis avaliadas aos 30 e 60 d.a.e. foram influenciadas apenas pela saturação por bases, ou doses de Ni separadamente. As plantas de soja e girassol apresentaram maiores teores de Ni nos diferentes tecidos avaliados (exceto grãos) quando cultivadas sob V50%. A produção de grãos de soja e girassol não foi influenciada pelos tratamentos, porém o teor de N dos grãos de soja influenciado pelas doses de Ni na V70%. A atividade da enzima urease nas folhas de soja e girassol foi responsiva positivamente ao aumento das doses de Ni. Quatro dos ácidos orgânicos avaliados e o teor de N nas folhas e nos grãos foram maiores nas plantas cultivadas sob V70% com a dose de 0,5 mg dm-3 de Ni. As doses de Ni bem com as saturações por bases influenciaram diretamente o balanço de nutrientes das plantas. Os extratores Mehlich-1, Mehlich-3 e DTPA apresentaram elevado coefienciente de correlação entre a fração de Ni disponível no solo e a concentração do elemento nas plantas de soja e girassol, sendo o extrator DTPA o que apresentou maior coeficiente de correlação. O Ni apresentou distribuição variável entre as diferentes frações do solo em função dos tratamentos. Os solos dos tratamentos com saturação por bases de 70% apresentaram maior concentração de Ni ligado a carbonato, comparado aos tratamentos sob saturação por bases de 50%. A distribuição do Ni entre as frações do solo seguiu a seguinte orgem: ligado a carbonato < trocável < ligado a óxidos < matéria orgânica < residual. A saturação por bases exerceu efeito diferenciado para a atividade da urease no solo em função da cultura avaliada. Por sua vez, o Ni exerceu efeito diferenciado sobre a atividade de desidrogenase em função da cultura estudada

Rotenone induces degeneration of photoreceptors and impairs the dopaminergic system in the rat retina

Rotenone is a widely used pesticide and a potent inhibitor of mitochondrial complex I (NADH-quinone reductase) that elicits the degeneration of dopaminergic neurons and thereby the appearance of a parkinsonian syndrome. Here we have addressed the alterations induced by rotenone at the functional, morphological and molecular levels in the retina, including those involving both dopaminergic and non-dopaminergic retinal neurons. Rotenone-treated rats showed abnormalities in equilibrium, postural instability and involuntary movements. In their outer retina we observed a loss of photoreceptors, and a reduced synaptic connectivity between those remaining and their postsynaptic neurons. A dramatic loss of mitochondria was observed in the inner segments, as well as in the axon terminals of photoreceptors. In the inner retina we observed a decrease in the expression of dopaminergic cell molecular markers, including loss of tyrosine hydroxylase immunoreactivity, associated with a reduction of the dopaminergic plexus and cell bodies. An increase in immunoreactivity of AII amacrine cells for parvalbumin, a Ca2+-scavenging protein, was also detected. These abnormalities were accompanied by a decrease in the amplitude of scotopic and photopic a- and b-waves and an increase in the b-wave implicit time, as well as by a lower amplitude and greater latency in oscillatory potentials. These results indicate that rotenone induces loss of vision by promoting photoreceptor cell death and impairment of the dopaminergic retinal system.

Effects of nitrogen sources on the nitrate assimilation in Haloferax mediterranei: growth kinetics and transcriptomic analysis

The haloarchaeon Haloferax mediterranei is able to grow in a defined culture media not only in the presence of inorganic nitrogen salt but also with amino acid as the sole nitrogen source. Assimilatory nitrate and nitrite reductases, respectively, catalyze the first and second reactions. The genes involved in this process are nasA, which encodes nitrate reductase and is found within the operon nasABC, and nasD, which encodes nitrite reductase. These genes are subjected to transcriptional regulation, being repressed in the presence of ammonium and induced with either nitrate or nitrite. This type of regulation has also been described when the amino acids are used as nitrogen source in the minimal media. Furthermore, it has been observed that the microorganism growth depends on nitrogen source, obtaining the lowest growth rate in the presence of nitrate and aspartate. In this paper, we present the results of a comparative study of microorganism growth and transcriptomic analysis of the operon nasABC and gene nasD in different nitrogen sources. The results are the first ever produced in relation to amino acids as nitrogen sources within the Halobacteriaceae family.

Cu-NirK from Haloferax mediterranei as an example of metalloprotein maturation and exportation via Tat system

The green Cu-NirK from Haloferax mediterranei (Cu-NirK) has been expressed, refolded and retrieved as a trimeric enzyme using an expression method developed for halophilic Archaea. This method utilizes Haloferax volcanii as a halophilic host and an expression vector with a constitutive and strong promoter. The enzymatic activity of recombinant Cu-NirK was detected in both cellular fractions (cytoplasmic fraction and membranes) and in the culture media. The characterization of the enzyme isolated from the cytoplasmic fraction as well as the culture media revealed important differences in the primary structure of both forms indicating that Hfx. mediterranei could carry out a maturation and exportation process within the cell before the protein is exported to the S-layer. Several conserved signals found in Cu-NirK from Hfx. mediterranei sequence indicate that these processes are closely related to the Tat system. Furthermore, the N-terminal sequence of the two Cu-NirK subunits constituting different isoforms revealed that translation of this protein could begin at two different points, identifying two possible start codons. The hypothesis proposed in this work for halophilic Cu-NirK processing and exportation via the Tat system represents the first approximation of this mechanism in the Halobacteriaceae family and in Prokarya in general.

Effect of commercial amino acids on iron nutrition of tomato plants grown under lime-induced iron deficiency

The objective of this work was to study the effect of root and foliar application of two commercial products containing amino acids from plant and animal origin on iron (Fe) nutrition of tomato seedlings cultivated in two nutrient media: lime and normal nutrient solutions. In the foliar-application experiment, each product was sprayed with 0.5 and 0.7 mL L–1 2, 7, 12, and 17 d after transplanting. In the root application experiment, 0.1 and 0.2 mL L–1 of amino acids products were added to the nutrient solutions. In both experiments, untreated control plants were included as well. Foliar and root application of the product containing amino acids from animal origin caused severe plant-growth depression and nonpositive effects on Fe nutrition were found. In contrast, the application of the product from plant origin stimulated plant growth. Furthermore, significantly enhanced root and leaf FeIII-chelate reductase activity, chlorophyll concentration, leaf Fe concentration, and FeII : Fe ratio were found in tomato seedlings treated with the product from plant origin, especially when the amino acids were directly applied to the roots. These effects were more evident in plants developed under lime-induced Fe deficiency. The positive results on Fe uptake may be related to the action of glutamic acid, the most abundant amino acid in the formulation of the product from plant origin.