The Xanthomonas citri effector protein PthA interacts with citrus proteins involved in nuclear transport, protein folding and ubiquitination associated with DNA repair

P>Xanthomonas axonopodis pv. citri utilizes the type III effector protein PthA to modulate host transcription to promote citrus canker. PthA proteins belong to the AvrBs3/PthA family and carry a domain comprising tandem repeats of 34 amino acids that mediates protein-protein and protein-DNA interactions. We show here that variants of PthAs from a single bacterial strain localize to the nucleus of plant cells and form homo- and heterodimers through the association of their repeat regions. We hypothesize that the PthA variants might also interact with distinct host targets. Here, in addition to the interaction with alpha-importin, known to mediate the nuclear import of AvrBs3, we describe new interactions of PthAs with citrus proteins involved in protein folding and K63-linked ubiquitination. PthAs 2 and 3 preferentially interact with a citrus cyclophilin (Cyp) and with TDX, a tetratricopeptide domain-containing thioredoxin. In addition, PthAs 2 and 3, but not 1 and 4, interact with the ubiquitin-conjugating enzyme complex formed by Ubc13 and ubiquitin-conjugating enzyme variant (Uev), required for K63-linked ubiquitination and DNA repair. We show that Cyp, TDX and Uev interact with each other, and that Cyp and Uev localize to the nucleus of plant cells. Furthermore, the citrus Ubc13 and Uev proteins complement the DNA repair phenotype of the yeast Delta ubc13 and Delta mms2/uev1a mutants, strongly indicating that they are also involved in K63-linked ubiquitination and DNA repair. Notably, PthA 2 affects the growth of yeast cells in the presence of a DNA damage agent, suggesting that it inhibits K63-linked ubiquitination required for DNA repair.

Proteomic analysis reveals suppression of bark chitinases and proteinase inhibitors in citrus plants affected by the citrus sudden death disease

Citrus sudden death (CSD) is a disease of unknown etiology that greatly affects sweet oranges grafted on Rangpur lime rootstock, the most important rootstock in Brazilian citriculture. We performed a proteomic analysis to generate information related to this plant pathogen interaction. Protein profiles from healthy, CSD-affected and CSD-tolerant stem barks, were generated using two-dimensional gel electrophoresis. The protein spots were well distributed over a pI range of 3.26 to 9.97 and a molecular weight (MW) range from 7.1 to 120 kDa. The patterns of expressed proteins on 2-DE gels made it possible to distinguish healthy barks from CSD-affected barks. Protein spots with MW around 30 kDa and pI values ranging from 4.5 to 5.2 were down-regulated in the CSD-affected rootstock bark. This set of protein spots was identified as chitinases. Another set of proteins, ranging in pI from 6.1 to 9.6 with an MW of about 20 kDa, were also suppressed in CSD-affected rootstock bark; these were identified as miraculin-like proteins, potential trypsin inhibitors. Downregulation of chitinases and proteinase inhibitors in CSD-affected plants is relevant since chitinases are well-known pathogenesis-related protein, and their activity against plant pathogens is largely accepted.

Nuclear magnetic resonance characterization of metabolite disorder in orange trees caused by citrus sudden death disease

Citrus sudden death (CSD) is a new disease of sweet orange and mandarin trees grafted on Rangpur lime and Citrus volkameriana rootstocks. It was first seen in Brazil in 1999, and has since been detected in more than four million trees. The CSD causal agent is unknown and the current hypothesis involves a virus similar to Citrus tristeza virus or a new virus named Citrus sudden death-associated virus. CSD symptoms include generalized foliar discoloration, defoliation and root death, and, in most cases, it can cause tree death. One of the unique characteristics of CSD disease is the presence of a yellow stain in the rootstock bark near the bud union. This region also undergoes profound anatomical changes. In this study, we analyse the metabolic disorder caused by CSD in the bark of sweet orange grafted on Rangpur lime by nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging. The imaging results show the presence of a large amount of non-functional phloem in the rootstock bark of affected plants. The spectroscopic analysis shows a high content of triacylglyceride and sucrose, which may be related to phloem blockage close to the bud union. We also propose that, without knowing the causal CSD agent, the determination of oil content in rootstock bark by low-resolution NMR can be used as a complementary method for CSD diagnosis, screening about 300 samples per hour.

Immobilized enzyme technology for debittering citrus fruit juices

There has been increased interest in the use of immobilized enzymes in fruit juice industry for debittering of citrus fruit juices due to their high efficiency to remove bitter flavonoids. The structure of naringin, responsible for immediate bitterness, and of limonin, responsible for "delayed bitterness" has been discussed. This chapter also discusses various attempts that have been made to immobilize enzymes on an appropriate support so as to enable their use in debittering of citrus fruit juices. These include physicochemical and enzyme biotechnological approaches which makes the fruit juice more acceptable and cost effective to the consumer. Despite of high volume of production of citrus fruits and fruit juices, suitable processes to produce non-bitter citrus juice by immobilized enzymes technology has not yet commercialized globally.

Citrus peel influences the production of an extracellular naringinase by Staphylococcus xylosus MAK2 in a stirred tank reactor

Staphylococcus xylosus MAK2, Gram-positive coccus, a nonpathogenic member of the coagulase-negative Staphylococcus family was isolated from soil and used to produce naringinase in a stirred tank reactor. An initial medium at pH 5.5 and a cultivation temperature of 30°C was found to be optimal for enzyme production. The addition of Ca⁺² caused stimulation of enzyme activity. The effect of various physico-chemical parameters, such as pH, temperature, agitation, and inducer concentration was studied. The enzyme production was enhanced by the addition of citrus peel powder (CPP) in the optimized medium. A twofold increase in naringinase production was achieved using different technological combinations. The process optimization using technological combinations allowed rapid optimization of large number of variables, which significantly improved enzyme production in a 5-l reactor in 34 h. An increase in sugar concentration (15 gl^-1) in the fermentation medium further increased naringinase production (8.9 IUml^-1) in the bioreactor. Thus, availability of naringinase renders it attractive for potential biotechnological applications in citrus processing industry.

Molecular characterization and enzymatic hydrolysis of flavanoid extracted from citrus waste

The citrus fruit processing industry generates substantial quantities of waste rich in phenolic substances, which is a valuable natural source of polyphenols (flavonoids) such as naringin and its disposal is becoming a major problem. In the US alone, the juice processing of oranges and grapefruit generates over 5 Mt of citrus waste every year. In the case of India, about 2.15 Mt of citrus peel out of 6.28 Mt of citrus fruits are produced yearly from citrus juice processing. In case of Australia, about 15-40% of citrus peel waste is generated by processing of citrus fruit (0.85 Mt). Thus Isolation of functional compounds (mostly flavanoids) and their further processing can be of interest to the food and pharmaceutical industry. This peel is rich in naringin and may be used for rhamnose production by utilizing α-L-rhamnosidase (EC 3.2.1.40), an enzyme that catalyzes the cleavage of terminal rhamnosyl groups from naringin to yield prunin and rhamnose. We recently purified recombinant α-L-rhamnosidase from E. coli cells using immobilized metal-chelate affinity chromatography (IMAC) and used it for naringin hydrolysis. The purified enzyme established hydrolysis of naringin extracted from citrus peel and thus endorses its industrial applicability for producing rhamnose. Infrared (IR) spectroscopy confirmed molecular characteristics of naringin extracted from citrus peel waste.

Hydrolysis of citrus peel waste with recombinant rhamnosidase for bioenergy generation

Large amounts of Citrus peel (rich in poly-phenolic compounds) are generated as a by-product of the juice processing industry. Development of alternative, higher valued products utilizing peel waste from grapefruit, oranges, Valencia and other citrus fruit would benefit citrus juice processors by providing them with means to profitably process their peel waste and to avoid environmentally hazardous dumping. Citrus peel waste [CPW, comprised of peel, membranes and juice vesicles] contains a high level of polyphenols and has been used for the production of animal feed, single-cell protein, fibre, enzyme(s), immobilization support & bio-sorbent for heavy metal removal. Naringin (a major tri-hydroxy flavonoid glycoside) is available in large amounts in citrus peel, processed juice and can be extracted from citrus peel waste1. The extracted naringin is further hydrolysed by rhamnosidase to produce D-rhamnose for the production of ethanol and other fermentation products. We have produced a recombinant enzyme2 that has the ability to catalyse the cleavage of terminal rhamnoside groups from naringin to prunin and rhamnose. We have recovered important sugar “D-rhamnose” from the processed waste which would be utilized for ethanol production3. This presentation will summarize current efforts to develop an enzymatic treatment which would facilitate the economical processing of citrus waste for bioenergy generation.

Poda, raleio de frutos e uso de fitorreguladores em tangerineiras (Citrus deliciosa Tenore) cv. Montenegrina

Com o propósito de estudar a poda, o raleio de frutos e o uso de fitorreguladores para quebrar a alternância de produção e melhorar a qualidade físico-química dos frutos de tangerineiras ‘Montenegrina’ (Citrus deliciosa Tenore), enxertadas sobre laranjeira ‘Caipira’, em um pomar comercial de 6 anos, situado no município de Butiá-RS, realizouse dois experimentos. No primeiro, foram testados os seguintes tratamentos: A) Testemunha com planta de carga excessiva; B) Testemunha com plantas sem carga; C) Raleio manual de 66% dos frutos de plantas com carga excessiva; D) Pulverização de plantas excessivamente carregadas com 200 mg.L-1 de etefon; E) Poda de plantas excessivamente carregadas; F) Idem “E” + raleio manual de 33 % dos frutos; G) Idem “E” + pulverização com 50 mg.L-1 de 2,4-DP; H) Poda de plantas em alternância de produção (sem carga); I) Idem “H” + pulverização com 15 mg.L-1 de AG3. No outro experimento, testou-se o efeito de pulverizações de etefon nas concentrações de 200, 300, 400 mg.L-1 e Testemunha. Avaliou-se o número de frutos retidos e seu crescimento; número, massa e massa média dos frutos produzidos; qualidade química dos frutos; classificação dos frutos em primeira, segunda e terceira categoria; diâmetro e cor dos frutos e teor de substâncias de reservas das raízes. Verificou-se que a poda melhora a qualidade dos frutos, diminui o consumo de substâncias de reservas pela planta e reduz a produção de frutos de má qualidade e a alternância de produção. O raleio de 66% dos frutos de plantas excessivamente carregadas diminui a produção de frutos de má qualidade, mas é insuficiente para quebrar a alternância de produção, que só é conseguida associando-se a poda com o raleio manual de 33% dos frutos. O etefon só exerce efeito de raleio de frutos em pulverizações com concentrações superiores a 200 mg.L-1, porém eventuais benefícios são neutralizados pela ação fitotóxica revelada pelo amarelecimento e abscisão foliar. Na concentração de 10 mg.L-1, o AG3 não inibe diferenciação de gemas florais e a concentração de 50 mg.L-1 2,4-DP não aumenta o tamanho dos frutos.

Aspectos bioecológicos das fases imaturas de Phyllocnistis citrella Stainton (Lepidoptera : Gracillariidae),em pomares de Citrus sinenses Var. Valência sob dois sistemas de cultivo

A variação sazonal, sua relação com fatores bióticos e abióticos e a distribuição de duas populações do minador-dos-citros, Phyllocnistis citrella Stainton (Lepidoptera: Gracillariidae), foram estudadas, em pomares de Citrus sinensis var. Valência, mantidos um sob sistema de cultivo orgânico e outro sob sistema convencional, ambos localizados no município de Montenegro (29° 68’S e 51° 46’W), Rio Grande do Sul. Realizaram-se amostragens quinzenais, coletando-se de 27 plantas aleatoriamente escolhidas em cada pomar o broto mais apical. Posteriormente os brotos eram analisados em laboratório para registro da presença de minas, ovos, lagartas e pupas de P. citrella. A proporção de dano foi maior no pomar orgânico, em relação ao pomar convencional. O minador ocorreu nos pomares no período correspondente às brotações de verão e de outono, não havendo ataque nas brotações correspondentes ao final do inverno-início da primavera, apesar da disponibilidade de recursos (folhas novas). Assim, verificou-se que não apenas a existência de recursos, mas também a ocorrência de condições climáticas favoráveis afetam o tamanho e a flutuação da população de P. citrella. Dentre os fatores bióticos que exercem influência sobre a variação sazonal do minador, foi identificada a ação de parasitóides e predadores Verificou-se também forte correlação entre mortalidade sem causa definida e o comprimento das folhas. Dos fatores abióticos analisados, a temperatura máxima foi o mais correlacionado com as taxas da mortalidade sem causa definida observadas em ambos os pomares. A distribuição de ovos e lagartas (incluindo pupas) foi agregada em ambos os pomares, nos níveis de folhas e brotos. Ovos tenderam a ocorrer em folhas de comprimento menor que lagartas e estas por sua vez, em folhas menores do que pupas. A proporção de ovos ocorrentes na face adaxial foi maior que a de lagartas e pupas, indicando maior mortalidade nesta parte da folha.

Caracterização morfológica, citogenética e molecular de uma população de tangerineiras híbridas de 'Clementina fina' (Citrus clementina Hort. ex Tan.) e 'Montenegrina' (Citrus deliciosa Ten.)

A produção citrícola se encontra dispersa por todos os continentes e no Brasil, os citros são a produção frutícola de maior volume de produção. A produção de citros de mesa, como as tangerinas, possibilita ao produtor obter maior valor pelo seu produto. O mercado consumidor é ávido por novas variedades e para tanto, um programa de melhoramento deve estar sempre em busca de genótipos que atendam ao mercado consumidor, bem como a cadeia produtiva. Na Estação Experimental Agronômica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, está localizada uma população de tangerineiras híbridas oriundas do cruzamento da tangerineira ‘Clementina Fina’ (Citrus clementina Hort. ex Tan.) e ‘Montenegrina’ (Citrus deliciosa Ten.) a qual foi caracterizada neste estudo, avaliando-se características morfológicas de acordo com os descritores propostos pelo International Board for Plant Genetic Resources, além da identificação da época de maturação, viabilidade de pólen, número cromossômico e caracterização molecular, utilizando marcadores do tipo microssatélites. Através da análise morfológica foi possível distinguir todas as 96 plantas avaliadas, porém não foi possível agrupar a F1 em grupos distintos de cada um dos genitores. A época de maturação de frutos das plantas se concentra entre a primeira quinzena de abril até a primeira quinzena de agosto. Todas as plantas analisadas apresentaram um alto grau de viabilidade de pólen, variando entre 79,04 e 98,08 %. Todas as plantas avaliadas são diplóides com um número cromossômico de 2n=18. Utilizando 12 pares de primers de microssatélites foi possível diferenciar 90 acessos do estudo, e agrupar a F1 em indivíduos mais próximos do genitor feminino e do genitor masculino. O PIC (Conteúdo de Informação de Polimorfismo) dos primers variou de 0,27 a 0,65. Não foi possível estabelecer uma relação entre a caracterização utilizando marcadores morfológicos e a caracterização utilizando marcadores moleculares.

Monitoramento de Anastrepha spp. (Diptera: Tephritidae) e identificação de seus parasitóides em Citrus sinensis Var. Céu, sob manejo orgânico, em Maratá, RS

A citricultura no Rio Grande do Sul tem sua produção limitada devido a doenças e pragas. Entre as pragas estão as moscas-das-frutas do gênero Anastrepha. As fêmeas ovipositam nos frutos e, após a eclosão, as larvas consomem a polpa, depreciando e causando a queda destes. Atualmente, tem-se procurado viabilizar o controle biológico das populações de moscas-das-frutas, principalmente com a utilização de himenópteros parasitóides. No Rio Grande do Sul não existem registros de espécies de parasitóides associados à Anastrepha spp. em pomares de citros. Assim, o objetivo deste trabalho foi o de conhecer e identificar estas espécies de parasitóides e registrar a flutuação de Anastrepha spp. durante o período de desenvolvimento dos frutos em um pomar de Citrus sinensis var. Céu sob o manejo orgânico localizado no município de Maratá, RS. Para isto, entre 21 de janeiro e 20 de maio de 2003, foram coletados frutos da copa e caídos no solo, bem como capturados adultos de Anastrepha spp., com armadilhas McPhail, em intervalos semanais. Em condição de laboratório, os frutos da copa e do solo foram colocados em potes plásticos e caixas de papelão, respectivamente, sobre uma camada de areia. Semanalmente, a areia era peneirada e os pupários obtidos, colocados em placas de Petri. Obtiveram-se cinco espécies de parasitóides pertencentes a três famílias, Braconidae, Diapriidae e Pteromalidae. O índice de parasitismo total foi de 6,23% e o braconídeo Doryctobracon areolatus foi mais freqüente (38,70%). Observaram-se dois patamares no número médio de adultos de Anastrepha spp. capturados. A viabilidade pupal foi 37,01%, enquanto que a razão sexual das moscas-das-frutas obtidas nas armadilhas foi de 0,53.