Compatibility of Beauveria bassiana commercial isolate with botanical insecticides utilized in organic crops in southern Brazil

Products based on botanical insecticides and entomopathogenic fungi have been widely used in organic farming, especially in southern Brazil. Thus, this study investigated, in vitro, the effect of aqueous extracts and commercial formulations of plants with insecticidal activity on Beauveria bassiana. The treatments comprised the botanical insecticides Neempro (azadiractin +3-tigloylazadirachtol), at the concentrations of 0.25, 0.5, 0.75, and 1.0% (v/v), and DalNeem (neem oil emulsifiable), at 0.5, 1.0, 1.5, and 2.0% (v/v) (both commercial formulations of Azadirachta indica (neem)), and the aqueous extracts, at the concentrations of 2.5, 5.0, 7.5, and 10.0% (w/v), of neem seeds, tobacco powder (Nicotiana tabacum), and catigua leaves (Trichilia clausenii). In potato, dextrose, and agar culture medium, the effects of each product on the mycelial growth and the production and viability of conidia of B. bassiana were estimated. According to the adopted compatibility index, the aqueous extracts of neem seeds and leaves catigua, depending on the concentration used, and the botanical insecticide Neempro, were classified as compatible with the entomopathogen, becoming important alternatives to integrate programmes of integrated pest management, especially in organic farming systems.

Germline-Specific MATH-BTB Substrate Adaptor MAB1 Regulates Spindle Length and Nuclei Identity in Maize

Germline and early embryo development constitute ideal model systems to study the establishment of polarity, cell identity, and asymmetric cell divisions (ACDs) in plants. We describe here the function of the MATH-BTB domain protein MAB1 that is exclusively expressed in the germ lineages and the zygote of maize (Zea mays). mab1 (RNA interference [RNAi]) mutant plants display chromosome segregation defects and short spindles during meiosis that cause insufficient separation and migration of nuclei. After the meiosis-to-mitosis transition, two attached nuclei of similar identity are formed in mab1 (RNAi) mutants leading to an arrest of further germline development. Transient expression studies of MAB1 in tobacco (Nicotiana tabacum) Bright Yellow-2 cells revealed a cell cycle-dependent nuclear localization pattern but no direct colocalization with the spindle apparatus. MAB1 is able to form homodimers and interacts with the E3 ubiquitin ligase component Cullin 3a (CUL3a) in the cytoplasm, likely as a substrate-specific adapter protein. The microtubule-severing subunit p60 of katanin was identified as a candidate substrate for MAB1, suggesting that MAB1 resembles the animal key ACD regulator Maternal Effect Lethal 26 (MEL-26). In summary, our findings provide further evidence for the importance of posttranslational regulation for asymmetric divisions and germline progression in plants and identified an unstable key protein that seems to be involved in regulating the stability of a spindle apparatus regulator(s).

Nukleation pflanzlicher Mikrotubuli: Expression relevanter Gene

Die wichtigsten Bestandteile des Cytoskeletts in pflanzlichen Zellen sind die Actinfilamente und die Mikrotubuli. Die Mikrotubuli spielen in der Organisation und der Morphogenese von pflanzlichen Zellen eine wichtige Rolle. Sie sind zusammen mit den Cellulosefibrillen an der Formgebung der Pflanzenzelle beteiligt. Sie bilden das Präprophaseband, das die Zellteilungsebene bestimmt und die Mitosespindel, die für die Trennung der Chromosomen sorgt, sowie den Phragmoplasten, der die Zellwand zwischen den Tochterzellen bildet. Weiterhin geben die Mikrotubuli durch Interaktion mit den Cellulose-Synthase-Komplexen die Richtung der Zellexpansion vor (GRANGER und CYR, 2001; LLOYD und CHAN, 2002; BASKIN, 2002). Die Mikrotubuli sind auch an der Stabilisierung der Zellform und an Transportprozessen beteiligt. Als Bestandteil der Mikrotubuli-organisierenden Zentren (MTOCs) wurde das γ-Tubulin identifiziert, das sehr wahrscheinlich an der Nukleation der Mikrotubuli beteiligt ist, indem es die Assemblierung der αβ-Tubulindimere zu Mikrotubuli einleitet. In tierischen Zellen ist durch intensive Forschung inzwischen relativ viel über die Funktion von γ-Tubulin, vor allem im Verlauf der Zellteilung bekannt, wie z. B. die Lokalisation in Centrosomen mit ihren paarweise angeordneten Centriolen, die die MTOCs darstellen. In pflanzlichen Zellen sind bisher nur wenige Funktionen des Proteins hinreichend geklärt. Die höheren Pflanzen besitzen keine Centriolen und keine Centrosomen. Über die Zellteilung hinaus gibt es kaum Anhaltspunkte über das Vorhandensein oder eventuelle Aufgaben von γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellkulturen und Pflanzengeweben. In dieser Arbeit wurde die Expression über PCR und die Messung des Proteingehalts von cytoskelett-relevanten Proteinen in den Entwicklungsstadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und von Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) von Nicotiana tabacum gemessen. Primäres Ziel war es eine Aussage zu erhalten, in welchem Ausmaß γ-Tubulin in expandierenden und voll expandierten Zellen noch exprimiert wird und ob bzw. wie eine Regulation (transkriptionell oder posttranskriptionell) des γ-Tubulins in der Pflanze stattfindet. Für den Nachweis des γ-Tubulins auf der Proteinebene wurde ein pflanzenspezifischer γ-Tubulin Antikörper zu entwickelt. Bei diesem Antikörper handelte es sich um einen polyklonalen Antikörper, der spezifisch gegen eine Sequenz in pflanzlichem γ-Tubulin gerichtet ist. Dabei zeigte der in der Arbeit entwickelte Antikörper gegen die pflanzliche JOSHI-Domäne spezifische Signale. Der erfolgte Nachweis von γ-Tubulin auf der Proteinebene und der Transkripte zeigte bis in die ältesten untersuchten Stadien der Zellsuspensionskultur (BY-2) und in Geweben der Blattstadien der Tabakpflanze (SR1) deutliche Signale für γ-Tubulin. Es war somit nicht nur in meristematisch aktiven Zellen und Geweben von Nicotiana tabacum, sondern auch in nichtmitotischen Zellen und Geweben vorhanden. Hierbei war über die Phasen der Zellteilung und der Zellformgebung hinweg auf beiden Ebenen eine parallele Entwicklung mit relativ konstanten starken Signalen zu beobachten. Nach dem Einstellen der Teilungsaktivität fiel der Gehalt an mRNA deutlich ab. Dabei nahm die Konzentration des Proteins im Vergleich zur mRNA zeitlich verzögert ab. Diese Ergebnisse bei der Zellsuspensionskultur (BY-2) und Tabakpflanze (SR1) gehen mit der möglichen Nukleationstätigkeit des Proteins konform. Es waren geringere aber doch deutlichen Signale bei Absterbenden Zellen der Zellkultur, bzw. bei expandierenden und voll expandierten und seneszenten Blättern der Tabakpflanze (SR1) nachzuweisen. Dies lässt die Folgerung zu, dass die nachgewiesene mRNA von γ-Tubulin nicht posttranskriptionell reguliert wird, sondern dass das γ-Tubulin auch eine wichtige Rolle außerhalb der Zellteilung in den postmitotischen Stadien, z. B. als organisierender Faktor bei der Umgestaltung oder Stabilisierung des Mikrotubuli-Cytoskeletts, spielt. Der γ-Tubulin-Gehalt in den Geweben der SR1-Pflanze zeigte über die Zellkultur hinaus, dass die Expression von α-Tubulin nach Einstellen der Teilungsaktivität kontinuierlich abnimmt. Dieses Ergebnis legt die Vermutung nahe, dass γ-Tubulin in älteren Blattgeweben zusätzliche Aufgaben übernehmen könnte, die nicht auf eine gleichzeitige Expression von α-Tubulin angewiesen sind. So kann beispielsweise eine Beteiligung von γ-Tubulin an der Stabilisierung der Mikrotubuli, und damit einhergehend eine Abnahme der dynamischen Instabilität dieser Filamente, eine denkbare Funktion des Proteins in expandierendem und voll expandiertem Gewebe sein. Die Aufgaben von γ-Tubulin in sehr altem Gewebe mit deutlichen Anzeichen der Seneszenz können allerdings nach dem derzeitigen Stand der Forschung nicht eindeutig beantwortet werden und bedürfen weitergehenden Untersuchungen, da dadurch ein die Komplexität und die Dynamik des pflanzlichen Cytoskeletts geklärt werden kann.

Charakterisierung spezieller pflanzlicher Gamma-Tubulin-Sequenzbereiche und Detektion potentieller Interaktionspartner mittels Yeast-two-Hybrid-System

Mitotische und postmitotische Vorgänge pflanzlicher Zellen basieren auf der Funktion von Mikrotubuli. Es liegen nur wenige gesicherte Erkenntnisse zur Organisation dieser Multifunktionalität vor. Eine zentrale Bedeutung wird bei der Nukleation der Mikrotubuli an MTOCs durch γ-Tubulin zugeschrieben. Deren Zusammenlagerung an MTOCs ist jedoch noch nicht richtig verstanden. Domänen, die an der Proteinoberfläche exponiert werden, könnten in Interaktionen involviert sein. Hier werden im Besonderen der γ-A und γ-B-Peptivmotiv diskutiert. Es wurde das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv des γ-Tubulins hinsichtlich einer Konservierung innerhalb des Pflanzenreiches untersucht. Die beiden Bereiche sind bei den grünen Landpflanzen stark konserviert. Sie divergieren stark zu den einzelligen Grünalgen Chlamydomonas reinhardtii und Chlorella spec. Es wurden daher in der bestehenden phylogentischen Lücke weitere Organismen hinsichtlich des γ-A und γ-B Peptidmotivs untersucht. Auswahlkriterien der Organismen waren Ein-/Mehrzelligkeit, Besitz/Abwesenheit von Centriolen und Besitz/Abwesenheit von Geißeln. Des weiteren wurde mit verschiedenen γ-Tubulin-Konstrukten um das γ-A- und γ-B-Peptidmotiv, gewonnen aus Nicotiana tabacum (BY2) mittels Y2H-System nach Interaktionspartnern gesucht. Bei den Sequenzuntersuchungen des γ-A- und γ-B-Peptidmotivs konnte festgestellt werden, dass die Konservierung innerhalb der Streptophytenlinie erfolgt. Interessant erweist sich die Tatsache, dass dieses Motiv bei den Jochalgen, welche ebenfalls den Streptophyten angehören, nur im γ-A-Peptidmotiv auftritt. Es besteht die Möglichkeit, dass die beiden potentiellen Interaktionspartner verschiedene Proteine als Interaktions-partner besitzen. Durch eine Anwendung eines auf dem GAL4-Protein basierenden Y2H-Systems mit vier unterschiedlichen Konstrukten des γ-Tubulin-A/B-Peptidbereichs als Köder-konstrukt und einer cDNA-Bibliothek als Beutekonstrukt, wurden diverse Sequenzen identifiziert. Identifiziert wurden das Poly(A)-Bindeprotein, Glycerin-aldehyd-3-phosphatdehydrogenase, die S-adenosyl-L-methionine-Synthetase, diverse Proteasom-Untereinheiten, eine sekretorische Peroxidase, eine Ascorbat-Peroxidase, die NtPOX1-Peroxidase und verschiedene Peroxidasen aus Nicotiana tabacum, Sequenzen des Chloroplastengenoms, ein Myosin-ähnliches Protein und eine Sequenz auf dem 5. Chromosom des Medicago truncatula-Klons mth2-16f8 und diverse humane Sequenzen der Proteine DKFZp68 und DKFZp77. Die Ergebnisse weisen auf eine komplexe Funktionsweise der unterschiedlichen Komponenten des pflanzlichen Cytoskeletts und des γ-Tubulins hin. Zur Aufklärung müsste dies in Zukunft mittels anderer genetischer, biochemischer oder funktioneller Methoden untersucht werden. Hypothesen über Interaktionen der Cytoskelettkomponenten können wahrscheinlich nicht allein durch die Anwendung des Y2H-Systems aufgeklärt werden.

Charakterisierung einer pflanzlichen Variante des Cytoskelettproteins gamma-Tubulin durch Strukturmodellierung, Überexpression und Analyse der Interaktionspartner

Wie alle Eukaryoten besitzen auch höhere Pflanzen ein mikrotubuläres Cytoskelett. Einige Funktionen dieses Cytoskeletts sind relativ stark konserviert, andere dagegen scheinen sehr pflanzenspezifisch zu sein. Dies betrifft insbesondere charakteristische mikrotubuläre Netzwerke, die bei der Neubildung und der Verstärkung der Zellwände wichtige Rollen übernehmen. Wie der Aufbau dieser Netzwerke kontrolliert wird, ist bisher relativ unklar. Typische Mikrotubuli organisierende Zentren (MTOC), insbesondere Centrosomen oder Spindelpolkörper, sind bei höheren Pflanzen nicht beobachtet worden. Von pilzlichen und tierischen Organismen weiß man, dass gamma-Tubulin (gTUB) mit seinen assoziierten Proteinen in den MTOC bei der Nukleation von Mikrotubuli eine Schlüsselfunktion hat. Dieses Mitglied der Tubulin-Superfamilie wird aber auch in Pflanzen gefunden, dessen genaue Funktion bisher unbekannt ist. Zu Beginn der Arbeit wurden mittels in silico Berechnungen Strukturmodelle des pflanzlichen gTUBs aus Nicotiana tabacum erarbeitet, da die Struktur, die zu einem Verständnis der pflanzlichen Wachstumsregulation beitragen könnte, bisher unbekannt ist. Auf Grundlage der bioinformatischen Daten konnte für weitere Studien eine notwendige gTUB-Deletionsmutante entwickelt werden. Für Röntgendiffraktionsstudien und gTUB-Interaktionspartneranalysen war die Verfügbarkeit verhältnismäßig großer Proteinmengen notwendig. Die Expression der gTUB-Volllängensequenz in gelöster und aktiver Form stellte einen immanent wichtigen Zwischenschritt dar. Das Escherichia coli T7/lacO-Expressionssystem lieferte, trotz vielversprechender Erfolge in der Vergangenheit, kein gelöstes rekombinantes gTUB. So wurden zwar verhältnismäßig hohe Expressionsraten erzielt, aber das rekombinante gTUB lag quantitativ als Inclusion bodies vor. Eine Variationen der Expressionsparameter sowie umfangreiche Versuche mittels verschiedenster Konstrukte sowie potentiell die Löslichkeit erhöhenden Tags gTUB in gelöster Form in E. coli zu exprimieren blieben erfolglos. Eine Denaturierung der Inclusion bodies und Rückfaltung wurde aufgrund der wohl bei der Tubulinfaltung notwendigen komplexeren Chaperone sowie thermodynamischer Überlegungen ausgeschlossen. Die höher evolvierte Chaperonausstattung war ein Hauptgrund für die Verwendung der eukaryotischen Hefe-Expressionssysteme K. lactis und des S. cerevisiae-Stammes FGY217 zur gTUB-Expression. So konnten nach der Selektion nur transgene Hefe-Zellen dokumentiert werden, die die gTUB-Expressionskassette nachweislich an der vorgesehenen Zielposition in ihrem Genom integrierten, aber keine dokumentierbare Expression zeigten. Die wahrscheinlichste Begründung hierfür ist, dass ein erhöhter intrazellulärer gTUB-Titer mit dem Zellwachstum und der Zellteilung dieser eukaryotischen Organismen interferierte und durch Rückkopplungen die rekombinante gTUB-CDS aus N. tabacum ausgeschaltet wurde. Der Versuch einer transienten gTUB-Überexpression in differenzierten Blattgeweben höherer Pflanzen war eine logische Konsequenz aus den vorherigen Ergebnissen und lieferte, wenn auch nicht die für eine Proteinkristallisation notwendigen Mengen, gelöstes gTUB. Bestrebungen einer stabilen Transfektion von A. thaliana oder BY-2-Zellkulturen mit einer gTUB-CDS lieferten keine transgenen Organismen, was starke Interferenzen der rekombinanten gTUB-CDS in den Zellen vermuten lies. Transfektionsversuche mit nur GFP tragenden Konstrukten ergaben hingegen eine hohe Anzahl an transgenen Organismen, die auch verhältnismäßig starke Expressionsraten zeigten. Die erzielten Proteinmengen bei der transienten gTUB-Überexpression in N. benthamiana Blattgeweben, in Co-Expression mit dem Posttransriptional Gene Silencing-Suppressorprotein p19, waren für einen Pull-Down sowie eine massenspektroskopische Analyse der Interaktionspartner ausreichend und ergaben Befunde. Eine abschließende Auswertung des erarbeiteten massenspektroskopischen Datensatzes wird jedoch erst dann möglich sein, wenn das Tabak-Proteom vollständig sequenziert ist. Die Erweiterung der bestehenden pflanzlichen Vergleichsdatenbanken um das bisher bekannte Tabak-Proteom vervielfachte die Anzahl der in dieser Studie identifizierten gTUB-Interaktionspartner. Interaktionen mit dem TCP1-Chaperon untermauern die Hypothese der zur Faltung pflanzlichen gTUBs notwendigen Chaperone. Beobachtete gTUB-Degradationsmuster in Verbindung mit Interaktionen des 26S-Proteasoms deuten auf eine Gegenregulationen bei erhöhtem gTUB-Titer auf Proteinebene hin. Da Blattgewebe selbst nur noch über eine sehr geringe und inhomogene Teilungsaktivität verfügen ist diese Regulation hoch spannend. Auch konnte durch Co-Expression des PTGS-Suppressorproteins p19 gezeigt werden, dass bei der gTUB-Expression eine Regulation auf RNA-Ebene erfolgt.

The AtProT family. Compatible solute transporters with similar substrate specificity but differential expression patterns

Proline transporters (ProTs) mediate transport of the compatible solutes Pro, glycine betaine, and the stress-induced compound gamma-aminobutyric acid. A new member of this gene family, AtProT3, was isolated from Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), and its properties were compared to AtProT1 and AtProT2. Transient expression of fusions of AtProT and the green fluorescent protein in tobacco (Nicotiana tabacum) protoplasts revealed that all three AtProTs were localized at the plasma membrane. Expression in a yeast (Saccharomyces cerevisiae) mutant demonstrated that the affinity of all three AtProTs was highest for glycine betaine (K-m = 0.1-0.3 mM), lower for Pro (K-m = 0.4-1 mM), and lowest for gamma-aminobutyric acid (K-m = 4-5 mM). Relative quantification of the mRNA level using real-time PCR and analyses of transgenic plants expressing the beta-glucuronidase (uidA) gene under control of individual AtProT promoters showed that the expression pattern of AtProTs are complementary. AtProT1 expression was found in the phloem or phloem parenchyma cells throughout the whole plant, indicative of a role in long-distance transport of compatible solutes. beta-Glucuronidase activity under the control of the AtProT2 promoter was restricted to the epidermis and the cortex cells in roots, whereas in leaves, staining could be demonstrated only after wounding. In contrast, AtProT3 expression was restricted to the above-ground parts of the plant and could be localized to the epidermal cells in leaves. These results showed that, although intracellular localization, substrate specificity, and affinity are very similar, the transporters fulfill different roles in planta.

Measuring the mechanical properties of plant cells by combining micro-indentation with osmotic treatments

Growth in plants results from the interaction between genetic and signalling networks and the mechanical properties of cells and tissues. There has been a recent resurgence in research directed at understanding the mechanical aspects of growth, and their feedback on genetic regulation. This has been driven in part by the development of new micro-indentation techniques to measure the mechanical properties of plant cells in vivo. However, the interpretation of indentation experiments remains a challenge, since the force measures results from a combination of turgor pressure, cell wall stiffness, and cell and indenter geometry. In order to interpret the measurements, an accurate mechanical model of the experiment is required. Here, we used a plant cell system with a simple geometry, Nicotiana tabacum Bright Yellow-2 (BY-2) cells, to examine the sensitivity of micro-indentation to a variety of mechanical and experimental parameters. Using a finite-element mechanical model, we found that, for indentations of a few microns on turgid cells, the measurements were mostly sensitive to turgor pressure and the radius of the cell, and not to the exact indenter shape or elastic properties of the cell wall. By complementing indentation experiments with osmotic experiments to measure the elastic strain in turgid cells, we could fit the model to both turgor pressure and cell wall elasticity. This allowed us to interpret apparent stiffness values in terms of meaningful physical parameters that are relevant for morphogenesis.

Enhanced Cold Tolerance in Transgenic Tobacco Expressing a Chloroplast Omega-3 Fatty Acid Desaturase Gene under the Control of a Cold-inducible Promoter

A new cold-inducible genetic construct was cloned using a chloroplast-specific omega-3-fatty acid desaturase gene (FAD7) under the control of a cold-inducible promoter (cor15a) from Arabidopsis thaliana. RT-PCR confirmed a marked increase in FAD7 expression, in young Nicotiana tabacum (cv. Havana) plants harboring cor15a-FAD7, after a short-term exposure to cold. When young, cold-induced tobacco seedlings were exposed to low-temperature (0.5, 2 or 3.5 degrees C) for up to 44 days, survival within independent cor15a-FAD7 transgenic lines (40.2-96%) was far superior to the wild type (6.7-10.2%). In addition, the major trienoic fatty acid species remained stable in cold-induced cor15a-FAD7 N. tabacum plants under prolonged cold storage while the levels of hexadecatrienoic acid (16:3) and octadecatrienoic acid (18:3) declined in wild type plants under the same conditions (79 and 20.7% respectively). Electron microscopy showed that chloroplast membrane ultrastructure in cor15a-FAD7 transgenic plants was unaffected by prolonged exposure to cold temperatures. In contrast, wild type plants experienced a loss of granal stacking and disorganization of the thylakoid membrane under the same conditions. Changes in membrane integrity coincided with a precipitous decline in leaf chlorophyll concentration and low survival rates in wild type plants. Cold-induced double transgenic N. alata (cv. Domino Mix) plants, harboring both the cor15a-FAD7 cold-tolerance gene and a cor15a-IPT dark-tolerance gene, exhibited dramatically higher survival rates (89-90%) than wild type plants (2%) under prolonged cold storage under dark conditions (2 degrees C for 50 days).

Translocation and Functional Analysis of Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 Type III Secretion System Effectors Reveals Two Novel Effector Families of the Pseudomonas syringae Complex

Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi NCPPB 3335 causes olive knot disease and is a model pathogen for exploring bacterial infection of woody hosts. The type III secretion system (T3SS) effector repertoire of this strain includes 31 effector candidates plus two novel candidates identified in this study which have not been reported to translocate into plant cells. In this work, we demonstrate the delivery of seven NCPPB 3335 effectors into Nicotiana tabacum leaves, including three proteins from two novel families of the P. syringae complex effector super-repertoire (HopBK and HopBL), one of which comprises two proteins (HopBL1 and HopBL2) that harbor a SUMO protease domain. When delivered by P. fluorescens heterologously expressing a P. syringae T3SS, all seven effectors were found to suppress the production of defense-associated reactive oxygen species. Moreover, six of these effectors, including the truncated versions of HopAA1 and HopAZ1 encoded by NCPPB 3335, suppressed callose deposition. The expression of HopAZ1 and HopBL1 by functionally effectorless P. syringae pv. tomato DC3000D28E inhibited the hypersensitive response in tobacco and, additionally, expression of HopBL2 by this strain significantly increased its competitiveness in N. benthamiana. DNA sequences encoding HopBL1 and HopBL2 were uniquely detected in a collection of 31 P. savastanoi pv. savastanoi strains and other P. syringae strains isolated from woody hosts, suggesting a relevant role of these two effectors in bacterial interactions with olive and other woody plants.

Identification and analysis of the plant peroxisomal targeting signal 1 receptor NtPEX5

Protein translocation into peroxisomes takes place via recognition of a peroxisomal targeting signal present at either the extreme C termini (PTS1) or N termini (PTS2) of matrix proteins. In mammals and yeast, the peroxisomal targeting signal receptor, Pex5p, recognizes the PTS1 consisting of -SKL or variants thereof. Although many plant peroxisomal matrix proteins are transported through the PTS1 pathway, little is known about the PTS1 receptor or any other peroxisome assembly protein from plants. We cloned tobacco (Nicotiana tabacum) cDNAs encoding Pex5p (NtPEX5) based on the protein’s interaction with a PTS1-containing protein in the yeast two-hybrid system. Nucleotide sequence analysis revealed that the tobacco Pex5p contains seven tetratricopeptide repeats and that NtPEX5 shares greater sequence similarity with its homolog from humans than from yeast. Expression of NtPEX5 fusion proteins, consisting of the N-terminal part of yeast Pex5p and the C-terminal region of NtPEX5, in a Saccharomyces cerevisiae pex5 mutant restored protein translocation into peroxisomes. These experiments confirmed the identity of the tobacco protein as a PTS1 receptor and indicated that components of the peroxisomal translocation apparatus are conserved functionally. Two-hybrid assays showed that NtPEX5 interacts with a wide range of PTS1 variants that also interact with the human Pex5p. Interestingly, the C-terminal residues of some of these peptides deviated from the established plant PTS1 consensus sequence. We conclude that there are significant sequence and functional similarities between the plant and human Pex5ps.

Farnesol is utilized for isoprenoid biosynthesis in plant cells via farnesyl pyrophosphate formed by successive monophosphorylation reactions

The ability of Nicotiana tabacum cell cultures to utilize farnesol (F-OH) for sterol and sesquiterpene biosynthesis was investigated. [3H]F-OH was readily incorporated into sterols by rapidly growing cell cultures. However, the incorporation rate into sterols was reduced by greater than 70% in elicitor-treated cell cultures whereas a substantial proportion of the radioactivity was redirected into capsidiol, an extracellular sesquiterpene phytoalexin. The incorporation of [3H]F-OH into sterols was inhibited by squalestatin 1, suggesting that [3H]F-OH was incorporated via farnesyl pyrophosphate (F-P-P). Consistent with this possibility, N. tabacum proteins were metabolically labeled with [3H]F-OH or [3H]geranylgeraniol ([3H]GG-OH). Kinase activities converting F-OH to farnesyl monophosphate (F-P) and, subsequently, F-P-P were demonstrated directly by in vitro enzymatic studies. [3H]F-P and [3H]F-P-P were synthesized when exogenous [3H]F-OH was incubated with microsomal fractions and CTP. The kinetics of formation suggested a precursor–product relationship between [3H]F-P and [3H]F-P-P. In agreement with this kinetic pattern of labeling, [32P]F-P and [32P]F-P-P were synthesized when microsomal fractions were incubated with F-OH and F-P, respectively, with [γ-32P]CTP serving as the phosphoryl donor. Under similar conditions, the microsomal fractions catalyzed the enzymatic conversion of [3H]GG-OH to [3H]geranylgeranyl monophosphate and [3H]geranylgeranyl pyrophosphate ([3H]GG-P-P) in CTP-dependent reactions. A novel biosynthetic mechanism involving two successive monophosphorylation reactions was supported by the observation that [3H]CTP was formed when microsomes were incubated with [3H]CDP and either F-P-P or GG-P-P, but not F-P. These results document the presence of at least two CTP-mediated kinases that provide a mechanism for the utilization of F-OH and GG-OH for the biosynthesis of isoprenoid lipids and protein isoprenylation.

Expression of alfalfa mosaic virus coat protein in tobacco mosaic virus (TMV) deficient in the production of its native coat protein supports long-distance movement of a chimeric TMV

Alfalfa mosaic virus (AlMV) coat protein is involved in systemic infection of host plants, and a specific mutation in this gene prevents the virus from moving into the upper uninoculated leaves. The coat protein also is required for different viral functions during early and late infection. To study the role of the coat protein in long-distance movement of AlMV independent of other vital functions during virus infection, we cloned the gene encoding the coat protein of AlMV into a tobacco mosaic virus (TMV)-based vector Av. This vector is deficient in long-distance movement and is limited to locally inoculated leaves because of the lack of native TMV coat protein. Expression of AlMV coat protein, directed by the subgenomic promoter of TMV coat protein in Av, supported systemic infection with the chimeric virus in Nicotiana benthamiana, Nicotiana tabacum MD609, and Spinacia oleracea. The host range of TMV was extended to include spinach as a permissive host. Here we report the alteration of a host range by incorporating genetic determinants from another virus.

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

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

Cloning and Characterization of a Gibberellin-Induced RNase Expressed in Barley Aleurone Cells1

We cloned a cDNA for a gibberellin-induced ribonuclease (RNase) expressed in barley (Hordeum vulgare) aleurone and the gene for a second barley RNase expressed in leaf tissue. The protein encoded by the cDNA is unique among RNases described to date in that it contains a novel 23-amino acid insert between the C2 and C3 conserved sequences. Expression of the recombinant protein in tobacco (Nicotiana tabacum) suspension-cultured protoplasts gave an active RNase of the expected size, confirming the enzymatic activity of the protein. Analyses of hormone regulation of expression of mRNA for the aleurone RNase revealed that, like the pattern for α-amylase, mRNA levels increased in the presence of gibberellic acid, and its antagonist abscisic acid prevented this effect. Quantitative studies at early times demonstrated that cycloheximide treatment of aleurone layers increased mRNA levels 4-fold, whereas a combination of gibberellin plus cycloheximide treatment was required to increase α-amylase mRNA levels to the same extent. These results are consistent with loss of repression as an initial effect of gibberellic acid on transcription of those genes, although the regulatory pathways for the two genes may differ.

Slow and Prolonged Activation of the p47 Protein Kinase during Hypersensitive Cell Death in a Culture of Tobacco Cells

To investigate the involvement of protein kinases in the signaling cascade that leads to hypersensitive cell death, we used a previously established system in which a fungal elicitor, xylanase from Trichoderma viride (TvX), induces a hypersensitive reaction in tobacco (Nicotiana tabacum) cells in culture (line XD6S). The elicitor induced the slow and prolonged activation of a p47 protein kinase, which has the characteristics of a family member of the mitogen-activated protein kinases. An inhibitor of protein kinases, staurosporine, and a blocker of Ca channels, Gd3+ ions, both of which blocked the TvX-induced hypersensitive cell death, inhibited the TvX-induced activation of p47 protein kinase. Moreover, an inhibitor of serine/threonine protein phosphatase alone induced both rapid cell death and the persistent activation of the p47 protein kinase. Thus, the p47 protein kinase might be a component of the signal transduction pathway that leads to hypersensitive cell death, and the regulation of the duration of activation of the p47 protein kinase might be important in determining the destiny of tobacco cells.