Antioxidant response of Nicotiana tabacum cv. Bright Yellow 2 cells to cadmium and nickel stress

Plant cell cultures are a suitable model system for investigation of the physiological mechanisms of tolerance to environmental stress. We have determined the effects of Cd (0.1 and 0.2 mM CdCl(2)) and Ni (0.075 and 0.75 mM NiCl(2)) on Nicotiana tabacum L. cv. Bright Yellow (TBY-2) cell suspension cultures over a 72-h period. Inhibition of growth, loss of cell viability and lipid peroxidation occurred, in general, only when the TBY-2 cells were grown at 0.2 mM CdCl(2) and at 0.75 mM NiCl(2). At 0.1 mM CdCl(2), a significant increase in growth was determined at the end of the experiment. Increases in the activities of all of the four enzymatic antioxidant defence systems tested, were induced by the two concentrations of Cd and Ni, but at different times during the period of metal exposure. Overall, the cellular antioxidant responses to Cd and Ni were similar and were apparently sufficient to avoid oxidative stress at the lower concentrations of Cd and Ni. The activities of glutathione reductase and glutathione S-transferase increased early but transiently, whereas the activities of catalase and guaiacol peroxidase increased in the latter half of the experimental period. Therefore it is likely that the metabolism of reduced glutathione was enhanced during the initial onset of the stress, while catalase and guaiacol-type peroxidase appeared to play a more important role in the antioxidant response once the stress became severe.

Structure and distribution of N-glycans on the S-7-allele stylar self-incompatibility ribonuclease of Nicotiana alata

S-RNases are the stylar products of the self-incompatibility (S)-locus in solanaceous plants (including Nicotiana alata), and as such, are involved in the prevention of self-pollination. All cDNA sequences of S-RNase products of functional S-alleles contain potential N-glycosylation sites, with one site being conserved in all cases, suggesting that N-glycosylation is important in self-incompatibility. In this study, we report on the structure and localization of the N-glycans on the S-7-allele RNase of N, alata, A total of nine N-glycans, belonging to the high-mannose- and xylosylated hybrid-classes, were identified and characterized by a combination of electrospray-ionization mass-spectrometry (ESI-MS), H-1-NMR spectroscopy, and methylation analyses. The glycosylation pattern of individual glycosylation sites was determined by ESI-MS of the glycans released from isolated chymotryptic glycopeptides, All three N-glycosylation sites showed microheterogeneity and each had a unique complement of N-glycans, The N-glycosylation pattern of the S-7-RNase is significantly different to those of the S-1- and S-2-RNases.

Structure of a putative ancestral protein encoded by a single sequence repeat from a multidomain proteinase inhibitor gene from Nicotiana alata

Background: The ornamental tobacco Nicotiana alata produces a series of proteinase inhibitors (Pls) that are derived from a 43 kDa precursor protein, NaProPl. NaProPl contains six highly homologous repeats that fold to generate six separate structural domains, each corresponding to one of the native Pls. An unusual feature of NaProPl is that the structural domains lie across adjacent repeats and that the sixth Pl domain is generated from fragments of the first and sixth repeats. Although the homology of the repeats suggests that they may have arisen from gene duplication, the observed folding does not appear to support this. This study of the solution structure of a single NaProPl repeat (aPl1) forms a basis for unravelling the mechanism by which this protein may have evolved, Results: The three-dimensional structure of aPl1 closely resembles the triple-stranded antiparallel beta sheet observed in each of the native Pls. The five-residue sequence Glu-Glu-Lys-Lys-Asn, which forms the linker between the six structural domains in NaProPl, exists as a disordered loop in aPl1. The presence of this loop in aPl1 results in a loss of the characteristically flat and disc-like topography of the native inhibitors. Conclusions: A single repeat from NaProPl is capable of folding into a compact globular domain that displays native-like Pl activity. Consequently, it is possible that a similar single-domain inhibitor represents the ancestral protein from which NaProPl evolved.

Structural characterisation of galactoglucomannan secreted by suspension-cultured cells of Nicotiana plumbaginifolia

Galactoglucomannan (GGM) from cultures of Nicotiana plumbaginifolia has Man:Glc:Gal:Ara:Xyl in 1.0:1.1:1.0:0.1:0.04 ratio. Linkage analysis contained 4- and 4,6-Manp, 4-Glcp, terminal Galp and 2-Galp, small amounts and terminal Arap and terminal Xylp, and similar to 0.03 mol acetyl per mol of glucosyl residue. Treatment with alpha- and beta-D-galactosidases showed that the majority of the side-chains were either single Galp-alpha-(1 --> residues or the disaccharide Galp-beta-(1 --> 2)-Galp-alpha-(1 --> linked to O-6 of the 4-Manp residues of the glucomannan backbone. Analysis of the oligosaccharides generated by endo-(1 --> 4)-beta-mannanase digestion confirmed that the GGM comprises a backbone of predominantly alternating --> 4)-D-Manp-beta-(1 --> and --> Lt)-D-Glcp-beta-(1 --> branched at O-6 of 65% of the 4-Manp residues. The major oligosaccharide identified was D-Glcp-beta-(1 --> 4)-[D-Galp-beta-(1 --> 2)-D-Galp-alpha-(1 --> 6)]-D-Manp-beta-(1 --> 4)-D-Glcp-beta-(I --> 4)-[D-Galp-alpha-(1 --> 6)]-D-Manp-beta-(1 --> (27%), and most of the other oligosaccharides produced in significant quantities were based on this structure. (C) 1997 Elsevier Science Ltd.

Analysis of the Nicotiana tabacum Stigma/Style Transcriptome Reveals Gene Expression Differences between Wet and Dry Stigma Species

The success of plant reproduction depends on pollen-pistil interactions occurring at the stigma/style. These interactions vary depending on the stigma type: wet or dry. Tobacco (Nicotiana tabacum) represents a model of wet stigma, and its stigmas/styles express genes to accomplish the appropriate functions. For a large-scale study of gene expression during tobacco pistil development and preparation for pollination, we generated 11,216 high-quality expressed sequence tags (ESTs) from stigmas/styles and created the TOBEST database. These ESTs were assembled in 6,177 clusters, from which 52.1% are pistil transcripts/genes of unknown function. The 21 clusters with the highest number of ESTs (putative higher expression levels) correspond to genes associated with defense mechanisms or pollen-pistil interactions. The database analysis unraveled tobacco sequences homologous to the Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) genes involved in specifying pistil identity or determining normal pistil morphology and function. Additionally, 782 independent clusters were examined by macroarray, revealing 46 stigma/style preferentially expressed genes. Real-time reverse transcription-polymerase chain reaction experiments validated the pistil-preferential expression for nine out of 10 genes tested. A search for these 46 genes in the Arabidopsis pistil data sets demonstrated that only 11 sequences, with putative equivalent molecular functions, are expressed in this dry stigma species. The reverse search for the Arabidopsis pistil genes in the TOBEST exposed a partial overlap between these dry and wet stigma transcriptomes. The TOBEST represents the most extensive survey of gene expression in the stigmas/styles of wet stigma plants, and our results indicate that wet and dry stigmas/styles express common as well as distinct genes in preparation for the pollination process.

The solution structure of C1-T1, a two-domain proteinase inhibitor derived from a circular precursor protein from Nicotiana alata

A two-domain portion of the proteinase inhibitor precursor from Nicotiana alata (NaProPI) has been expressed and its structure determined by NMR spectroscopy. NaProPI contains six almost identical 53 amino acid repeats that fold into six highly similar domains; however, the sequence repeats do nut coincide with the structural domains. Five of the structural domains comprise the C-terminal portion of one repeat and the N-terminal portion of the next. The sixth domain contains the C-terminal portion of the sixth repeat and the N-terminal portion of the first repeat. Disulphide bonds link these C and N-terminal fragments to generate the clasped-bracelet fold of NaProPI. The three-dimensional structure of NaProPI is not known, but it is conceivable that adjacent domains in NaProPI interact to generate the circular bracelet with the N and C termini in close enough proximity to facilitate formation of the disulphide bonds that form the clasp The expressed protein, examined in the current study, comprises residues 25-135 of NaProPI and encompasses the first two contiguous structural domains, namely the chymotrypsin inhibitor C1 and the trypsin inhibitor T1, joined by a five-residue linker, and is referred to as C1-T1. The tertiary structure of each domain in C1-T1 is identical to that found in the isolated inhibitors. However, no nuclear Overhauser effect contacts are observed between the two domains and the five-residue linker adopts an extended conformation. The absence of interactions between the domains indicates that adjacent domains do not specifically interact to drive the circularisation of NaProPI. These results are in agreement with recent data which describe similar PI precursors from other members of the Solanaceae having two, three, or four repeats. The lack of strong interdomain association is likely to be important for the function of individual inhibitors by ensuring that there is no masking of reactive sites upon release from the precursor. (C) 2001 Academic Press.

The Three-dimensional Solution Structure of NaD1, a New Floral Defensin from Nicotiana alata and its Application to a Homology Model of the Crop Defense Protein alfAFP

NMR spectroscopy and simulated annealing calculations have been used to determine the three-dimensional structure of NaD1, a novel antifungal and insecticidal protein isolated from the flowers of Nicotiana alata. NaD1 is a basic, cysteine-rich protein of 47 residues and is the first example of a plant defensin from flowers to be characterized structurally. Its three-dimensional structure consists of an a-helix and a triple-stranded anti-parallel beta-sheet that are stabilized by four intramolecular disulfide bonds. NaD1 features all the characteristics of the cysteine-stabilized up motif that has been described for a variety of proteins of differing functions ranging from antibacterial insect defensins and ion channel-perturbing scorpion toxins to an elicitor of the sweet taste response. The protein is biologically active against insect pests, which makes it a potential candidate for use in crop protection. NaD1 shares 31% sequence identity with alfAFP, an antifungal protein from alfalfa that confers resistance to a fungal pathogen in transgenic potatoes. The structure of NaD1 was used to obtain a homology model of alfAFP, since NaD1 has the highest level of sequence identity with alfAFP of any structurally characterized antifungal defensin. The structures of NaD1 and alfAFP were used in conjunction with structure - activity data for the radish defensin Rs-AFP2 to provide an insight into structure-function relationships. In particular, a putative effector site was identified in the structure of NaD1 and in the corresponding homology model of alfAFP. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Influência do butralin como anti-brotante em cultura de fumo (Nicotiana tabacum L. cv. 'Goiano')

Com a finalidade de se evitar a operação de desbrota manual em plantas de fumo (Nicotiana tabacum L.), controlando a brotação axilar, conduziu-se um experimento, em Piracicaba (SP), em condições de campo, utilizando-se um inibidor de brotação, o 4-(1,1-dimetiletil)-N-(1-metilpropil)-2,6-dinitrobenzenamina (butralin), nas concentrações de 1, 2 e 3% do produto comercial, na dose de 20 ml da emulsão por planta, aplicada logo após a retirada da inflorescência principal, na extremidade superior da haste atingindo as gemas axilares uniformemente. Os resultados mostram que o butralin, nas concentrações utilizadas, em comparação com o controle, promove a inibiçao no desenvolvimento dos meristemas das gemas axilares, sem afetar o desenvolvimento das folhas. A concentração de 2% do produto comercial, foi a que proporcionou maior peso de matéria seca de folhas e menor de matéria seca de brotos. Os resultados mostram que o butralin, nas concentrações utilizadas, em comparação com o controle, promove a inibiçao no desen volvimento dos meristemas das gemas axila-res, sem afetar o desenvolvimento das folhas. A concentração de 2% do produto comercial, foi a que proporcionou maior peso de materia seca de folhas e menor de materia seca de brotos.

Efeitos do ácido 2-cloroetilfosfônico na maturação de folhas em cultura de fumo (Nicotiana tabacun L.)

Estudou-se a influência do ácido 2-cloroetilfosfônico, aplicado em cultura de fumo (Niaotiana tabacum L.) cultivar "Goianinho", em condições de campo, visando uniformizar e antecipar a colheita das folhas. Aplicou-se o produto comercial Ethrel (240 g/l de i.a), nas dosagens de 2,4, 6 e 8 litros/ha, quando nas folhas apre sentavam, na maior parte da planta o crescimento máximo. Após 6 dias do tratamento, foram as folhas colhidas, contadas e pesadas. Os resultados obtidos mostraram que o regulador vegetal utilizado promoveu um amadurecimento mais precoce, antecipando e uniformizando a colheita das folhas de fumo, independentemente das concentrações utilizadas, que não diferiram entre si.

Deficiências de macronutrientes e de boro em Nicotiana tabacum L. var. goianinho

Com os objetivos de determinar: 1) O quadro sintomatológico das carências dos macronutrientes e de boro; 2) Concentração dos macronutrientes e de boro nas folhas novas, velhas e no caule na presença e ausência dos nutrientes. Foi instalado em ensaio em solução nutritiva tendo como sílica o substrato. Os tratamentos constaram da omissão de N, P, K, Ca, Mg, S, B, e presença de todos os nutrientes. Acompanhou-se o desenvolvimento dos sintomas e uma vez evidenciados coletou-se as plantas que foram analisadas para os elementos em estudo. Verificou-se que: 1) Houve efeito na produção de matéria seca influência pela omissão de N, P, K, Ca e Mg; 2) Os sintomas visuais de deficiência são bem definidos e de fácil caracterização para todos os nutrientes; 3) Os níveis de deficiência adequado, obtidos nas folhas foram: N% 1,23-3,06; P% 0,04-0,11; K% 1,15-3,25; Ca% 0,20-0,59; Mg% 1,13-1,25, S% 0,16-0,20; B ppm 34-59.

Concentração e extração de macro e micronutrientes pela cultura do fumo (Nicotiana tabacun L.) var. goianinho

Com o objetivo de determinar: . Curva de crescimento da planta; . Concentração e acumulação de nutrientes pela cultura em função de idade; . Exportação de nutrientes através das folhas. Foi instalado um experimento de campo na Estação Experimental de Tietê, localizado em um solo Podzólico Vermelho Amarelo var. Lara sem o emprego de fertilizantes. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado com 4 repetições. Amostragem de plantas foram efetuadas 12, 24, 48, 60 e 72 dias após o transplante. Os autores observa ram que a maior velocidade de acúmulo de matéria seca ocorreu próximo aos 48 dias após o transplante. As concentrações mínimas dos nutrientes ocorreram próximo ao período de máximo acúmulo de matéria seca. O acúmulo máximo de matéria seca e de nutrientes ocorreu aos 72 dias após o transplante. As quantidades totais de nutrientes absorvidos pela cultura obedeceram a seguinte ordem: K N >Ca> Mg> P S Fe Mn B Zn Cu. A exportação de nutrientes pelas folhas obedeceram a seguinte ordem: K N Ca Mg > P S Fe> Mn > Zn B Cu.

Fauna epigeica em sistemas de produção de Nicotiana tabacum L.

O Rio Grande do Sul detém grande relevância na produção de tabaco. Adotam-se três sistemas de manejo: convencional, mínimo e plantio direto. Para analisar o impacto desses sistemas sobre a população da fauna do solo, efetuou-se uma amostragem da fauna epigeica. Foram avaliados preparo convencional (PC), cultivo mínimo (CM) e plantio direto (PD), além de área de reconversão da fumicultura para a vitivinicultura (RV) e de mata nativa (MN). Na amostragem, foram utilizadas dez armadilhas Provid em cada área. Os atributos avaliados foram: abundância de organismos, riqueza, índice de diversidade (H') e equitabilidade de Shannon (J). Collembola (Arthropoda: Hexapoda) foi identificada até o nível de família, devido à sua sensibilidade às modificações do ambiente. Efetuaram-se a análise multivariada de Agrupamento Hierárquico e a Análise de Componentes Principais, e os índices H' e J foram comparados pelo teste t, de Student. O PD apresentou maior número total de organismos, isolando-se das demais áreas pela análise de agrupamento hierárquico. Os valores de riqueza foram muito semelhantes entre as áreas, destacando-se a aproximação entre RV e MN. Os tratamentos PC, PD e RV não diferiram estatisticamente quanto ao H', apresentando valores de 1,58; 1,60; e 1,52, respectivamente. CM apresentou menor valor de H' (1,18) e MN, o valor intermediário (1,33). O comportamento estatístico de J foi muito semelhante ao encontrado em H'. Em relação à Classe Collembola, foram identificadas as famílias Entomobrydae, Sminthuridae, Poduridae e Hipogasturidae. PD apresentou exemplares das quatro famílias identificadas, enquanto nas demais áreas foram identificadas apenas Entomobrydae e Sminthuridae. Pela Análise de Componentes Principais (PCA), as diferenças entre as áreas explicaram 32 % da variabilidade encontrada; desse percentual, 59,3 % foram explicados pelos eixos 1 e 2. A presença ou ausência de revolvimento do solo e a rotação com culturas de cobertura foram os fatores que mais influenciaram as populações de fauna epigeica.

Hipersensibilidade e necrose sistêmica em Nicotiana benthamiana transformada com o gene de resistência Sw-5 de tomateiro

O gene Sw-5 do tomateiro confere resistência a várias espécies de tospovírus e codifica uma proteína contendo domínios de ligação a nucleotídeos e repetições ricas em leucina. Tomateiros com Sw-5 exibem reações necróticas nas folhas inoculadas com tospovírus. Estas reações e a estrutura da proteína Sw-5 indicam que a resistência ocorre por meio do reconhecimento do patógeno e desencadeamento da resposta de hipersensibilidade. A capacidade de Sw-5 de conferir resistência a tospovírus em tabaco selvagem (Nicotiana benthamiana Domin.) foi avaliada em plantas transgênicas. Uma construção com a seqüência aberta de leitura de Sw-5 e sua região 3’ não-traduzida sob controle do promotor 35S do CaMV foi utilizada para transformação de N. benthamiana via Agrobacterium tumefaciens. Plantas de progênies R1 foram inoculadas com um isolado de tospovírus e avaliadas quanto à ocorrência de reação de hipersensibilidade e resistência à infecção sistêmica. Em uma progênie com segregação 3:1 (resistente:suscetível), foi selecionada uma planta homozigota e sua progênie avaliada quanto ao espectro da resistência a tospovírus. Plantas com o transgene exibiram resposta de hipersensibilidade 48 h após a inoculação, sendo resistentes à infecção sistêmica. O fenótipo da resistência foi dependente do isolado viral e um isolado de Tomato chlorotic spot virus (TCSV) causou necrose sistêmica em todas as plantas inoculadas, enquanto que isolados de Groundnut ringspot virus (GRSV) e um isolado relacionado a Chrysanthemum stem necrosis virus (CSNV) ficaram restritos ao sítio de infecção. Comparações do espectro da resistência obtido neste trabalho com aquele observado em outros membros da família Solanaceae indicam que as vias de transdução de sinais e as respostas de defesa ativadas por Sw-5 são conservadas dentro desta família e polimorfismos genéticos nas vias de transdução de sinais ou em componentes das respostas de defesa podem resultar em diferentes níveis de resistência.

Efeitos de butralin sobre a brotação axilar na cultura de fumo (Nicotiana tabacum L.)

Com o objetivo de controlar a brotação axilar em plantas de fumo e verificar sua influência na produção e característica das folhas, foram estudados, em condições de campo, os efeitos da desbrota manual e de butralin [4-(1,1- dimetiletil) - N - (1 - metilpropil) - 2,6 - dinitrobenzenamina], aplicado diretamente nas gemas axilares ou na extremidade superior da haste em plantas que tiveram removida a inflorescência principal. Os tratamentos com butralin, independente da maneira de aplicação, proporcionaram completa inibição do crescimento dos brotos axilares, enquanto que a desbrota manual reduziu em 45% a matéria seca de brotos em relação à testemunha não desbrotada. Tanto as plantas tratadas com butralin, como as que foram desbrotadas manualmente, não diferiram entre si, quanto ao peso de matéria fresca e seca de folhas, área foliar especifica e Índice de Área Foliar, porém aumentaram significativamente esses parâmetros em relação ao controle.

Comparative uptake and metabolism of 2-[14C]-2,4-dichlorophenoxyacetic acid in callus cultures of monocot (Dioscorea spp.) and dicot (Nicotiana tabacum L.) plants

(Comparative uptake and metabolism of 2-[14C]-2,4-dichlorophenoxyacetic acid in callus cultures of monocot (Dioscorea spp.) and dicot (Nicotiana tabacum L.) plants). The uptake and metabolism of 2-[14C]-2,4-dichlorophenoxyacetic acid (2,4-D) were investigated in leaf calluses of Nicotiana tabacum, tuber calluses of Dioscorea opposita and calluses derived from zygotic embryos, leaves and petioles of Dioscorea composita. Striking similarities were evident in the patterns of 2,4-D metabolites and their chemical characteristics in the three callus types of D. composita compared, but significant differences were detected among the patterns of rnetabolites in the three species studied. Preliminary investigations on the stability of various metabolites (separated using TLC) by hydrolysis showed that sugar esters appeared to be the major metabolites in tobacco whilst in yams (D. opposita) glycosides were shown to be the main ones, which indicated a similarity between plants of Gramineae and Dioscoreaceae in terms of 2,4-D metabolism. Release of 2,4-D from tobacco callus cells upon their transfer to 2,4-D-free medium was detected and the implications of this are discussed in relation to the cultural conditions necessary to induce morphogenesis in vitro.