Modulation of inflammatory mediators by Opuntia ficus-indica and Prunus avium bioproducts using an in vitro cell-based model of intestinal inflammation

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

Chemical characterization and bioactive properties of Prunus avium L.: The widely studied fruits and the unexplored stems

The aim of this study was to characterize sweet cherry regarding nutritional composition of the fruits, and individual phytochemicals and bioactive properties of fruits and stems. The chromatographic profiles in sugars, organic acids, fatty acids, tocopherols and phenolic compounds were established. All the preparations (extracts, infusions and decoctions) obtained using stems revealed higher antioxidant potential than the fruits extract, which is certainly related with its higher phenolic compounds (phenolic acids and flavonoids) concentration. The fruits extract was the only one showing antitumor potential, revealing selectivity against HCT-15 (colon carcinoma) (GI50~74 μg/mL). This could be related with anthocyanins that were only found in fruits and not in stems. None of the preparations have shown hepatotoxicity against normal primary cells. Overall, this study reports innovative results regarding chemical and bioactive properties of sweet cherry stems, and confirmed the nutritional and antioxidant characteristics of their fruits.

Characterization of sour (Prunus cerasus L.) and sweet cherry (Prunus avium L.) varieties with five isozyme systems

Extracts from young leaves of nine sweet cherry (Prunus avium L.) and eight sour cherry (Prunus cerasus L.) varieties, located in the germplasm collection of the 'Direção Regional de Agricultura da Beira Interior' (Fundão, Portugal), were analysed for five isozyme systems in order to characterise these varieties and detect problems of synonymies and homonymies that frequently present. The sweet and sour cherry varieties analyzed showed low isoenzymatic polymorphism, being PGM and PGI the systems with the highest discrimination power. These systems presented seven and five different zymogrames, respectively. IDH showed four patterns. SKDH and 6-PGD grouped the varieties only into two patterns. The evident and discriminant restrictions of this type of analysis had got results that have only been a complement for agronomical and morphological characterization.

Cambios de volumen, área superficial y factor de forma de Heywood durante la deshidratación de cerezas (Prunus avium)

En este trabajo, se evaluaron experimentalmente los cambios de volumen, área superficial y factores de forma durante la deshidratación de cerezas enteras. En base a los resultados obtenidos, se propusieron modelos muy simples para la evaluación matemática de dichos cambios para su uso en simulación de lechos profundos de partículas. Los cambios de volumen se pudieron representar con una ecuación lineal y los de área superficial con un polinomio de tercer orden, en ambos casos como una función de la humedad adimensional del producto. Con respecto a la evaluación de los factores de forma, se encontró que las partículas, cuanto más se deshidratan, más tienden a la forma esférica, lo cual es un hecho auspicioso, ya que no sólo el producto posee un aspecto visual agradable, sino que se habilita la utilización de la forma esférica para los efectos de adoptar una dimensión característica para la evaluación de cinéticas de deshidratación en monocapa y/o en lechos de partículas.

Influencia de restricciones hídricas poscosecha en el crecimiento vegetativo y reproductivo en plantaciones jóvenes de cerezo (Prunus avium L.)

En cerezos plantas con excesivo vigor son poco precoces, a menudo poco productivas y de difícil manejo en el cultivo. El exceso de vigor puede ser controlado con el uso de estrategias de riego deficitario controlado (RDC). Para contribuir a la racionalización del uso del recurso hídrico, controlar el crecimiento vegetativo vigoroso y estimular la producción precoz en plantaciones jóvenes de cerezo, se estableció un ensayo de RDC en un monte frutal comercial de la variedad Bing regado por goteo en la localidad de Agua Amarga, Mendoza, Argentina, Se evaluó la respuesta a distintos regímenes de riego poscosecha sobre parámetros de crecimiento vegetativo (crecimiento de brotes y tronco, área y peso seco foliar), reproductivo (densidad de floración, rendimiento y calidad de frutos) y estado nutricional (nutrimentos foliares y reservas de carbohidratos no estructurales). Los tratamientos de riego poscosecha fueron: riego a demanda plena (T1= Etc 100 %) y RDC reponiendo el 75 % (T2= Etc 75 %) y 50 % (T3= Etc 50 %) respecto de T1. Se midió el estado hídrico de la planta a través del potencial agua del tallo a mediodía y del suelo con sonda de capacitancia y gravimetría. En T3 disminuyó la longitud de brotes, número y longitud de entrenudos, número de hojas, área foliar y peso seco foliar, y área de tronco. En T2 disminuyó la longitud de brotes y de entrenudos. En T3 la intensidad del déficit hídrico impuesta aumentó la calidad de los ramilletes y la producción de yemas de flor, flores y frutos en el ciclo vegetativo siguiente. La calidad y madurez de frutos no fue afectada por los tratamientos de RDC, aunque en T3 aumentó levemente la proporción de frutos dobles. Luego del primer año de RDC en las plantas del T3 hubo una disminución significativa, aunque leve, del contenido de Ky P foliares y de almidón en raíces, El potencial hídrico del tallo a mediodía resultó un buen indicador del estado hídrico de las plantas. En cerezos un ajuste preciso del nivel de restricción hidrica poscosecha puede ser una estrategia de manejo para controlar el vigor y estimular la producción precoz, Al mismo tiempo se ahorran importantes cantidades de agua.

Efecto del riego deficitario controlado sobre el crecimiento vegetativo en plantaciones jóvenes de cerezo (Prunus avium L.)

En cerezo, plantas con excesivo vigor son poco precoces, poco productivas y de difícil manejo. El exceso de vigor podría ser controlado con estrategias de riego deficitario controlado (RDC). Durante dos años se realizó un ensayo de RDC en un monte frutal comercial joven y de alto vigor de cerezos Bing, plantado en suelo árido poco profundo y regado por goteo. Se evaluó la respuesta a distintos regímenes de riego sobre el crecimiento de brotes terminales y vigorosos, área y peso seco foliar, y crecimiento de tronco. Los tratamientos de riego fueron: T1 = 100%, T2 = 75% y T3 = 50% de la evapotranspiración máxima (ETc full), respectivamente. Se midió periódicamente el estado hídrico de la planta a través del potencial agua del tallo a mediodía y el estado hídrico del suelo mediante gravimetría. En T3 disminuyó la longitud de brotes, número y longitud de entrenudos, número de hojas, área foliar y peso seco foliar, y área de tronco. En T2 disminuyó la longitud de brotes y entrenudos y el área de sección de tronco. El potencial hídrico del tallo a mediodía fue un buen indicador del estado hídrico de las plantas. En cerezos, un ajuste preciso del nivel de restricción hídrica puede ser una estrategia de manejo para controlar vigor y para ahorrar importantes cantidades de agua.

Transcriptional dynamics of the developing sweet cherry (Prunus avium L.) fruit: sequencing, annotation and expression profiling of exocarp-associated genes

The exocarp, or skin, of fleshy fruit is a specialized tissue that protects the fruit, attracts seed dispersing fruit eaters, and has large economical relevance for fruit quality. Development of the exocarp involves regulated activities of many genes. This research analyzed global gene expression in the exocarp of developing sweet cherry (Prunus avium L., 'Regina'), a fruit crop species with little public genomic resources. A catalog of transcript models (contigs) representing expressed genes was constructed from de novo assembled short complementary DNA (cDNA) sequences generated from developing fruit between flowering and maturity at 14 time points. Expression levels in each sample were estimated for 34 695 contigs from numbers of reads mapping to each contig. Contigs were annotated functionally based on BLAST, gene ontology and InterProScan analyses. Coregulated genes were detected using partitional clustering of expression patterns. The results are discussed with emphasis on genes putatively involved in cuticle deposition, cell wall metabolism and sugar transport. The high temporal resolution of the expression patterns presented here reveals finely tuned developmental specialization of individual members of gene families. Moreover, the de novo assembled sweet cherry fruit transcriptome with 7760 full-length protein coding sequences and over 20 000 other, annotated cDNA sequences together with their developmental expression patterns is expected to accelerate molecular research on this important tree fruit crop.

Investigating the causes of late fruit drop in ‘Regina’ sweet cherry (Prunus avium)

The presented study aimed to correctly describe the (late) fruit drop pattern of sweet cherry cv. Regina grafted on ‘Gisela 5’ and investigate its internal causes. In the first season, a method to describe the fruit drop pattern was defined and validated. The second season was devoted to a province-based screening of the phenomenon to identify potential influences of environmental, physiological and management factors. The multisite trial involved 6 commercial orchards located at different elevations, from 225 up to 1175m a.s.l. The third season was dedicated to find confirmation of the hypothesis formulated during the previous year. The multisite comparison was maintained but reduced to only two orchards to allow more frequent samplings. It emerged that late fruit drop is a complex phenomenon showing variable intensity: the percentage of late fruit drop ranged from 7 to 76% of the fruitlets set, depending on the orchard and on the year considered. Two main waves of fruitlets drop have been observed: the first one was composed by unfertilized parthenocarpic fruitlets, probably caused by late or missing fertilization, that immediately after bloom already showed smaller diameters and symptoms of senescence; the second one (the focus of this study) was composed by fully developed fruits that at a certain point decreased their growth rate and got senescent. All the late dropped cherries showed an aborted embryo. This sudden change has been observed to be concomitant both with prolonged periods of low temperatures (or sudden severe decreases in the daily Growing Degree Hours accumulation) and with extraordinary high temperatures close to or above 30°C. Other factors, such as the position of the limb within the canopy, its orientation (sunny vs. shady side) or nutrition played only a marginal role. Excessive vigor can increase late fruit drop intensity but is not its main cause.

Evaluation of neuroprotective effects of natural extracts obtained from portuguese agro-food residues

Countries are currently faced with problems derived from changes in lifespan and an increase in lifestyle-related diseases. Neurodegenerative disorders such Parkinson’s (PD) and Alzheimer’s (AD) diseases are an increasing problem in aged societies. Data from World Alzheimer Report 2011 indicate that 36 million people worldwide are living with dementia. Oxidative stress has been associated with the development of AD and PD. Therefore there is interest to search for effective compounds or therapies to combat the oxidative damage in these diseases. Current evidence strongly supports a contribution of phenolic compounds present in fruits and vegetables to the prevention of neurodegenerative diseases such AD and PD. The industrial processing of a wide variety of fruits results in the accumulation of by-products without commercial value. Opuntia ficus-indica (cactus pear) is consumed fresh and processed like in juice. Prunnus avium (sweet cherry) is consumed fresh but the organoleptics characteristics of the fruits leads to the smaller and ragged fruits have no commercial value. Fruit extracts of both species has described to be rich in phenolic compounds and to have high antioxidant activities due to its composition. The aim of this work was assessing the efficacy of O. ficus-indica and P. avium by-products extracts obtained with conventional solvent extraction and pressurized liquid extraction in a neurodegeneration cell model. All extracts have protected neuroblastoma cells from H2O2-induced death at low, non-toxic levels, which approach to physiologically-relevant serum concentration. However, cherry extract has a slighter neuroprotective activity. The protective effect of Opuntia extracts are not conducted by a direct antioxidant activity since there are not decreases in intracellular ROS levels in cell treated with extracts and challenged with H2O2, while cherry extract neuroprotection seems to be due to a direct scavenging activity. Extracts from different biological matrixes seems to protect neuronal cells trough different cellular mechanisms.

Fitohormonas como intermediarios entre señal ambiental y morfogénesis, y en la relación planta/microorganismo

Se estudia el rol de las hormonas como intermediarios en los procesos de dormición de yemas florales y crecimiento caulinar de especies arbóreas frutales ( Prunus spp., Pyrus malus normal y mutante enana) y herbáceas (lechuga, cebada, Arabidopsis ) por parte de factores ambientales y en el efecto benéfico de rizobacterias sobre el crecimiento de cereales. Abarca tres subproyectos: Subproyecto 1. Dormición en yemas florales de duraznero. Estudia el efecto de diferentes giberelinas en aplicaciones exógenas en laboratorio y a campo, sobre la fenología y morfología ( al microscopio) de yemas florales de duraznero. Se intenta establecer el papel de GAs como mediadores entre señal ambiental y los procesos de diferenciación de los verticilos florales. Objetivos: Estudiar el efecto de aplicaciones exógenas de GA3, GA5, dihidro-GA5 y dihidro-GA4 sobre la fenología y morfología de yemas florales de: i) plantas a campo y ii) estacas aisladas. Subproyecto 2. Fitohormonas como intermediarios entre calidad de luz y alargamiento caulinar en Prunus spp. Estudia cuali-cuantitativamente IAA, ABA y giberelinas de especies arbóreas frutales ( Prunus spp., Pyrus malus normal y mutante enana) y herbáceas (lechuga, cebada, Arabidopsis ) sometidas a diferentes calidades de luz (sistema fito y criptocromo). Las hormonas se analizan por HPLC, bioensayo y GC-SIMILAR. Intenta establecer la posible correlación entre señal ambiental, sistema fotorreceptor, metabolismo de hormonas y respuesta morfogénica. Objetivos: Determinar el efecto de luz azul (sistema criptocromo) y rojo/rojo lejano (sistema fitocromo) sobre los niveles de giberelinas, ABA y AIA en plantas de Prunus avium, Pyrus malus (normal y enano), Latuca sativa, Hordeum vulgare (normal y enano) y Arabidopsis thaliana . Subproyecto 3. Producción de GAs por Azospirillum spp. Estudia la producción de giberelinas y su metabolismo por Azospirillum spp. y sus efectos sobre crecimiento y desarrollo de cereales. La identificación y cuantificación de giberelinas se realiza como en el Subproyecto 2. Estudios de metabolismo incluyen alimentación con giberelinas deuteradas o sus conjugados. Semillas pre-germinadas de cereales se inoculan con distintas cepas y/o concentraciones de GA3, evaluándose diversos parámetros de crecimiento radical. Los resultados de laboratorio se probarán a campo. Objetivos: Estudiar la producción de GAs o factores que regulan su metabolismo (relación C/N, calidad de luz, pH y tiempo de incubación) por A. spp., en cultivo aislado y con la asociación diazotrofo/sistema radical de gramíneas y los efectos de la batería sobre el crecimiento de dichas especies.

A new species of Neosilba (Diptera, Lonchaeidae) from Brazil

A new species of Neosilba McAlpine, 1962, N. pradoi sp. nov., is described and illustrated. This new species was found in the south of Brazil (Rio Grande do Sul and Santa Catarina), in the southeast (State of São Paulo) and center west (State of Mato Grosso do Sul). It has been reared from fruits of guava (Psidium guajava, Myrtaceae), "araçá" (Psidium cattleyanum, Myrtaceae), "guabiroba" (Campomanesia xanthocarpa, Myrtaceae), Surinam cherry (Malpighia emarginata, Malpighiaceae), cherry (Prunus avium, Rosaceae), orange (Citrus sinensis, Rutaceae), "ingá" (Inga laurina, Fabaceae), "esporão-de-galo" (Celtis iguanae, Ulmaceae) and passion fruit (Passiflora edulis, Passifloraceae).

Clons de cirerer per a l’obtenció de fusta. Exemple d’una plantació en terrenys agraris

El cirerer (Prunus avium L.) és una espècie ben coneguda per la seva producció fruitera i pel valor de la seva fusta. Per al primer objectiu, l’obtenció de cirera, la selecció genètica de varietats ha estat des de l’antiguitat ben activa i aquesta producció s’ha localitzat sempre dins d’un context agrícola, sobre terres agràries. En canvi, per a l’obtenció de fusta s’ha recorregut tradicionalment als ambients forestals amb l’extracció d’arbres no sotmesos ni a selecció ni a una silvicultura específiques, derivant actualment en una escassetat de peus amb bones característiques fustaneres.

Projecte d’implantació d’un cultiu d’arbres de fusta noble a la finca El Portet de Les Planes d’Hostoles (La Garrotxa)

El projecte té per finalitat la implantació d’un cultiu d’arbres de fusta d’alt valor econòmic en uns terrenys que actualment estan ocupats per prats de pastura abandonats. L’objectiu prioritari que es proposa és augmentar el rendiment de la finca objecte d’estudi. Per assolir-lo es projectarà la realització d’una plantació sostenible de noguers híbrids (Juglans regia×nigra) i cirerers (Prunus avium), en la que s’aplicaran les més avançades tècniques de cultiu i una eficient metodologia que permetrà obtenir fusta noble en cicles productius curts, sempre de forma respectuosa amb el medi ambient

Qualidade pós-colheita de cerejas cv. Ambrunés utilizando coberturas comestíveis

Objetivou-se, com o presente trabalho, avaliar a qualidade de cerejas cv. Ambrunés ("picotas"), cobertas com películas comestíveis à base de zeína e cera de carnaúba, aplicadas na forma de imersão e pulverização, e armazenadas em ambiente controlado a 5 ºC ± 0,5 ºC e umidade relativa de 90 - 95 %. Os parâmetros usados para avaliar a qualidade dos frutos foram: sólidos solúveis totais (SST), acidez total titulável (ATT), perda de peso, relação SST/ATT e deterioração fúngica. Os frutos foram avaliados até o 52º dia de conservação. A emulsão de cera de carnaúba mostrou-se superior em todos os parâmetros, quando comparados com os frutos-testemunha e os cobertos com zeína. A cobertura à base de zeína provocou a aceleração da maturação dos frutos e apresentou deterioração fúngica a partir do 24º dia de armazenamento. Foi observado que a forma de comercialização das cerejas sem o pedúnculo ("picotas") representa maior possibilidade de contaminação fúngica através da área lesionada. A emulsão de cera de carnaúba aplicada na forma de imersão retardou a podridão até o 45º dia de conservação, apresentando-se como o melhor tratamento.

Projecte d’implantació d’un cultiu d’arbres de fusta noble a la finca El Portet de Les Planes d’Hostoles (La Garrotxa)

El projecte té per finalitat la implantació d’un cultiu d’arbres de fusta d’alt valor econòmic en uns terrenys que actualment estan ocupats per prats de pastura abandonats. L’objectiu prioritari que es proposa és augmentar el rendiment de la finca objecte d’estudi. Per assolir-lo es projectarà la realització d’una plantació sostenible de noguers híbrids (Juglans regia×nigra) i cirerers (Prunus avium), en la que s’aplicaran les més avançades tècniques de cultiu i una eficient metodologia que permetrà obtenir fusta noble en cicles productius curts, sempre de forma respectuosa amb el medi ambient