A new root-knot nematode, Meloidogyne moensi n. sp. (Nematoda : Meloidogynidae), parasitizing Robusta coffee from Western Highlands, Vietnam

A new root-knot nematode, parasitizing Robusta coffee in Dak Lak Province, Western Highlands of Vietnam, is described as Meloidogyne moensi n. sp. Morphological and molecular analyses demonstrated that this species differs clearly from other previously described root-knot nematodes. Morphologically, the new species is characterized by a swollen body of females with a small posterior protuberance that elongated from ovoid to saccate; perineal patterns with smooth striae, continuous and low dorsal arch; lateral lines marked as a faint space or linear depression at junction of the dorsal and ventral striate; distinct phasmids; perivulval region free of striae; visible and wide tail terminus surrounding by concentric circles of striae; medial lips of females in dumbbell-shaped and slightly raised above lateral lips; female stylet is normally straight with posteriorly sloping stylet knobs; lip region of second stage juvenile (J2) is not annulated; medial lips and labial disc of J2 formed dumbbell shape; lateral lips are large and triangular; tail of J2 is conoid with rounded unstriated tail tip; distinct phasmids and hyaline; dilated rectum. Meloidogyne moensi n. sp. is most similar to M. africana, M. ottersoni by prominent posterior protuberance. Results of molecular analysis of rDNA sequences including the D2-D3 expansion regions of 28S rDNA, COI, and partial COII/16S rRNA of mitochondrial DNA support for the new species status

Expression and trans-specific polymorphism of self-incompatibility RNases in Coffea (Rubiaceae)

Self-incompatibility (SI) is widespread in the angiosperms, but identifying the biochemical components of SI mechanisms has proven to be difficult in most lineages. Coffea (coffee; Rubiaceae) is a genus of old-world tropical understory trees in which the vast majority of diploid species utilize a mechanism of gametophytic self-incompatibility (GSI). The S-RNase GSI system was one of the first SI mechanisms to be biochemically characterized, and likely represents the ancestral Eudicot condition as evidenced by its functional characterization in both asterid (Solanaceae, Plantaginaceae) and rosid (Rosaceae) lineages. The S-RNase GSI mechanism employs the activity of class III RNase T2 proteins to terminate the growth of "self" pollen tubes. Here, we investigate the mechanism of Coffea GSI and specifically examine the potential for homology to S-RNase GSI by sequencing class III RNase T2 genes in populations of 14 African and Madagascan Coffea species and the closely related self-compatible species Psilanthus ebracteolatus. Phylogenetic analyses of these sequences aligned to a diverse sample of plant RNase T2 genes show that the Coffea genome contains at least three class III RNase T2 genes. Patterns of tissue-specific gene expression identify one of these RNase T2 genes as the putative Coffea S-RNase gene. We show that populations of SI Coffea are remarkably polymorphic for putative S-RNase alleles, and exhibit a persistent pattern of trans-specific polymorphism characteristic of all S-RNase genes previously isolated from GSI Eudicot lineages. We thus conclude that Coffea GSI is most likely homologous to the classic Eudicot S-RNase system, which was retained since the divergence of the Rubiaceae lineage from an ancient SI Eudicot ancestor, nearly 90 million years ago.United States National Science Foundation [0849186]; Society of Systematic Biologists; American Society of Plant Taxonomists; Duke University Graduate Schoolinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Integrative taxonomy of root-knot nematodes reveals multiple independent origins of mitotic parthenogenesis

Open Access JournalDuring sampling of several Coffea arabica plantations in Tanzania severe root galling, caused by a root-knot nematode was observed. From pure cultures, morphology and morphometrics of juveniles and females matched perfectly with Meloidogyne africana, whereas morphology of the males matched identically with those of Meloidogyne decalineata. Based on their Cox1 sequence, however, the recovered juveniles, females and males were confirmed to belong to the same species, creating a taxonomic conundrum. Adding further to this puzzle, re-examination of M. oteifae type material showed insufficient morphological evidence to maintain its status as a separate species. Consequently, M. decalineata and M. oteifae are synonymized with M. africana, which is herewith redescribed based on results of light and scanning electron microscopy, ribosomal and mitochondrial DNA sequences, isozyme electrophoresis, along with bionomic and cytogenetic features. Multi-gene phylogenetic analysis placed M. africana outside of the three major clades, together with M. coffeicola, M. ichinohei and M. camelliae. This phylogenetic position was confirmed by several morphological features, including cellular structure of the spermatheca, egg mass position, perineal pattern and head shape. Moreover, M. africana was found to be a polyphagous species, demonstrating that "early-branching" Meloidogyne spp. are not as oligophagous as had previously been assumed. Cytogenetic information indicates M. africana (2n = 21) and M. ardenensis (2n = 51-54) to be a triploid mitotic parthenogenetic species, revealing at least four independent origins of mitotic parthenogenesis within the genus Meloidogyne. Furthermore, M. mali (n = 12) was found to reproduce by amphimixis, indicating that amphimictic species with a limited number of chromosomes are widespread in the genus, potentially reflecting the ancestral state of the genus. The wide variation in chromosome numbers and associated changes in reproduction modes indicate that cytogenetic evolution played a crucial role in the speciation of root-knot nematodes and plant-parasitic nematodes in general

Inheritance and restriction fragment length polymorphism of chloroplast DNA in the genus Coffea L.

CpDNA variation among 52 tree samples belonging to 25 different taxa of #Coffea and two species of #Psilanthus was assessed by RFLP analysis on both the total chloroplast genome and the atpB-rbcL intergenic region. Twelve variable characters were distinguished allowing the identification of 12 different plastomes. The low sequence divergence observed might suggest that #Coffea is a young genus. The results were in contradiction with the present classification into two genera. Additionally, cpDNA inheritance was studied in interspecific hybrids between #C. arabica and #C. canephora, and in an intraspecific progeny of #C. canephora, using PCR-based markers. Both studies showed exclusively maternal inheritance of cpDNA. (Résumé d'auteur

Flora of polliniferous importance for Apis mellifera (L.) in the region of Viçosa, MG

Procurou-se conhecer a flora de importância polinífera para Apis mellifera (L.) na região de Viçosa, MG, em período de entressafra de mel, entre agosto e dezembro de 2005. O experimento foi realizado em dois apiários distintos, cada um com cinco colmeias. As cargas retidas nos coletores de pólen instalados nas colmeias foram analisadas quanto à origem botânica. As plantas em floração no entorno dos apiários foram coletadas e identificadas. A maioria das plantas de importância polinífera para abelhas na região de Viçosa era nativa, localizada em jardins e com hábito arbóreo. Pela análise palinológica, verificou-se que espécies como Anadenanthera colubrina, Arecaceae sp., Baccharis dracunculifolia, B. melastomaefolia, Coffea spp., Emilia sagittata, Eugenia uniflora, Mikania cordifolia, M. hirsutissima, Myrcia fallax, Psidium guajava, Vernonia condensata, V. diffusa, V. lanuginosa e V. mariana são potenciais recursos poliníferos a serem utilizados no período de entressafra do mel. Os resultados indicaram a importância de plantas localizadas em áreas abertas para o forrageamento de pólen por A. mellifera e confirmaram o potencial polinífero da região estudada, durante o período de entressafra do mel.The objective of this work was to study flora of polliniferous importance for Apis mellifera (L.) in the region of Viçosa-MG, during the period between honey harvests from August to December, 2005. The experiment was carried out in two different apiaries, each one with five beehives. The pellets retained in the pollen collectors in the beehives were analyzed with respect to their botanical origin. The flowering plants surrounding the apiaries were collected and identified. Most plants of polliniferous importance for the bees in the Viçosa region were native, located in gardens and with arboreal habitus. The palynological analysis showed that species such as Anadenanthera colubrina, Arecaceae sp., Baccharis dracunculifolia, B. melastomaefolia, Coffea spp.s are potential polliniferous resources to be used during the period between honey harvests. The results indicate the importance of plants located in open areas for pollen scavenging by A. mellifera, confirming the polliniferous potential of the studied area during the period between honey harvests.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq

Somatic embryogenesis in coffee: the evolution of biotechnology and the integration of omics technologies offer great opportunities

One of the most important crops cultivated around the world is coffee. There are two main cultivated species, Coffea arabica and C. canephora. Both species are difficult to improve through conventional breeding, taking at least 20 years to produce a new cultivar. Biotechnological tools such as genetic transformation, micropropagation and somatic embryogenesis (SE) have been extensively studied in order to provide practical results for coffee improvement. While genetic transformation got many attention in the past and is booming with the CRISPR technology, micropropagation and SE are still the major bottle neck and urgently need more attention. The methodologies to induce SE and the further development of the embryos are genotype-dependent, what leads to an almost empirical development of specific protocols for each cultivar or clone. This is a serious limitation and excludes a general comprehensive understanding of the process as a whole. The aim of this review is to provide an overview of which achievements and molecular insights have been gained in (coffee) somatic embryogenesis and encourage researchers to invest further in the in vitro technology and combine it with the latest omics techniques (genomics, transcriptomics, proteomics, metabolomics, and phenomics). We conclude that the evolution of biotechnology and the integration of omics technologies offer great opportunities to (i) optimize the production process of SE and the subsequent conversion into rooted plantlets and (ii) to screen for possible somaclonal variation. However, currently the usage of the latest biotechnology did not pass the stage beyond proof of potential and needs to further improve

Identification and expression analysis of genes putatively involved in pathogenicity of Hemileia vastatrix to Coffea Arabica

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010O café é considerado o segundo produto mais importante no mercado internacional a seguir ao petróleo, representando uma importante fonte de receitas e divisas para mais de 60 países cafeicultores, muitos dos quais classificados como países em desenvolvimento. A sua importância a nível económico e social é inquestionável, visto que centenas de milhões de pessoas dependem, directa ou indirectamente, da sua indústria (cultura, processamento, comercialização, entre outros) para sobreviver. Actualmente, o mercado do café é considerado rentável e encontra-se em crescimento. Porém, pequenas perdas na produção e qualidade deste produto, como aquelas causadas por agentes patogénicos, têm consequências socio-económicas nefastas para a maioria dos países cafeicultores. Em casos extremos, as populações destes países são mesmo privadas dos cuidados básicos (tais como alimentos, medicamentos) e vivem em condições de vida bastante precárias. Deste modo, é vital implementar estratégias que visem o aumento da produtividade/qualidade do café no mercado internacional e, ao mesmo tempo, protejam a sua cultura de doenças epidémicas. Actualmente, várias destas doenças atacam o cafeeiro, sendo de destacar a ferrugem alaranjada, causada por Hemileia vastatrix Berkley and Broome, e a antracnose dos frutos verdes, causada por Colletotrichum kahawae Waller and Bridge pela sua importância económica. A ferrugem alaranjada afecta países cafeicultores por todo o mundo, gerando perdas de 30% se nenhuma medida de controlo for aplicada. Por outro lado, a antracnose dos frutos verdes encontra-se confinada ao continente Africano mas pode gerar perdas de produção mais severas, de até 80%. Neste trabalho, será apenas abordada a problemática da ferrugem alaranjada. H. vastatrix é um fungo biotrófico que depende das células vivas do hospedeiro para completar o seu ciclo de vida. A biotrofia caracteriza-se por um elevado grau de especialização por parte do agente patogénico, uma limitada actividade secretora, a formação de um interface rico em hidratos de carbono e proteínas entre as membranas celulares do fungo e da planta, a supressão das defesas da planta e a indução de genes do hospedeiro específicos para o estabelecimento da biotrofia, bem como a diferenciação de haustórios. Os haustórios são hifas especializadas, responsáveis não só pela nutrição do fungo, mas também pela emissão/recepção de sinais entre a planta e o agente patogénico. A necessidade de compreender toda esta dinâmica levou à realização de vários estudos moleculares e bioquímicos em diferentes organismos biotróficos tais como Cronartium quercuum, Melampsora lini, M. larici-populina, Phakopsora pachyrhizi, Uromyces fabae, U. vignae, e Puccinia spp. Contudo, até à data nenhum estudo semelhante foi realizado em H. vastatrix. O principal objectivo deste trabalho foi a identificação e análise da expressão de diversos genes potencialmente envolvidos no estabelecimento e manutenção da complexa interacção H. vastatrix – C. arabica. Para atingir este objectivo, foi ainda efectuada uma validação prévia de genes de referência que possam ser utilizados na normalização dos dados de expressão génica, os quais poderão constituir uma base para estudos análogos em H. vastatrix. Actualmente várias técnicas podem ser utilizadas na quantificação da expressão génica. O PCR quantitativo em Tempo Real é a técnica de excelência nesta área, devido à sua simplicidade, sensibilidade e eficiência. No entanto, para que os valores de expressão sejam fidedignos e se possam realizar inferências dos resultados com segurança, é essencial uma correcta normalização dos genes de estudo. Antes de aplicar esta técnica, é preciso atender ao facto que H. vastatrix é um organismo biológico complexo, com certas particularidades, tais como a impossibilidade de crescer em cultura artificial (in vitro), o que pode dificultar muito uma correcta validação dos genes de referência. Por isso, foi necessário aplicar um passo adicional de normalização que permitisse estimar a quantidade do fungo presente nas folhas, durante o processo de infecção. O perfil de expressão de oito genes, descritos na literatura como genes de referência, foi analisado e a sua estabilidade determinada, com recurso a programas informáticos de vanguarda (GeNorm e NormFinder), em três conjuntos de dados distintos: in vitro (uredosporos germinados e apressórios); in planta (estruturas de infecção pós penetração); in vitro+ in planta (conjunto de todas as amostras). Apesar dos dois programas terem apresentado os mesmos resultados para cada conjunto de dados (in vitro, in planta, in vitro+ in planta), a combinação de genes mais estáveis diferia entre cada um deles. Assim, Cyt b, 40S_Rib e Hv00099 foram os genes mais estáveis para as amostras in vitro, enquanto 40S_Rib, GADPH e Cyt III foram os mais estáveis para as amostras in planta. Para o conjunto das amostras (in vitro+in planta) os genes mais estáveis foram 40S_Rib, GADPH e Hv00099. Apesar destas diferenças, quando a expressão da proteína Gα foi analisada utilizando os factores de normalização específicos ou o factor de normalização global (o mesmo para todas as amostras), foi obtido um perfil génico semelhante com apenas algumas diferenças pontuais. Concluiu-se assim que ambas as estratégias permitiram obter uma normalização adequada, estabelecendo-se assim um conjunto de genes de referência para os estudos subsequentes de expressão génica, que constituem o objectivo principal deste trabalho. O perfil génico de onze genes potencialmente envolvidos no estabelecimento e manutenção da biotrofia foi obtido e a sua função inferida com base em estudos funcionais realizados noutras ferrugens. De acordo com a literatura, estes genes estavam envolvidos nos seguintes processos: i) modificação da parede celular do fungo para que esta não possa ser reconhecido pela planta (quitina desacetilases-CH1 e CH2); ii) vias de sinalização (proteina Gα e proteínas cinase mitogenicamente activadas-MAPK); iii) transporte de aminoácidos (AAT1_2 e AAT3); iv) transporte e metabolismo de açúcares (manitol desidrogenase-MADp1, transportador de hexose-HXT1p e invertase-INV); v) interacção com a planta (proteína de ferrugem transferida-RTP1p). A grande maioria destes genes revelou um perfil de expressão muito semelhante ao previamente descrito para outros fungos patogénicos, como por exemplo U. fabae, embora diferenças inesperadas tenham sido observadas para a quitina desacetilase, cujo aumento de expressão nas fases finais de infecção nunca tinha sido observado. MAPK também apresenta um perfil de expressão diferente do observado em outras ferrugens, uma vez que apenas é activada após a invasão do hospedeiro e não durante a formação dos apressorios, como foi previamente descrito. Este resultado sugere que este gene possa estar especificamente envolvido no processo de estabelecimento e manutenção da biotrofia, no entanto estudos funcionais são necessários para uma melhor compreensão do verdadeiro papel desta enzima. Por outro lado, os genes envolvidos na nutrição do fungo, tanto no transporte de aminoácidos como no transporte e metabolismo de açúcares, têm um perfil de expressão semelhante ao de U. fabae, o que claramente sugere uma elevada conservação nos genes responsáveis pela nutrição do fungo, durante o processo de biotrofia. Finalmente, como esperado, a RTP1 só foi detectada nas folhas infectadas, o que claramente sugere que também em H. vastatrix esta enzima pode estar envolvida na manutenção da biotrofia. Os resultados apresentados neste trabalho permitiram pela primeira vez a quantificação relativa da biomassa de fungo presente nas folhas infectadas durante o processo de infecção. Visto que tal estratégia nunca foi aplicada, foi aberto um novo caminho para estudos de expressão não só em H. vastatrix, mas também para outros agentes patogénicos de plantas com as mesmas limitações e dificuldades. Adicionalmente, desvendamos pela primeira vez alguns aspectos do processo molecular envolvido na complexa interacção C. arabica - H. vastatrix. Este conhecimento poderá contribuir para o desenvolvimento de estratégias de controlo de doenças bastante mais eficazes do que as aplicadas actualmente.Hemileia vastatrix, the causal agent of coffee leaf rust, is a biotrophic fungus with a worldwide distribution, causing serious social and economic problems in coffee growing countries. Expression studies may have a key role in unraveling the transcriptomics of this pathogen as well as its complex gene-for-gene-based interaction with the host. However, a proper normalization is required to obtain reliable results. In this way the expression stability of eight reference genes (GADPH, EF-1, β-Tubulin, Cyt III, Cyt b, Hv00099, Ubi, 40S_Rib) was analyzed and two strategies were defined as fit for normalization. The first part of this work allowed the correct validation of reference genes to H. vastatrix. In the second part of this work, the gene expression profile of eleven H. vastatrix genes were analyzed (CH1, CH2, Gα-protein, MAP Kinase, AAT1_2, AAT3, INV, HXT1p, MAD1p, Asp_AT and RTP1p) for being putatively involved in the establishment and maintenance of the biotrophy. The expression profile of chitin deacetylases (CH1 and CH2) and Gα-protein revealed that these enzymes are involved in the establishment of the biotrophy during the early stages of infection. However, up regulation of CH1 in late infection stages in H. vastatrix is unparalleled in other rusts. The MAP kinase gene was only activated after host invasion and not during appressoria formation, unlike its homologues in other fungi, suggesting that this gene could be specifically involved in the establishment of the biotrophy. Amino acid transporters (AAT1_2 and AAT3), Invertase (INV), Hexose transporter (HXT1p) and Manitol desidrogenase (MAD1p) present similar expression profiles to Uromyces fabae, suggesting a fairly conserved process among rust fungi. Finally, the RTP1p seems to be highly expressed in planta, but not in the in vitro phases, suggesting a similar function to U. fabae. Overall, our results have provided valuable insights at the molecular level to the current understanding of the biotrophic interaction between H. vastatrix – C. arabica.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), Portugal (PTDC/AGR-AAM/71866/2006); Ministère des Affaires Étrangères et Européennes, França; FCT (Partenariat Hubert Curien PHC-Pessoa 14700TF

Efficiency evaluation of food waste materials for the removal of metals and metalloids from complex multi-element solutions

Recent studies have shown the potential of food waste materials as low cost adsorbents for the removal of heavy metals and toxic elements from wastewater. However, the adsorption experiments have been performed in heterogeneous conditions, consequently it is difficult to compare the efficiency of the individual adsorbents. In this study, the adsorption capacities of 12 food waste materials were evaluated by comparing the adsorbents' efficiency for the removal of 23 elements from complex multi-element solutions, maintaining homogeneous experimental conditions. The examined materials resulted to be extremely efficient for the adsorption of many elements from synthetic multi-element solutions as well as from a heavy metal wastewater. The 12 adsorbent surfaces were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy and showed different types and amounts of functional groups, which demonstrated to act as adsorption active sites for various elements. By multivariate statistical computations of the obtained data, the 12 food waste materials were grouped in five clusters characterized by different elements' removal efficiency which resulted to be in correlation with the specific adsorbents' chemical structures. Banana peel, watermelon peel and grape waste resulted the least selective and the most efficient food waste materials for the removal of most of the elements