Malate as a key carbon source of leaf dark-respired CO2 across different environmental conditions in potato plants

Dissimilation of carbon sources during plant respiration in support of metabolic processes results in the continuous release of CO(2). The carbon isotopic composition of leaf dark-respired CO(2) (i.e. δ (13) C (R)) shows daily enrichments up to 14.8‰ under different environmental conditions. However, the reasons for this (13)C enrichment in leaf dark-respired CO(2) are not fully understood, since daily changes in δ(13)C of putative leaf respiratory carbon sources (δ (13) C (RS)) are not yet clear. Thus, we exposed potato plants (Solanum tuberosum) to different temperature and soil moisture treatments. We determined δ (13) C (R) with an in-tube incubation technique and δ (13) C (RS) with compound-specific isotope analysis during a daily cycle. The highest δ (13) C (RS) values were found in the organic acid malate under different environmental conditions, showing less negative values compared to δ (13) C (R) (up to 5.2‰) and compared to δ (13) C (RS) of soluble carbohydrates, citrate and starch (up to 8.8‰). Moreover, linear relationships between δ (13) C (R) and δ (13) C (RS) among different putative carbon sources were strongest for malate during daytime (r(2)=0.69, P≤0.001) and nighttime (r(2)=0.36, P≤0.001) under all environmental conditions. A multiple linear regression analysis revealed δ (13) C (RS) of malate as the most important carbon source influencing δ (13) C (R). Thus, our results strongly indicate malate as a key carbon source of (13)C enriched dark-respired CO(2) in potato plants, probably driven by an anapleurotic flux replenishing intermediates of the Krebs cycle

Malate as a key carbon source of leaf dark-respired CO2 across different environmental conditions in potato plants

Carbon isotope analyses revealed malate as a key carbon source of leaf dark-respired CO2 in potato plants under different temperature and soil moisture conditions during a daily cycl

EVAluation of Soybean varieties for low Input and Organic productioN under stressed conditions (EVASION) 2021–2024

Weed competitiveness of soybean varieties is a desirable trait for organic, but also for non-organic production, as the use of herbicides is increasingly limited. Soybean cultivation will have to cope more often with drought in the future. The objective of the EVASION project (2021-2024) is to improve the assessment of varieties in order to identify the ones with the best behavior in stress conditions, following the effort of breeding companies to offer new lines with new characteristics. Variety evaluation usually consists in comparing candidate varieties performances to « standard » varieties, in multilocal trials. This is usually not enough to identify the varieties with the best potential in limiting conditions, like drought or strong weed infestation, as stress conditions may result in the abandon of the location, due to an extreme high variability among plots and locations. It is therefore important to define a new methodology to assess variety performance in a large range of growing conditions. The first step will consist in improving the knowledge of variety adaptation to drought and weed stress and their interactions. The best strategies (morphological and physiological) will be identified in field trials. The second step will be to test non destructive measurement tools and choose the most relevant for routine evaluation. The third step will be to implement these methods to routine evaluation, in organic and non-organic trials. At the end of the project we will have new evaluation strategies allowing to propose varieties with better performance in stress conditions, for both feed and food, and better description of each variety potential depending on the environmental conditions. Furthermore, farmers will learn about soybean cultivation and implications of drought, stress- and weed tolerant varieties thanks to strip trials and field visits and by other dissemination activities

The role of Not4 in cellular homeostasis during proliferation and differentiation in Saccharomyces cerevisiae

Der eukaryotische Ccr4-NOT Komplex stellt eine multifunktionale, regulatorische Plattform – durch die Kontaktierung einer Vielzahl an Komponenten der Proteinbiosynthesemaschinerie – und beeinflusst die raumzeitliche und kontextspezifische Kontrolle der Genexpression. Er begleitet mRNAs von ihrer transkriptionellen Synthese, über ihre Translation, bis hin zu ihrem Abbau. Der Komplex integriert dabei Reize aus der Umwelt und wirkt sich entsprechend auf die Antwort auf der Ebene der Genexpression aus. Der Ccr4-NOT Komplex besteht aus neun Kernkomponenten, welche um das Gerüstprotein Not1 arrangiert sind. Funktionell kann der Komplex in zwei Hauptbestandteile unterteilt werden: das Deadenylase- und NOT-Modul. Das Deadenylasemodul umfasst die Komplexpartner Caf1 und Ccr4 und ist für die Deadenylierung von mRNAs verantwortlich, welche letztendlich den Abbau von mRNAs initiiert. Im Gegensatz dazu ist das NOT-Modul hauptsächlich an der transkriptionellen Repression beteiligt und besteht aus Not2 bis Not5. Zusätzlich umfasst das NOT-Modul die E3 Ubiquitin-Ligase Not4, welche spezifisch mit den E2-Enzymen Ubc4/5 interagiert und die substratspezifische Konjugation von Ubiquitin vermittelt. Der Komplex ist hochgradig konserviert in seiner strukturellen Organisation, und der ihm innewohnenden Fähigkeiten in Bezug auf molekulare Funktionen und biologische Prozesse. Der Komplex wird seit über 25 Jahren intensiv untersucht und konnte in dieser Zeit sein enormes Potential als zentraler Drehpunkt innerhalb der kontextspezifischen Kontrolle der Genexpression zeigen. Er ist an der Feinsteuerung der Genexpression bei Stressreaktionen und Entwicklungsprozessen beteiligt, wie auch am zellulären Gleichgewicht unter physiologischen Bedingungen. Die Charakterisierung der Einzelkomponenten des Ccr4-NOT Komplexes in der Bäckerhefe Saccharomyces cerevisiae wird hauptsächlich mit Hilfe entsprechender Deletionsmutanten durchgeführt, mit Ausnahme von Not1, welches als einzige Untereinheit essenziell ist. Die hier vorgestellte Arbeit befasst sich hauptsächlich mit der E3 Ubiquitin-Ligase Not4 in der Bäckerhefe, und seinem orthologen Verwandten NTL-4 im Fadenwurm Caenorhabditis elegans. Sie trägt mit den folgenden Erkenntnissen zu dem komplexen Regulationsnetzwerk, innerhalb dessen der Ccr4-NOT Komplex seine Aktivitäten ausführt, in einem Not4-spezifischen Umfang bei:1. Obwohl die Deletion von NOT4 von der Bäckerhefe toleriert wird, treten sporadisch Kolonien auf, welche in der Lage sind, Wachstumsphenotypen zu unterdrücken. Deswegen wurde nach einem alternativen Ansatz gesucht, um einen Not4-spezifischen Funktionsverlust untersuchen zu können. Dabei hat sich der kontrollierbare Abbau des Proteins als geeignete Alternative erwiesen, und kann die meisten Phänotypen, die für eine NOT4 Deletion beschrieben wurden, reproduzieren.2. In einer Microarray-basierten Analyse der Gesamt-mRNA wurden teilweise Unterschiede für Not4-dezimierte Zellen im Vergleich zu einer veröffentlichten ähnlichen Untersuchung in NOT4-deletierten Zellen festgestellt. Dabei unterschied sich der Umfang differenziell exprimierter Gene qualitativ und quantitativ. Diese Beobachtung erlaubt eine aufschlussreiche Unterscheidung zwischen unverzüglichen Effekten aufgrund des kurzfristigen Verlusts von Not4 im Vergleich zu langfristigen und möglicherweise akkumulierenden Effekten bezüglich des Gesamttranskriptoms. Zusätzlich lieferte die Microarray-basierte Analyse einen neuen Ansatzpunkt, welcher die beschriebene Derepression von paarungsassoziierten Genen in NOT4-deletierten Zellen erklären könnte. Die unerwartete Genexpression des alpha-Pheromons des entgegengesetzten Hefegeschlechts in Not4-dezimierten Zellen könnte zu einer autokrinen Stimulation des MAPK-vermittelten Paarungssignalweges und dadurch zur Aktivierung entsprechender Gene führen. Die autokrine Stimulation würde hierbei zu einer Aktivierung der Genexpression führen, im Gegensatz zu einer bloßen Derepression durch den Verlust der Not4 Funktion.3. Die Funktion von Not4 ist nicht essenziell für die Umprogrammierung des Transkriptoms und der translationalen Repression aufgrund eines Aminosäureentzugs, jedoch beeinträchtigt sein Verlust global die Effizienz, mit welcher diese Prozesse ablaufen. Dies kann sich kritisch auf das Überleben der Zellen auswirken. Interessanterweise konnte durch Polysomenprofile, welche ein Maß für die globale Translation darstellen, gezeigt werden, dass Not4-dezimierte Zellen unter aminosäurereichen Bedingungen größere Unterschiede zu Kontrollzellen aufwiesen als unter aminosäurearmen Bedingungen. In diesem Zusammenhang ergab sich, dass die Funktion von Not4 unter vorteilhaften Bedingungen für die Förderung der Translation erforderlich ist.4. Während die phänotypischen Auswirkungen in Not4-dezimierten Zellen mit denen einer vollständigen Gendeletion verglichen wurden, wurde ein bisher unbeschriebener Phänotyp für den Funktionsverlust von Not4 entdeckt: invasives Wachstum. Überraschenderweise war dieser Phänotyp von einem der beiden Hefegeschlechter abhängig und trat nur in Zellen mit dem MATa Geschlecht auf. Jedoch ist dieser Phänotyp mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Nebeneffekt der autokrinen Stimulation des Paarungssignalweges, welche für Not4-dezimierte Zellen beobachtet wurde.5. Erste Ergebnisse der Untersuchung des orthologen ntl-4 in C. elegans erlaubten es, Aussagen über die Lokalisierung des Proteins im vollständig entwickelten Wurm zu treffen. Am offensichtlichsten war die Verteilung von NTL-4 innerhalb der Gonaden, was auf eine Beteiligung an der Oogenese schließen lässt und insgesamt in das Bild einer regulatorischen Teilname des Ccr4-NOT Komplexes an Entwicklungs- und Differenzierungsprozessen passt. Innerhalb der Zellen konnte NTL-4 zweifelsfrei im Zytoplasma detektiert werden, sowohl gleichmäßig verteilt, als auch deutlich konzentriert in Punkten. Der RNA-Interferenz-vermittelte Knock-down von ntl-4 ergab keinen signifikanten Effekt bezüglich der Überlebensrate adulter Würmer. Stattdessen zeichnete sich ein Entwicklungsdefekt ab, welcher durch das häufige Auftreten einer ausgestülpten Vulva (protruding vulva) angezeigt wurde, ausgelöst durch eine Beeinträchtigung der strukturellen Integrität dieses Sexualorgans. Die Häufigkeit, mit welcher dieser Phänotyp auftrat, konnte auf normale Level reduziert werden, indem die RNA-Interferenz erst zu einem Zeitpunkt angewandt wurde, zu dem die Entwicklung bereits abgeschlossen war. Dieser Umstand betont eine Beteiligung von NTL-4 während der Entwicklung erneut.6. Für den Glutamin-/Asparagin-reichen C-Terminus von NTL-4 konnte mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Prionen-ähnliche Domäne vorhergesagt werden, da die Proteinsequenz eine hohe Ähnlichkeit mit Sequenzen aufweist, welche charakteristisch für Proteine, die Prione oder ähnliche Strukturen bilden, sind. Ferner wurde festgestellt, dass sich das Protein mit Hilfe des biotinylierten Isoxazol präzipitieren lässt. Das eröffnet neue vielversprechende Möglichkeiten für weitere Untersuchungen von NTL-4. Not4 lässt sich in ähnlicher Weise präzipitieren, obwohl das Vorhersageprogramm keine hohe Wahrscheinlichkeit für eine Prionen-ähnliche Domäne erkennen ließ. Außerdem konnte das Präzipitationsverhalten von Not4 durch eine Verkürzung an einem seiner beiden Enden signifikant beeinflusst werden.publishe

Strong Coupling of Shoot Assimilation and Soil Respiration during Drought and Recovery Periods in Beech As Indicated by Natural Abundance delta C-13 Measurements

Drought down-regulates above- and belowground carbon fluxes, however, the resilience of trees to drought will also depend on the speed and magnitude of recovery of these above- and belowground fluxes after re-wetting. Carbon isotope composition of above- and belowground carbon fluxes at natural abundance provides a methodological approach to study the coupling between photosynthesis and soil respiration (SR) under conditions (such as drought) that influence photosynthetic carbon isotope discrimination. In turn, the direct supply of root respiration with recent photoassimilates will impact on the carbon isotope composition of soil-respired CO2. We independently measured shoot and soil CO2 fluxes of beech saplings (Fagus sylvatica L.) and their respective δ13C continuously with laser spectroscopy at natural abundance. We quantified the speed of recovery of drought stressed trees after re-watering and traced photosynthetic carbon isotope signal in the carbon isotope composition of soil-respired CO2. Stomatal conductance responded strongly to the moderate drought (-65%), induced by reduced soil moisture content as well as increased vapor pressure deficit. Simultaneously, carbon isotope discrimination decreased by 8‰, which in turn caused a significant increase in δ13C of recent metabolites (1.5–2.5‰) and in δ13C of SR (1–1.5‰). Generally, shoot and soil CO2 fluxes and their δ13C were in alignment during drought and subsequent stress release, clearly demonstrating a permanent dependence of root respiration on recently fixed photoassimilates, rather than on older reserves. After re-watering, the drought signal persisted longer in δ13C of the water soluble fraction that integrates multiple metabolites (soluble sugars, amino acids, organic acids) than in the neutral fraction which represents most recently assimilated sugars or in the δ13C of SR. Nevertheless, full recovery of all aboveground physiological variables was reached within 4 days – and within 7 days for SR – indicating high resilience of (young) beech against moderate drought.ISSN:1664-462

Linking biochemical perturbations in tissues of the African catfish to the presence of polycyclic aromatic hydrocarbons in Ovia River, Niger Delta region

Petroleum hydrocarbons including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a pollution issue in the Niger Delta region due to oil industry activities. PAHs were measured in the water column of the Ovia River with concentrations ranging from 0.1 to 1055.6 ng L-1. Attenuated total reflection Fourier-transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy detected alterations in tissues of the African catfish (Heter-bronchus bidorsalis) from the region showed varying degrees of statistically significant (P <0.0001, P <0.001, P <0.05) changes to absorption band areas and shifts in centroid positions of peaks. Alteration patterns were similar to those induced by benzoapyrene in MCF-7 cells. These findings have potential health implications for resident local communities as H. bidorsalis constitutes a key nutritional source. The study provides supporting evidence for the sensitivity of infrared spectroscopy in environmental studies and supports their potential application in biomonitoring. (C) 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved

Malate as main carbon source of leaf dark-respired CO2 across different environmental conditions in potato plants

ISSN:1460-2431ISSN:0022-095

Contrasting responses of crop legumes and cereals to nitrogen availability.

In nonagricultural systems, the relationship between intrinsic water-use efficiency (WUEi ) and leaf nitrogen (Narea ) is known to be stronger for legumes than for nonlegumes. We tested whether these relationships are retained for major agricultural legumes and nonlegumes. We compared the response to N nutrition of WUEi (and its component parts, photosynthesis (Asat ) and stomatal conductance (gs )) for legumes Cicer arietinum, Glycine max, Lupinus alba and Vicia faba, nonlegume dicots Brassica napus and Helianthus annus, and nonlegume cereals Hordeum vulgare and Triticum aestivum. Surprisingly, and in contrast to studied cereals and nonlegume dicots, Narea was positively related to photosynthesis in the legumes, explaining nearly half of the variance in Asat . WUEi was tightly coupled to Narea for agricultural legumes and nonlegume dicots, but not for cereal crops. Our analysis suggests that breeding efforts to reduce gs in legumes could increase WUEi by 120-218% while maintaining Asat at nonlegume values. Physiologically informed breeding of legumes can enhance sustainable agriculture by reducing requirements for water and N