Isolation of high quality RNA from soil-grown Ilex paraguariensis roots suitable for next-generation sequencing and gene expression analyses

Extraction of high quality RNA is a prerequisite for downstream application in functional genomics analyses. However, the extraction and purification of pure nucleic acids from root tissues is generally difficult due to the high concentration of carbohydrates and secondary metabolites. Furthermore, the presence of enzymatic inhibitors such as fulvic and humic acids can also negatively affect extraction quality, when extracting from clay soil-grown roots. In this work, total RNA was extracted from soil-grown roots of Ilex paraguariensis using four commercially available kits: SpectrumTM, RNeasy®, TRI Reagent®, and SV Total RNA Isolation System. Spectral measurement and electrophoresis were used to demonstrate RNA quality and quantity. The SpectrumTM and RNeasy® protocols provided the highest quantity and quality of RNA; however, the former revealed superior extraction performance. Consequently, total RNA was extracted from the roots of non-stressed and drought-stressed plants using the SpectrumTM method and six RNA-seq libraries were prepared from polyA + mRNAs by means of TruSeq mRNA library construction protocol to convert RNA to complementary DNA (cDNA). More than 80 million raw read sequences were obtained from each condition with an average read length of 150 bp. The yield and quality of the total RNA were consistently high and the RNA could be used for further analyses as demonstrated by cDNA library construction, RT-PCR, and transcriptome sequencing. Thus, SpectrumTM method can be used to isolate high quality RNA from roots of normal and drought stressed I. paraguariensis plants.Fil: Avico, Edgardo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Acevedo, Raúl Maximiliano. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Departamento de Física y Química; ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin

Polyamines and legumes: Joint stories of stress, nitrogen fixation and environment

Polyamines (PAs) are natural aliphatic amines involved in many physiological processes in almost all living organisms, including responses to abiotic stresses and microbial interactions. On other hand, the family Leguminosae constitutes an economically and ecologically key botanical group for humans, being also regarded as the most important protein source for livestock. This review presents the profuse evidence that relates changes in PAs levels during responses to biotic and abiotic stresses in model and cultivable species within Leguminosae and examines the unreviewed information regarding their potential roles in the functioning of symbiotic interactions with nitrogen-fixing bacteria and arbuscular mycorrhizae in this family. As linking plant physiological behavior with “big data” available in “omics” is an essential step to improve our understanding of legumes responses to global change, we also examined integrative MultiOmics approaches available to decrypt the interface legumes-PAs-abiotic and biotic stress interactions. These approaches are expected to accelerate the identification of stress tolerant phenotypes and the design of new biotechnological strategies to increase their yield and adaptation to marginal environments, making better use of available plant genetic resources.Fil: Menendez, Ana Bernardina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental; Argentina. Universidad Nacional de San Martin. Instituto Tecnologico de Chascomus. - Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnologico Conicet - la Plata. Instituto Tecnologico de Chascomus.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Espasandin, Fabiana Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Gázquez, Ayelén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Bordenave, César Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Maiale, Santiago Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Rodriguez, Andres Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Maguire, Vanina Giselle. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Campestre, Maria Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Gárriz, Andrés. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Rossi, Franco Rubén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Romero, Fernando Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Solmi, Leandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Salloum, Maria Soraya. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigaciones Agropecuarias. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Monteoliva, Mariela Inés. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigaciones Agropecuarias. Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Debat, Humberto Julio. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigaciones Agropecuarias. Instituto de Patología Vegetal; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro de Investigaciones Agropecuarias. Instituto de Patología Vegetal; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); Argentin

Polyamines metabolism and their role in low temperature stress, as a breeding criteria in the Lotus genus

Las especies del género Lotus (Fabaceae) se encuentran dentro de las leguminosas forrajeras más cultivadas mundialmente, luego de Medicago spp. y Trifolium spp. Su alto valor nutricional y su capacidad para adaptarse a diferentes condiciones ambientales han favorecido su utilización en sistemas ganaderos ubicados en áreas marginales para la agricultura. Sin embargo, la producción de materia seca y capacidad de rebrote de Lotus spp., al igual que lo observado en otras leguminosas forrajeras, se ven drásticamente reducidas durante las estaciones frías. Con el objetivo de estudiar el efecto del estrés por bajas temperaturas en el género Lotus, se evaluó la respuesta bioquímica, transcripcional y fisiológica de diferentes ecotipos de la especie modelo L. japonicus cultivados bajo estas condiciones de estrés. En particular, estos estudios fueron profundizados en los ecotipos MG-1 y MG-20, seleccionados por su respuesta contrastante durante la germinación en frio. Metabólicamente se observó una alteración en el contenido de poliaminas en las plantas tratadas, siendo los niveles de putrescina más elevados en el ecotipo tolerante (MG-20) en comparación con el ecotipo sensible (MG-1). Se realizaron estudios mediante el agregado exógeno de la diamina putrescina en L. japonicus MG-1, y también se evaluó la respuesta de la línea transgénica pRD29A:oatADC (acumuladora de putrescina bajo condiciones de estrés) de L. tenuis en estrés por frío. Mediante estos ensayos, si bien no se logró determinar el rol de la putrescina en los mecanismos de respuesta a las bajas temperaturas de Lotus spp., se observó que el nivel de este metabolito podría utilizarse como indicador de tolerancia bajo estas condiciones en L. japonicus. A nivel transcripcional, se clasificaron 1.077 genes diferencialmente expresados al comparar plantas cultivadas bajo condiciones óptimas con respecto a plantas tratadas. Este perfil transcriptómico permitió identificar diferentes vías metabólicas involucradas en la aclimatación al frío, que fueron evaluadas en la respuesta de los ecotipos MG-1 y MG-20 de L. japonicus. Los resultados obtenidos evidenciaron una alteración en la relación NADPH/NADP+, sugiriendo un desbalance redox inducido por el frío. A su vez, se determinóla actividad de diferentes enzimas antioxidantes, observándose contrastes entre ecotipos y tratamientos para la superóxido dismutasa, en particular, en la isoforma cloroplástica. A nivel fisiológico, el estrés por frío provocó fotoinhibición en ambos ecotipos, sin embargo las plantas MG-1 se vieron más afectadas que las MG-20. Nuestros resultados sugieren que los niveles de la proteína D2 del fotosistema II (PSII) estarían involucrados en este proceso. Por último, con el objetivo de profundizar en el estudio de la fotoinhibición en L. japonicus sometido a estrés por frío, se realizó un estudio del perfil de proteínas cloroplásticas en MG-1 y MG-20. Los cambios observados en sus abundancias relativas confirman una respuesta de aclimatación diferente entre ambos ecotipos. El presente trabajo de tesis permitió identificar distintos mecanismos implicados en la aclimatación al frío en L. japonicus, en los cuáles la respuesta de los cloroplastos se encontraría fuertemente vinculada. Nuestros resultados abren la posibilidad de futuros estudios y aplicaciones en otras especies de Lotus utilizadas actualmente como forrajes.Lotus spp. are within the more cultivated forage legumes after Medicago spp. and Trifolium spp. Its high nutritional value and adaptability to marginal conditions have favored its use in areas of low agricultural suitability. However, the dry matter production and regrowth rate of cultivable Lotus spp. is drastically reduced during colder seasons. With the aim of studying the effect of cold stress in the Lotus genus, the biochemical, transcriptomic and physiological response was evaluated on different L. japonicus ecotypes under these conditions. In particular, these studies were deepened in the MG-1 and MG-20 ecotypes, obtained from their contrasting germination capacity at low temperatures. Alterations in the polyamines metabolism were observed in the treated plants, showing higher putrescine levels in the tolerant ecotype (MG-20) in comparison with the sensible ecotype (MG-1). Studies with exogenous putrescine aggregation in MG-1 L. japonicus ecotype, and transgenic pRD29A:oatADC L. tenuis (which accumulates putrescine under stress conditions) were done under chilling. Although it was not possible to determine a putrescine role in the cold response, data suggest that this metabolite could be used as a tolerance indicator under these constraint conditions in L. japonicus. High-throughput RNA sequencing was used to classify 1077 differentially expressed genes when comparing plants grown under optimal and cold stress conditions. Candidate metabolisms involved in the acclimation response to low temperatures were identified, which were further evaluated in the contrasting ecotypes MG-1 and MG-20. Data showed that a chilling-induced redox imbalance was suggested through NADPH/NADP+ ratio alterations. Antioxidant enzyme activities were also measured anddifferences were observed between ecotypes and treatments for superoxide dismutase, in particular the chloroplastic isoform. Stress-induced photoinhibition also differentially influenced both ecotypes, being MG-1 more affected than MG-20. Our results suggest that the D2 photosystem II (PSII) protein levels are involved in this phenomenon. Finally, in order to further understand the photoinhibitory process of L. japonicus under cold stress, a chloroplast protein profile was made in both MG-1 and MG-20 plants. The observed changes in their relative abundances confirm a different acclimation response between ecotypes. The present work allowed the identification of different mechanisms implicated in the cold acclimation of L. japonicus, in which the chloroplasts response would be strongly linked. Our results open the possibility for future studies and applications in other Lotus species used as forage.Fil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina

Overexpression of the Arginine Decarboxylase Gene Improves Tolerance to Salt Stress in Lotus tenuis Plants

To analyse the putative effects of putrescine on the plant response to salinity, micropropagated Lotus tenuis plants from wild-type and transgenic lines harbouring the pRD29A::oat arginine decarboxylase (ADC, EC 4.1.1.19) construct were subjected to a gradual increase in salinity that was applied gradually by means of sodium chloride irrigation (from 0 to 0.3 mol L−1) every 5 days up to the maximum concentration. At the end of the experiment, the transgenic lines were healthier than the wild-type plants and displayed a smaller reduction in shoot biomass and a slight increase in root growth in response to stress. The overexpression of ADC increased osmotic adjustment (5.8-fold) via the release of proline. The salinity treatment doubled the potassium uptake by roots from transgenic ADC stressed plants with a concomitant decrease in the accumulation of sodium, balancing the Na+/K+ ratio. Analysis of gene expression, enzymatic activities and hormone metabolism suggests a crosstalk between polyamines and abscisic acid in response to salinity via modulation of the abscisic acid biosynthesis-related enzyme 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (EC 1.13.11.51) at the transcriptional level.Fil: Espasandin, Fabiana Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Maiale, Santiago Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin

Transcriptional regulation of 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase (NCED) gene by putrescine accumulation positively modulates ABA synthesis and drought tolerance in Lotus tenuis plants

The accumulation of putrescine (Put) and increased arginine decarboxylase (ADC, EC 4.1.1.19) activity levels in response to osmotic stress has been reported; however, the biological meaning of this increase remains unclear. To obtain new insights into these questions, we studied the drought response of a transgenic Lotus tenuis line that expresses the oat ADC gene, which is driven by the stress-inducible pRD29A promoter. This line contains high levels of Put with no changes in spermidine and spermine contents, even under water deficits. Our results indicate that the biochemical and morphological responses to dehydration correlate with the Put level and provide evidence that Put controls the ABA content in response to drought by modulating ABA biosynthesis at the transcriptional level.Fil: Espasandin, Fabiana Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; ArgentinaFil: Maiale, Santiago Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Sansberro, Pedro Alfonso. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Nordeste. Instituto de Botánica del Nordeste. Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Agrarias. Instituto de Botánica del Nordeste; Argentin

Contrasting response of two Lotus corniculatus L. accessions to combined waterlogging–saline stress

Waterlogging and salinity impair crop growth and productivity worldwide, with their combined effects being larger than the additive effects of the two stresses separately. Here, a common forage tetraploid Lotus corniculatus (cv. San Gabriel) and a diploid L. corniculatus accession, collected from a coastal area with high frequency of waterlogging–saline stress events, were evaluated for tolerance to waterlogging, salinity and these two stresses combined. We hypothesize that, due to its environmental niche, the diploid accession would show better adaptation to combined waterlogging–saline stress compared to the tetraploid L. corniculatus. Plants were evaluated under control conditions, waterlogging, salinity and a combined waterlogging–saline treatment for 33 days. Shoot and root growth were assessed, together with chlorophyll fluorescence and gas exchange measurements. Results showed that salinity and waterlogging effects were more severe for the tetraploid accession, with a larger effect being observed under the combined stress condition. Concentrations of Na+, Cl− and K+ were measured in apical and basal leaves, and in roots. A larger accumulation of Na+ and Cl− was observed under both saline and combined stress treatments for the tetraploid L. corniculatus, for which ion toxicity effects were evident. The expression of CLC gene, coding for a Cl− transporter, was only increased in diploid L. corniculatus plants in response to the combined stress condition, suggesting that ion compartmentalization mechanisms were induced in this accession. Thus, this recently characterized L. corniculatus could be used for the introduction of new tolerance traits in other Lotus species used as forage.Fil: Antonelli, Cristian Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Campestre, Maria Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Escaray, Francisco José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); Argentin

The increase of photosynthetic carbon assimilation as a mechanism of adaptation to low temperature in Lotus japonicus

Abstract Low temperature is one of the most important factors affecting plant growth, it causes an stress that directly alters the photosynthetic process and leads to photoinhibition when severe enough. In order to address the photosynthetic acclimation response of Lotus japonicus to cold stress, two ecotypes with contrasting tolerance (MG-1 and MG-20) were studied. Their chloroplast responses were addressed after 7 days under low temperature through different strategies. Proteomic analysis showed changes in photosynthetic and carbon metabolism proteins due to stress, but differentially between ecotypes. In the sensitive MG-1 ecotype acclimation seems to be related to energy dissipation in photosystems, while an increase in photosynthetic carbon assimilation as an electron sink, seems to be preponderant in the tolerant MG-20 ecotype. Chloroplast ROS generation was higher under low temperature conditions only in the MG-1 ecotype. These data are consistent with alterations in the thylakoid membranes in the sensitive ecotype. However, the accumulation of starch granules observed in the tolerant MG-20 ecotype indicates the maintenance of sugar metabolism under cold conditions. Altogether, our data suggest that different acclimation strategies and contrasting chloroplast redox imbalance could account for the differential cold stress response of both L. japonicus ecotypes

The alkaline tolerance in Lotus japonicus is associated with mechanisms of iron acquisition and modification of the architectural pattern of the root

The response of fifty-four Lotus japonicus ecotypes, and of six selected ecotypes was investigated under alkaline conditions. Sensitive, but not tolerant ecotypes, showed interveinal chlorosis under all alkalinity conditions and high mortality under extreme alkalinity. Interveinal chlorosis was associated with Fe deficiency, as a reduced Fe2+ shoot content was observed in all sensitive ecotypes. In addition, some showed a decline in photosynthesis rate and PSII performance compared to the control. In contrast, some tolerant ecotypes did not change these parameters between treatments. Alkaline tolerance could be explained by a mechanism of Fe acquisition and a root structural modification. This conclusion was based on the fact that all tolerant, but not the sensitive ecotypes, presented high ferric reductase oxidase activity under alkaline stress compared to the control, and a Herringbone root pattern modification. On this basis, the analysis of these mechanisms of alkaline tolerance could be used in screening programs for the selection of new tolerant genotypes in the Lotus genus.Fil: Campestre, Maria Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Antonelli, Cristian Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Maiale, Santiago Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Rodriguez, Andres Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); Argentin

Physiological and anatomical traits associated with tolerance to long‐term partial submergence stress in the Lotus genus: responses of forage species, a model and an interspecific hybrid

Cattle production based on natural pastures is often subject to flooding periods, which affect plant performance and as a result, forage production. Although most forage legumes are not tolerant to flooding, Lotus spp. are outstanding alternatives, since species, such as L. tenuis (Lt) and L. corniculatus (LcT), have high forage quality and are adaptable to different environments. We recently obtained a L. tenuis × L. corniculatus hybrid (LtxLc) with potential new cultivar traits, although its tolerance to flooding stress has not yet been evaluated. In the present study, the performance of LtxLc, its parental diploid accessions, the model legume L. japonicus and tetraploid LcT were evaluated under 55 days of partial submergence stress and a 35‐day recovery period. Physiological, morphological and anatomical traits were analysed, showing that tolerance to partial submergence was positively associated with aerenchyma and adventitious root formation and relative growth rates. Overall, Lt and LtxLc showed the best responses under stress and during the recovery period. Nevertheless, the higher forage value of LtxLc makes it recommendable for use in environments affected by flooding. Our results could be used as breeding criteria for the generation of new cultivars tolerant to partial submergence stress.Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos VegetalesFil: Antonelli, Cristian Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Vilas, Juan Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Campestre, María Paula. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Escaray, Francisco José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); Argentina. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Fisiología y Recursos Genéticos Vegetales; Argentin

Photosynthetic responses mediate the adaptation of two Lotus japonicus ecotypes to low temperature

Lotus species are important forage legumes due to their high nutritional value and adaptability to marginal conditions. However, the dry matter production and regrowth rate of cultivable Lotus spp. is drastically reduced during colder seasons. In this work, we evaluated the chilling response of L. japonicus ecotypes MG-1 and MG-20. No significant increases were observed in reactive oxygen species and nitric oxide production or in lipid peroxidation, although a chilling-induced redox imbalance was suggested through NADPH/NADP+ ratio alterations. Antioxidant enzyme catalase, ascorbate peroxidase, and superoxide dismutase activities were also measured. Superoxide dismutase, in particular the chloroplastic isoform, showed different activity for different ecotypes and treatments. Stress-induced photoinhibition also differentially influenced both ecotypes, with MG-1 more affected than MG-20. Data showed that the D2 PSII subunit was more affected than D1 after 1 d of low temperature exposure, although its protein levels recovered over the course of the experiment. Interestingly, D2 recovery was accompanied by improvements in photosynthetic parameters (Asat and Fv/Fm) and the NADPH/NADP+ ratio. Our results suggest that the D2 protein is involved in the acclimation response of L. japonicus to low temperature. This may provide a deeper insight into the chilling tolerance mechanisms of the Lotus genus.Fil: Calzadilla, Pablo Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Signorelli, Santiago. Universidad de la República; Uruguay. University of Western Australia; AustraliaFil: Escaray, Francisco José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Menendez, Ana Bernardina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Micología y Botánica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Micología y Botánica; ArgentinaFil: Monza, Jorge. Universidad de la República; UruguayFil: Ruiz, Oscar Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); ArgentinaFil: Maiale, Santiago Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús). Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas "Dr. Raúl Alfonsín" (sede Chascomús); Argentin