Biochemical and histological characterization of tomato mutants

Biochemical responses inherent to antioxidant systems as well morphological and anatomical properties of photomorphogenic, hormonal and developmental tomato mutants were investigated. Compared to the non-mutant Micro-Tom (MT), we observed that the malondialdehyde (MDA) content was enhanced in the diageotropica (dgt) and lutescent (l) mutants, whilst the highest levels of hydrogen peroxide (H2O2) were observed in high pigment 1 (hp1) and aurea (au) mutants. The analyses of antioxidant enzymes revealed that all mutants exhibited reduced catalase (CAT) activity when compared to MT. Guaiacol peroxidase (GPOX) was enhanced in both sitiens (sit) and notabilis (not) mutants, whereas in not mutant there was an increase in ascorbate peroxidase (APX). Based on PAGE analysis, the activities of glutathione reductase (GR) isoforms III, IV, V and VI were increased in l leaves, while the activity of superoxide dismutase (SOD) isoform III was reduced in leaves of sit, epi, Never ripe (Nr) and green flesh (gf) mutants. Microscopic analyses revealed that hp1 and au showed an increase in leaf intercellular spaces, whereas sit exhibited a decrease. The au and hp1 mutants also exhibited a decreased in the number of leaf trichomes. The characterization of these mutants is essential for their future use in plant development and ecophysiology studies, such as abiotic and biotic stresses on the oxidative metabolism

Antioxidative response of sugarcane (Saccharum spp.) genotypes under water deficit

O déficit hídrico é o principal fator limitante na produtividade das culturas agrícolas. A exposição das plantas a este estresse pode resultar em dano oxidativo devido ao aumento na produção de espécies ativas de oxigênio (EAOs). O objetivo deste trabalho foi estudar os efeitos do déficit hídrico, em 20 variedades de cana-deaçúcar, através da resposta do sistema antioxidante. O déficit hídrico foi imposto pela supressão da irrigação durante 3, 10 e 20 dias. A peroxidação lipídica, mensurada através do conteúdo de MDA, e a concentração de peróxido de hidrogênio (H2O2) foram utilizados como indicativos da ocorrência de estresse oxidativo. A resposta do sistema antioxidante variou em função das variedades estudadas e da intensidade do estresse aplicado. Todavia, após 3 dias de supressão da irrigação não ocorreu variação no perfil protéico em SDS-PAGE, no conteúdo de MDA, H2O2, prolina e na atividade das enzimas antioxidantes superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbato peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (GPOX) e glutationa redutase (GR), para a maioria das variedades estudadas. Entretanto, aos 10 dias de supressão da irrigação, com exceção da GR, a maioria das variedades demonstrou incremento nestes parâmetros. Após 20 dias todos os genótipos demonstraram incremento no conteúdo de MDA, em relação ao controle, refletindo os danos causados pelo estresse oxidativo. As variedades que demonstraram redução na atividade das enzimas SOD e APX, 20 dias após a suspensão da irrigação, apresentaram maior incremento na peroxidação lipídica e conteúdo de H2O2. Estes resultados sugerem que sob déficit hídrico moderado, a maioria das variedades foi capaz de induzir a atividade das enzimas antioxidantes. Entretanto, à medida que o déficit hídrico torna-se mais severo pode ocorrer o colapso do sistema de defesa antioxidante, sendo a SOD e APX as enzimas mais afetadas.Water deficit is the major yield-limiting factor of crop plants. Plant exposure to this abiotic stress can result in oxidative damage due to the over production of reactive oxygen species (ROS). The aim of this work was to study the effects of water deficit in 20 sugarcane genotypes in response of the antioxidant system. Water deficit was imposed by withholding irrigation during 3, 10 and 20 days. Lipid peroxidation, measured as MDA content, and hydrogen peroxide (H2O2) was used as oxidative stress markers. Antioxidant system response ranged according to genotypes and stress intensity. After 3 days of withholding irrigation, no variation in protein profile (SDSPAGE), MDA content, H2O2, proline and activity of antioxidant enzymes superoxido dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX), guaiacol peroxidase (GPOX) and glutathione reductase (GR) was observed, in the majority of genotypes. However, 10 days after withholding irrigation, the majority of genotypes showed increase in these parameters. After 20 days, all genotypes showed increase in MDA content, compared with control plants, reflecting the damage caused by oxidative stress. Genotypes that showed decrease in the activity of SOD and APX, 20 days after withholding irrigation, presented high increase in lipid peroxidation and H2O2 content. These results suggest that under moderate water deficit, the majority of genotypes were able to induce the activity of antioxidant enzymes. However, as the water deficit became more severe the collapse of antioxidant system can occur, being SOD and APX the more affected enzymes

Transcriptomic analysis of sugarcane plants inoculated with Leifsonia xyli subsp. xyli, causal agent of ratoon stunting disease

O raquitismo das soqueiras, causado pela bactéria endofítica Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx), já foi identificado em praticamente todas as regiões produtoras de cana-de-açúcar no mundo causando sérias perdas na produção. A doença é caracterizada por reduzir o crescimento da planta, resultando no afinamento dos colmos e encurtamento dos internódios. A intensidade destes sintomas está positivamente correlacionada ao título de Lxx nas plantas. Diante disto, o objetivo deste estudo foi investigar diferenças na expressão gênica em plantas da variedade SP80-3280 em resposta à variação na quantidade de bactéria em seus tecidos. As plantas, infectadas com Lxx, foram cultivadas em casa de vegetação e inoculadas ou não com Lxx. Em plantas inoculadas, a população bacteriana média foi de 27,3 e 264 células de Lxx / 100 ng de DNA aos 30 e 60 dias após a inoculação, respectivamente, ao passo que em plantas não inoculadas, os níveis foram significativamente menores, de 6,8 e 34,5 células de Lxx / 100 ng de DNA. Os níveis de expressão gênica foram comparados entre plantas inoculadas e não inoculadas, em cada tempo de avaliação, por meio de hibridização de cDNA sintetizado a partir de RNAm extraído do cartucho foliar em lâminas de microarranjo. Ao todo foram identificados 272 genes diferencialmente expressos em plantas inoculadas com maior título bacteriano em relação às não inoculadas, com menor título, sendo 106 e 152 diferencialmente expressos unicamente aos 30 e 60 DAI, respectivamente. Destes, 55 genes foram selecionados para validação por qPCR, com ênfase nos genes pertencentes às categorias de ciclo celular, metabolismo de DNA e hormônios, trandução de sinal e regulação da transcrição já que estes processos estão diretamente implicados no crescimento vegetal. Dos genes diferencialmente expressos aos 30 DAI, 17 (60,7%) foram validados, compreendendo 11 genes com menor expressão envolvidos no controle do ciclo celular e metabolismo de DNA como ciclinas, kinase dependente de ciclina (CDKB1;1), minichromosome maintenance proteins (MCM) e histona H4. Aos 60 DAI, 17 (53%) foram validados e englobaram genes com maior expressão relacionados a síntese de hormônios, fatores de transcrição e defesa como ACC oxidase, fator de transcrição contendo o domínio WRKY e fenilalanina amônia liase, além da repressão de genes MCM. Os padrões de expressão gênica são consistentes com os sintomas clássicos da doença e indicam que o aumento no título de Lxx altera o balanço hormonal e reduz o crescimento da planta ao reprimir a divisão celular.Ratoon stunting disease (RSD), caused by endophytic bacterium Leifsonia xyli subsp. xyli (Lxx) has been identified in all sugarcane producing regions worldwide causing serious yield losses. The disease reduces the plant growth, resulting in thinner stalks and shorter internodes. The intensity of these symptoms correlates positively with levels of Lxx titers in the plant. In view of this, the objective of this study was to investigate differences in gene expression in plants of the variety SP80-3280 in response to the variation in the amount of the bacteria in leaf tissue. Lxx-infected plants were growth in a greenhouse and inoculated or not with Lxx. In inoculated plants the mean bacterial populations were 27,3 and 264 Lxx cells / 100 ng of DNA at 30 and 60 days after inoculation (DAI), respectively, while in non-inoculated plants, the levels were significantly lower, reaching 6.8 and 34.5 cells / 100 ng of DNA. The levels of gene expression were compared between inoculated and non-inoculated plants at each time through hybridization of cDNA synthesized from mRNA extracted from leaf roll on microarray slides. A total of 272 differentially expressed genes were identified in inoculated compared with non inoculated plants, being 106 and 152 differentially expressed exclusively at 30 or 60 DAI, respectively. Of these, 55 genes were selected for validation by qPCR, with emphasis on genes belonging to the categories of cell cycle, DNA metabolism and hormones, signal transduction and transcriptional regulation, since these processes are directly correlated with plant growth. Of the genes differentially expressed at 30 DAI, 17 (60.7%) were validated, comprising 11 genes down-regulated involved in the control of cell cycle and DNA metabolism, such as cyclins, cyclin-dependent kinase (CDKB1;1), minichromosome maintenance (MCM) and histone H4 encoding-genes. Of the genes differentially expressed at 60 DAI, 17 (53%) were validated, comprising up-regulated genes related to the synthesis of hormones, transcription factors and defense such as ACC oxidase, a transcription factor containing the WRKY domain, phenylalanine ammonia lyase and repressed MCM genes. The patterns of gene expression are consistent with the classical symptoms of the disease and indicate that increased Lxx titers alters hormonal balance and reduces plant growth by repressing cell division